Как определить низшую и высшую степень окисления элемента 15 исходя из строения его атома в нормальном и возбужденном состоянии

Определение степеней окисления элемента основывается на строении его внешней электронной оболочки и способности атома отдавать или принимать электроны для достижения стабильной конфигурации. Электронное строение элемента №15 (Фосфор) Фосфор ( $P$) находится в 3-м периоде, VA (15-й) группе периодической системы.

• Заряд ядра: $\mathrm{+15}$ Общая электронная конфигурация: $1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^3$ Конфигурация внешнего слоя: $3s^{2}3p^3$

Определение низшей степени окисления Низшая степень окисления определяется способностью атома принимать электроны до завершения внешнего электронного слоя (до октета — 8 электронов).

1. На внешнем слое фосфора находится 5 электронов ( $3s^{2}3p^3$). Для достижения стабильного состояния (конфигурации благородного газа аргона) атому необходимо принять 3 электрона. При присоединении 3-х отрицательно заряженных частиц атом приобретает заряд -3.

Низшая степень окисления: -3 (например, в фосфидах $N{a}_{3}P$ или фосфине $P{H}_3$).

Определение высшей степени окисления Высшая степень окисления соответствует максимально возможному количеству электронов, которые атом может отдать или сместить к более электроотрицательному элементу. Это число обычно равно номеру группы. 1. Нормальное состояние В основном состоянии у фосфора на внешнем слое 5 электронов: 2 спаренных на $3s$-орбитали и 3 неспаренных на $3p$-орбиталях.

• Теоретически он может проявлять степень окисления +3, задействовав только неспаренные $p$-электроны.

2. Возбужденное состояние Поскольку фосфор является элементом 3-го периода, у него на внешнем уровне есть свободный 3d-подуровень, который не заполнен в основном состоянии.

• При получении энергии один электрон с $3s$-орбитали переходит на $3d$-орбиталь. Конфигурация в возбужденном состоянии ( $P^{*}$): $3s^{1}3p^{3}3d^1$. В этом состоянии у атома появляется 5 неспаренных электронов.

При образовании химических связей с более электроотрицательными элементами (например, кислородом или фтором) фосфор может задействовать все 5 электронов.

Высшая степень окисления: +5 (например, в оксиде $P_2{O}_5$ или фосфорной кислоте $H_{3}P{O}_4$).

Резюме

• Низшая (-3): Определяется как $8-\text{номер группы}$ (или количество электронов, недостающих до 8). Высшая (+5): Определяется общим числом валентных электронов ( $s$ и $p$) на внешнем уровне, доступных в возбужденном состоянии благодаря наличию вакантного $d$-подуровня.

Я могу составить для вас таблицу со степенями окисления для всех элементов третьего периода или разобрать механизмы образования связей в конкретных молекулах фосфора. Вы хотите продолжить изучение этой темы?