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Complète la phrase suivante. Les éléments du groupe 15 peuvent avoir des états d’oxydation allant de__. (A) Moins cinq à plus trois, (B) moins trois à plus cinq, (C) moins trois à plus six, (D) moins deux à plus cinq, ou (E) plus trois à plus cinq.
Pour commencer à répondre à cette question, rappelons d’abord ce que nous entendons par état d’oxydation. L’état d’oxydation indique le nombre d’électrons perdus ou gagnés d’un atome. L’état d’oxydation peut être déterminé en regardant la structure de Lewis. Lorsqu'on examine la structure de Lewis d'un élément du groupe 15, comme le phosphore, il faut noter que cet élément possède cinq électrons de valence. Il est important de regarder la structure de Lewis car elle peut nous aider à déterminer combien d'électrons de valence seront gagnés ou perdus par l'élément afin d'atteindre huit électrons de valence, ce qui permettra une stabilité chimique.
Pour atteindre la stabilité chimique, un élément du groupe 15 peut gagner jusqu’à trois électrons. Lorsque les électrons sont gagnés par un atome ou un ion, ce processus s’appelle la réduction. Voyons ce qui se passe pendant la réduction. Lorsqu’un électron est gagné, l’ion a plus d’électrons que de protons et il a donc une charge négative. Le phosphore gagne un maximum de trois électrons, auquel cas la charge est de moins trois.
Note l’ensemble de huit électrons dans la structure de Lewis du niveau d’énergie externe de l’élément du groupe 15. Dans cet état chimique stable, aucun autre électron ne peut être gagné. Puisque l’état d’oxydation le plus bas est donc moins trois, les choix (A), moins cinq à plus trois, (D), moins deux à plus cinq, et (E), plus trois à plus cinq, sont incorrects.
Maintenant que nous avons examiné ce qui arrive à l’état d’oxydation lorsque des électrons sont gagnés, voyons ce qui se passe lorsque les électrons sont perdus. Lorsque des électrons sont perdus par un atome, ce processus est connu sous le nom d’oxydation. Lorsqu’un électron est perdu, l’ion a moins d’électrons que de protons et il a donc une charge positive. Si le phosphore perdait un électron, il aurait une charge de plus un. Si deux électrons sont perdus, la charge est plus deux. Si trois électrons sont perdus, la charge est plus trois. Si quatre électrons sont perdus, la charge est plus quatre. Et si cinq électrons sont perdus, la charge est plus cinq.
Lorsque nous regardons la structure de Lewis du phosphore à l’état plus cinq, nous voyons que tous les électrons de la couche externe ont été perdus. Et c’est l’octet du niveau d’énergie inférieur qui permet à l’élément du groupe 15 d’être chimiquement stable. Puisque l’état d’oxydation le plus élevé peut être plus cinq, cela signifie que le choix (C), moins trois à plus six, est incorrect. Par conséquent, la bonne réponse est (B). Les éléments du groupe 15 peuvent avoir un état d'oxydation allant de moins trois à plus cinq.
