Періодичність властивостей хімічних елементів.
Із збільшенням порядкового номера елемента спостерігається періодичність в зміні розмірів їх атомів (іонів), енергії іонізації, спорідненості до електрона, електронегативності, ступеню окислення ін.
Атоми не мають строгих границь, що обумовлено природою електронів. В розрахунках користуються ефективними радіусами (уявними).
У періоді атомний радіус у загальному випадку зменшується зліва на право (пояснюється ростом сили притягання електронів з ростом Ze). В підгрупах атомний радіус зростає зверху вниз (внаслідок зростання кількості електронних шарів).
Залежність властивостей елементів від будови його атома та положення в періодичній системі.
1 .Вплив будови зовнішнього енергетичного рівня на хімічні властивості елементів.
Енергетичні рівні та підрівні з максимально заповненими орбіталями є завершеними і найбільш стабільними.
Напівзаповнені р3 і d5 - підрівні - також стабільні.
Атоми металів, вступаючи в хімічні реакції, втрачають слабкозв’язані електрони зовнішніх енергетичних підрівнів.
Здатність елемента віддавати електрон є мірою його металічності, характеризують енергією іонізації (енергії, необхідної для відриву від атома найбільш слабко зв’язаного з ним електрона), Еі. Еі вимірюється в еВ/атом або в СІ кДж/моль. Еі атомів виявляє періодичну залежність від Z- порядкового номера елемента. Лужні метали - найменші значення.
Атоми неметалів у зовнішньому енергетичному рівні мають 4 і більше міцно зв’язаних з ядром електронів. Вступаючи в хімічну реакцію, як правило, приєднують електрони. Для порівняння неметалічних властивостей використовують спорідненість до електрона - це енергетичний ефект процесу, при приєднанні електрона до нейтрального атома. Ес вимірюється в еВ/атом, або в СІ кДж/моль .
Типові неметали Б, СІ, Вг, І - мають найбільше значення Ес.
Еі для елементів одного періода зростає зліва на право із збільшенням Ze. В підгрупі Еі зменшується зверху вниз внаслідок збільшення відстані електрона до ядра.
Електронегативність - здатність атома даного елемента до відтягування на себе в сполуках електронної густини в порівнянні з другими елементами, (валентних електронів, які беруть участь в утворенні хімічного зв’язку).
(Вперше поняття і шкалу ввів американський вчений Л. Полінг в 1932 р.).
X=
Еі+ Ес ;
Відносна електронегативність в періоді зростає із збільшенням Z ;в групі - зменшується. Її значення служить мірою неметалічності елементів.
І.Зміни в межах одного періоду. Властивості атомів елементів 3-го періоду
Хімічний
елемент
Група
Заряд
ядра Ze
Електронна
конфігурація [Ne]
…
Атомний
радіус,
нм
Еі,
еВ/атом
Ec,
еВ/атом
Na
I
+11
3S1
0.17
5.14
0.3
Mg
II
+12
3S2
0.13
7.64
-0.2
Al
III
+13
3sV
0.13
5.98
0.2
Si
IV
+14
3S23p2
0.11
8.15
1.8
P
V
+15
3S23p3
0.09
10.49
0.8
S
VI
+16
3Sz3p4
0.08
10.36
2.1
CI
VII
+17
3S23p5
0.07
13.01
3.6
Ar
VIII
+18
3S23p6
0.07
15.75
-0.4
У
великих періодах зі збільшенням Z
металічні властивості послаблюються,
а неметалічні посилюються повільніше,
ніж у малих.
3.Зміни
в межах однієї групи
(на прикладі І А групи.)
Елементи
однієї підгрупи мають однакову будову
зовнішнього енергетичного рівня
та
подібні хімічні властивості.
Хімічний елемент |
Z |
Ar |
Електрон на конфігура ція |
tпл, °С
|
p,кг\м³
|
Atomh ий радіус, нм |
Еі, еВ/атом |
Електро негатив ність |
Li |
3 |
6.94 |
[He]2S‘ |
180.5 |
530 |
0.155 |
5.39 |
1.0 |
Na |
11 |
29.991 |
[Ne]3S |
97.8 |
970 |
0.189 |
5.14 |
0.9 |
K |
19 |
39.100 |
[Ar]4S' |
63.7 |
860 |
0.236 |
4.34 |
0.8 |
Rb |
37 |
85.48 |
[KT15S1 |
38.9 |
1530 |
0.248 |
4.18 |
0.8 |
Cs |
55 |
132.91 |
[Xe]6S' |
28.7 |
1870 |
0.262 |
3.89 |
0.7 |
Fr |
87 |
223 |
[Rn]7S‘ |
8.0 |
2480 |
0.37 |
3.83 |
0.8 |
Внутрішня та вторинна періодичність
Поглиблення уявлень про аналогію між елементами показало, що крім основної періодичності, яка зумовлена періодичним повторенням електронних конфігурацій атомів, існують також внутрішня і вторинна періодичності.
Внутрішня періодичність полягає в тому, що властивості елементів та їхніх сполук у горизонтальних рядах (в залежності від Z) змінюються не монотонно. Виявляється у зміні Еі в малих і, особливо, великих періодах періодичної системи.
Вторинна періодичність. Зміна властивостей (Еі rат ) у підгрупах елементів має періодичний немонотонний характер (внутрішні шах, min). Це явище згідно квантової механіки пояснюється ефектом проникнення зовнішніх електронів через шари внутрішніх до ядра (т.б. існує значна ймовірность їх знаходження поблизу ядра в області внутрішніх К-та L - електронних шарів.)
Вказаний ефект збільшує міцність зв’язку зовнішніх елементів з ядром.
Так, наприклад, внаслідок більш глибокого проникнення S-електрони в більшій степені екранують заряд ядра, ніж р - електрони, а останні - сильніше, ніж d - електрони і т. д.
С
Група
Посилюються металічні властивості
Збільшується порядковий номер
хематично
зміну властивостей елементів у періодах
і групах можна зобразити
Період
Збільшується Z порядковий номер
Посилюються неметалічні властивості
Посилюються неметалічні власивості
Посилюються металічні властивотсті