Изменение основных характеристик атомов в периодах и подгруппах периодической таблицы.
Основными характеристиками атома элемента (кроме заряда его ядра и атомного радиуса) являются потенциал ионизации (I), энергия сродства к электрону (F) и электроотрицательность (Э.О.), которая может быть рассчитана по формуле Малликена:
I + F 46
Э.О. = .
2
Потенциал ионизации – это энергия, которая необходима для отрыва наиболее слабо связанного электрона от нейтрального атома47. А энергия, выделяющаяся в процессе присоединения е к нейтральному атому, называется энергией сродства к электрону. Если же присоединение е к атому идет с затратой энергии, то величина F в формулу Малликена ставится со знаком минус.
Значение атомного радиуса элементов в периодах слева направо уменьшается за счет роста заряда ядра, а в подгруппах сверху вниз в основном растет вследствие увеличения числа электронных уровней.
Значения I, F и Э.О. в периодах, как правило, повышаются (из-за уменьшения радиуса и роста заряда ядра), а в группах (главных подгруппах) снижаются (как результат увеличения радиуса и все большего экранирования ядра невалентными электронными уровнями - ЭЯНЭУ).
Отметим, что вследствие особой устойчивости электронной конфигурации p 3
(имеющей почти шаровую симметрию) значения потенциала ионизации элементов VA-группы выше, чем у элементов VIA-группы, а величина F - ниже. Как результат таких противоположных изменений I и F, их полусумма (значение Э.О.) в периодах растет монотонно.
Вопросы к семинару
История развития учения о строении атома. Какие опытные данные способствовали созданию каждой очередной модели атома, а какие – замене ее на более совершенную?
Уравнение Шредингера; на основании чего оно получено? Физический смысл Ψ и Ψ 2 . Что значит решить уравнение Шредингера? Почему квантовые числа: главное, орбитальное и магнитное, - целочислены?
Определение электронной плотности и орбитали. В чем сходство и различие между понятиями «орбита» в теории Бора и «орбиталь» в квантовой механике?
Какие квантовые числа определяют:
а) энергию электрона в одноэлектронной системе? в многоэлектронной?
в присутствии внешнего магнитного поля? в его отсутствии? б) количество орбиталей на данном уровне и подуровне?
в) форму орбитали и ее направленность относительно внешнего магнитного поля?
Чем определяется порядок заполнения подуровней? Принцип Паули. Правило Клечковского и исключения из него.
Как связать формулу расчета энергии электрона в атоме: Ee = −13,6 /n2 (эВ) с утверждением, что вначале заполняются электронами уровни с минимальной энергией?
Атом находится в возбужденном состоянии 10−8 −10−480 с, а затем переходит в нормальное. Почему, хотя поглощаемая энергия снова возвращается, мы получаем линейчатый спектр поглощения?
Почему электроны заполняют орбитали по правилу Гунда? В каких случаях оно нарушается? Могут ли различные электронные конфигурации соответствовать одному и тому же элементу?
Укажите, какое из электронных состояний характеризуется минимальной, а какое - максимальной энергией:
1) 
2)
3) 
Одинаков ли радиус 1s-орбитали у атома водорода и у атома урана? Как соотносятся орбитальный и эффективный1 радиусы атома.
Почему значение орбитального радиуса атома в периоде снижается при переходе от VIIА группы к VIIIА, а эффективного – растет? Как (и почему?) соотносятся орбитальные радиусы атома и его иона? Орбитальный радиус какого иона больше (и почему?): Co3+ или Co2+; Na+ или Mg ; 2+ Mg 2+ или Ca2+; Cl− или K ? +
Объясните причины немонотонного изменения потенциала ионизации атома в ряду элементов (Э):
-
Э
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
I, B
5,39
9,32
8,31
11,26
14,53
13,61
17,42
21,56
У щелочных или щелочноземельных элементов больше величина сродства атома к электрону? Почему?
Почему значения электроотрицательности элемента по Полингу и Малликену резко различаются? Какова их размерность? Какой термин – «электроотрицательность» или «электрофильность» кажется вам более удачным?
Почему Cs (а не Fr) является наименее электроотрицательным?
Как и почему изменяется электроотрицательность элемента с ростом степени его окисления?