Енергетичні характеристики атомів

Потенціал іонізації (I) – енергія, необхідна для відриву електрона від атома та віддалення на безмежно велику віддаль. Максимальний в інертних газів, мінімальний в лужних елементів. Це показник хімічної активності елементу.

Спорідненість до електрона (F) – енергія, необхідна для відриву електрона від стійкого від’ємного іона або енергія, яка виділяється внаслідок приєднання електрона до атома. Максимальна в галогенів.

Електронегативність

Мірою кулонівської взаємодії електрону, що відривається від атому, із ядром називається силовою характеристикою (СХ) атомів _орб та катіонів (_і). Ця енергетична характеристика співвідноситься із спорідненістю до електрону та потенціалом іонізації наступним чином:

де I_n – n-й потенціал іонізації, r_i – ефективний іонний радіус катіона із валентністю n⁺_.

Співвідношення F та r_орб (рис. 4.2) відображає характерні властивості хімічних елементів, що визначають їх здатність до формування певного типу хімічних, що видно на графіку.

Силові характеристики катіонів є мірою кислотно-лужних властивостей та здатності їх формувати прості солі чи комплексні аніони (рис. 5). Необхідно враховувати, що всі енергетичні характеристики повинні співвідноситися із валетним станом атому.

Рис. 4.3. Залежність між n-им потенціалом іонізації (I_n) і ефективним іонним радіусом (r_i) для іонів

а – s- і p-елементів: І – сильні ангідриди, ІІ – слабкі ангідриди, ІІІ – амфотерні катіони, IV – основи, V – луги; б – d- і f- елементи: І – катіони в складі комплексних аніонів (як приклад, VO₄^2-), ІІ – амфотерні катіони, ІІІ – основи.

Роль хімічного зв’язку у формуванні кристалічної структури мінералу

Х

Електрони – це клей, що скріплює атоми

Формування зв’язку направлене на досягнення найбільш стійкої (тобто такої, що має найменшу енергію) електронної конфігурації і призводить до повного перерозподілу електронів на зовнішніх оболонках.

Така конфігурація аналогічна конфігурації електронної оболонки інертного газу в кінці того ж періоду, що і даний елемент або в кінці попереднього періоду і містить вісім електронів (правило октету)

імічний зв’язок – результат перерозподілу електронів, що веде до більш стабільної електронної конфігурації між двома або ж більше атомами.

Коли два або більше атомів наближаються достатньо близько один до одного , тоді електрони можуть перерозподілитися таким чином, щоб досягнути іншої конфігуративної енергії. Сумарна енергія атомів після формування зв’язку є меншою, ніж перед зв’язком.

Якщо результуюча, після перерозподілу електронів, конфігуративна енергія є меншою, то атоми залишаються в цій конфігурації разом і ми говоримо, що утворився зв’язок. При цьому форма оболонок та орбіталей стає іншою.

Перерозподілені електрони більше не зв’язані із окремим атомом, а є спільністю конфігурації атомів – це валентні електрони.

Рис. 4.4.. Зміна потенційної енергії атомів при їх наближенні.

Мінімум енергії, що виникає внаслідок накладення борнівського відштовхування між ядрами атомів і силою кулонівського притягання

Зв’язок формується шляхом збудження електронів у атомів, що вступають у зв’язок і утворення додатних та від’ємних зарядів. Таким чином формується сила (сила зв’язку), властива цьому зв’язку. Додатні заряди, що створюються протонами ядра, відштовхуються (борівське відштовхування) запобігаючи зіткненню ядер – це є точкові заряди (рис. 4.4). Електрони, що рухаються навколо них, електростатично притягуються до обох ядер, стабілізуючи конфігурацію групи. Чим більше електронів між ядрами (більша електронна густина), тим менше відштовхування, але існує критичне значення кількості електронів, вище якого зростає їх взаємне відштовхування.

Кожна пара унікальних хімічних елементів формує унікальний зв’язок. Дослідження останніх років показали, що зв’язок між атомами утворюється тільки тоді, коли існує критична точка (перегин кривої розподілу густини) (рис. 4.5) в електронній щільності між цією парою атомів.

Чим більше значення електронної густини в критичній точці, тим міцніший і коротший зв’язок. Міцні зв’язки короткі, слабкі зв’язки – довгі.

Рис. 4.5. Електронна густина в окремих атомів та їх асоціації

Розподіл електронної густини між атомами, що хімічно зв’язані, дозволяє визначити тип хімічного зв’язку між ними. Детальніше ця проблема розглядається в наступному розділі.