2.6 Залежність властивостей елементів від будови їх атома

Розмір атомів елементів залежить від електронного розподілу і значно впливає на хімічні властивості: чим більший розмір атома, тим легше він втрачає електрони і в більшій мірі проявляє металічні властивості. Вважаючи атоми кульками, будемо оперувати поняттям – радіус атома. Прослідкуємо за закономірністю зміни розміру атомів за періодичною системою.

В головних підгрупах розмір атомів збільшується, тому що збільшується кількість енергетичних рівнів, але тут же виникає питання, пов’язане із збільшенням заряду ядра відповідних атомів, що повинно приводити до зменшення їх розмірів. Наприклад, заряд ядра францію майже в 30 разів більший заряду ядра літію. Відповідь на це питання можна дати, розглянувши так званий „ефект екранування“ внаслідок екранування ядра електронами попередніх енергетичних рівнів. Із збільшенням кількості енергетичних рівнів сильнішим є „ефект екранування“ ядра, тобто взаємного відштовхування електронами сусідніх рівнів, ніж збільшення сили притягання зовнішніх (валентних) електронів з ядром.

У періодах розміри атомів зменшуються, тому що зростає заряд ядра, кількість енергетичних рівнів залишається сталою, збільшується притягання між ядром і електронами і атом ніби „стискається“. Зменшення розмірів атомів в другому та третьому періодах відбувається у восьми хімічних елементів, в четвертому і п’ятому у 18 елементів, а в шостому періоді у 32 елементів. Зменшення розмірів атомів у елементів-лантаноїдів має назву лантаноїдного стиснення, а, враховуючи такий же процес зменшення радіусів атомів і у сімействі елементів-актиноїдів, в цілому називається f-стисненням.

Лантаноїдне стиснення приводить до різкого зменшення розміру атома Гафнію та наступних елементів цього d-сімейства. Це приводить до того, що, починаючи з елементів четвертої побічної підгрупи, розмір атомів збільшується тільки при переході від Ti до Zr, розмір же атома Hf такий же, як і у Zr. Така закономірність спостерігається і для всіх наступних d-елементів. Так, розмір атома Аргентуму більший, ніж Купруму і рівний розміру атома Ауруму. Таким чином, для елементів побічних підгруп (крім ІІІ В) п’ятого та шостого періодів розміри атомів по підгрупах не змінюються. Тому активність 5d-металів значно менша, ніж 4d-металів, до 5d-металів належать найбільш пасивні благородні метали – платина та золото.

2.7 Енергія йонізації, енергія спорідненості до електрона. Електронегативність хімічних елементів

Найбільш характерною ознакою металів є здатність їх атомів легко віддавати зовнішні електрони і перетворюватися в позитивно заряджені йони.

Ме⁰ – ē → Ме⁺

Неметали, навпаки, характеризуються здатністю приєднувати електрони з утворенням негативних йонів.

El⁰ + ē → El^–

Для відриву електрона від атома необхідно затратити так звану енергію йонізації.

Енергія йонізації (I) – енергія необхідна для повного видалення моля електронів з 1 моля атомів (Дж/моль).

Величина потенціалу йонізації характеризує „металічність“ елемента: чим менший потенціал йонізації, тим легше відірвати електрон від атома, тим більш виражені металічні властивості елемента. Найменша енергія йонізації характерна для Францію – найактивнішого металу. У групах І зменшується, у періодах – зростає.

Для визначення кількості енергії, що виділяється при приєднанні електрона до нейтрального атома, вводять поняття – спорідненість до електрону.

Енергія спорідненості до електрону (E_сп.) – енергія, що виділяється при приєднанні 1 моля електронів до 1 моля атомів (Дж/моль). Найбільша енергія виділяється при приєднанні 1 моля електронів до найактивнішого неметалу – Флуору. У групах E_сп. зменшується, у періодах – зростає.

Електронегативність (χ) – здатність атома зміщувати електронну густину при утворенні хімічного зв'язку.

Електронегативність – сума абсолютних величин (без врахування знаку) енергії йонізації та спорідненості до електрона

χ = E_сп. + I.

Умовно χ(Li) приймають за одиницю, χ(F) = 4 (за Полінгом).

Величина електронегативності активних металів близька до одиниці. В головних підгрупах внаслідок збільшення розмірів атомів електронегативність зменшується, в періодах – збільшується. Найменший розмір атома має флуор і, відповідно, найбільше значення електронегативності; найбільший радіус в атома францію, який має найменше значення електронегативності. Електронегативність Гідрогену, що за своїми властивостями нагадує елементи першої і, відповідно, сьомої групи, становить 2,1.