1.5. Свойства элементов и периодическая система

Свойства элементов, определяемые электронной структурой атома, изменяются периодически, как и сами электронные структуры.

Атомные радиусы. Важнейшей характеристикой атома является его размер, однако, вследствие вероятностного характера нахождения электронов на энергетических уровнях и подуровнях и волновой природы их движения, размеры атома не могут быть точно определены. В качестве радиуса атома принимается эффективный радиус, т.е. расстояние от ядра атома до области максимальной плотности внешней электронной орбитали.

Атомные радиусы изменяются периодически по мере увеличения заряда ядра. В периоде слева направо радиусы уменьшаются, в подгруппе сверху вниз обычно увеличиваются.

В периодах элементов главных подгрупп слева направо металлические свойства ослабевают, так как радиусы атомов в этом направлении уменьшаются, уменьшая расстояние электронов от ядра, а сила взаимодействия между электронами и ядром атома возрастает.

Чем выше заряд атома, тем больше уровней энергии, на которых расположены электроны, тем больше расстояние электронов внешнего уровня от ядра, меньше их притяжение к ядру, легче происходит отдача электронов, сильнее выражены металлические свойства элемента.

В группах главных подгрупп металлические свойства элементов увеличиваются, а неметаллические свойства уменьшаются с возрастанием порядкового номера элемента.

Энергия ионизации. Наиболее характерным химическим свойством металлов является способность их атомов легко отдавать валентные электроны и превращаться в положительно заряженные ионы. Количественно эта способность может быть оценена энергией ионизации атома (J).

Энергия ионизации − это энергия, которую нужно затратить для отрыва электрона от невозбужденного атома (Э^о) для превращения его в положительно заряженный ион (Э⁺):

Э^о+J=Э⁺+

Энергию ионизации выражают либо в килоджоулях на моль (кДж/моль), либо в электронвольтах (эВ).

Для моноэлектронных атомов энергия ионизации J₁, J₂, J₃, ... J_n соответствует отрыву 1−го, 2−го и т.д. электронов. При этом J₁<J₂<J₃...<J_n, так как увеличение числа оторванных электронов приводит к возрастанию положительного заряда образующегося иона.

В группах энергия ионизации уменьшается по мере возрастания расстояния электрона от ядра и увеличения размера атомов, т.е. сверху вниз металлические свойства усиливаются.

В периодах слева направо энергия ионизации увеличивается с увеличением заряда ядра атома и с уменьшением их радиусов, т.е. металлические свойства в периоде слева направо ослабевают. У d - элементов энергия ионизации сравнительно мало изменяется при переходе от одного элемента к другому

Сродство к электрону. Неметаллы характеризуются способностью присоединять электроны с образованием отрицательных ионов, выделяющаяся при этом энергия называется сродством к электрону (F):

Э^о+ =Э⁻+F.

У неметаллов тем больше энергия сродства к электрону, чем ближе элемент находится к концу периода, т.е. неметаллические свойства в периоде слева направо усиливаются.

В группах сверху вниз энергия сродства к электрону уменьшается и неметаллические свойства соответственно ослабевают.

Электроотрицательность. Так как атомы многих элементов могут и отдавать, и принимать электроны, то их химические свойства определяются полусуммой энергии сродства к электрону и энергии ионизации. Эта величина называется электроотрицательностью (ЭО):

ЭО=½ (J + F).

Электроотрицательность увеличивается в периодах слева направо и уменьшается в группах сверху вниз.

Таким образом, самыми электроотрицательными элементами в ПС являются типичные неметаллы (элементы VII A подгруппы). Часто для удобства пользуются величиной относительной электроотрицательности (ОЭО). Значения ОЭО элементов главных подгрупп периодической системы приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Относительная электроотрицательность атомов

Н
2,1
Li	Be	В	С	N	О	F
0,98	1,5	2,0	2,5	3,07	3,5	4,0
Na	Mg	Al	Si	P	S	CI
0,93	1,2	1,6	1,9	2,2	2,6	3,0
К	Ca	Ga	Ge	As 2,1	Se	Br
0,91	1,04	1,8	2,0		2,5	2,8
Rb	Sr	In	Sn	Sb	Те	J
0,89	0,99	1,5	1,7	1,8	2,1	2,6