Изменение кислотно-основных свойств соединений элементов по группам и периодам периодической системы (схема Косселя)

Для объяснения характера изменения кислотно-основных свойств соединений элементов Коссель (Германия, 1923 г.) предложил использовать простую схему, основанную на предположении о том, что в молекулах существует чисто ионная связь и между ионами имеет место кулоновское взаимодействие. Схема Косселя описывает кислотно-основные свойства соединений, содержащих связи Э–Н и Э–О–Н, в зависимости от заряда ядра и радиуса образующего их элемента.

Схема Косселя для двух гидроксидов металлов (для молекул LiOH и KOH) показана на рис. 6.2. Как видно из представленной схемы, радиус иона Li⁺ меньше радиуса иона К⁺ и ОН^ -группа связана прочнее с ионом лития, чем с ионом калия. В результате КОН будет легче диссоциировать в растворе и основные свойства гидроксида калия будут выражены сильнее.

Аналогичным образом можно проанализировать схему Косселя для двух оснований CuOH и Cu(OH)₂. Поскольку радиус иона Cu²⁺ меньше, а заряд – больше, чем у иона Cu⁺, ОН^ -группу будет прочнее удерживать ион Cu²⁺. В результате основание Cu(OH)₂ будет более слабым, чем CuOH.

Таким образом, сила оснований возрастает при увеличении радиуса катиона и уменьшении его положительного заряда.

Поскольку радиус хлорид-иона меньше, чем иодид-иона, ион Н⁺ прочнее связан с анионом в молекуле хлороводородной кислоты, которая будет слабее, чем иодоводородная кислота. Таким образом, сила бескислородных кислот возрастает с увеличением радиуса отрицательного иона.

Сила кислородсодержащих кислот изменяется противоположным образом. Она увеличивается с уменьшением радиуса иона и с увеличением его положительного заряда

Ион С1⁷⁺ прочно связан с ионом кислорода, поэтому протон легче будет отщепляться в молекуле НС1О₄. В то же время связь иона С1⁺ с ионом О^2менее прочная, и в молекуле НС1О протон будет сильнее удерживаться анионом О^2 . В результате HClO₄ является более сильной кислотой, чемHClO.

Таким образом, увеличение степени окисления элемента и уменьшение радиуса иона элемента усиливают кислотный характер вещества.Наоборот, уменьшение степени окисления и увеличение радиуса иона усиливают основные свойства веществ.

Изменение кислотно основных свойств по периодам и группам:

Зависимость кислотно-основных свойств оксидов от положения элемента в периодической системе и его степени окисления

 

Слева направо по периоду у элементов происходит ослабление металлических свойств, и усиление неметаллических свойств, основные свойства оксидов ослабевают, а кислотные свойства оксидов возрастают.

По главным подгруппам неметаллические свойства элементов ослабевают, а металлические усиливаются, поэтому: сверху вниз по главной подгруппе возрастают основанные свойства оксидов, а кислотные ослабевают.

Обратите внимание! Если один и тот же элемент образует несколько оксидов с разными степенями окисления, то чем выше степень окисления элемента в оксиде, тем выше его кислотные свойства.

Характер изменения свойств оснований в зависимости от положения металла в периодической системе и его степени окисления

 

По периоду слева направо наблюдается постепенное ослабление основных свойств гидроксидов.

Например,   более слабое основание, чем  , но более сильное основание, чем  .

По главным подгруппам сверху вниз сила оснований возрастает. Так,   – более сильное основание, чем  , но   – более сильное основание, чем  .

Если металл образует несколько гидроксидов, находясь в различной степени окисления, то чем выше степень окисления металла, тем более слабыми основными свойствами обладает гидроксид.

Так,   более слабое основание, чем  .

Зависимость силы кислот от положения элемента в периодической системе и его степени окисления

 

По периоду для кислородосодержащих кислот слева направо возрастает сила кислот.

Так,   более сильная, чем  ; в свою очередь,   более сильная, чем  .

По группе кислородосодержащих кислот сверху вниз сила кислот уменьшается. Так угольная   более сильная, чем кремниевая    

Чем выше степень окисления кислотообразующего элемента, тем сильнее кислота:

,серная кислота сильнее, чем сернистая.

Сила бескислородных кислот в главных подгруппах с ростом атомного номера элемента возрастает:

,

_{СИЛА       КИСЛОТ     РАСТЕТ}

По периоду слева направо сила бескислородных кислот возрастает. Так   более сильная кислота, чем  , а   – чем  .

Билет 4(3)

Ковалентная связь (от латинского  «со» совместно и «vales» имеющий силу) осуществляется за счет электронной пары, принадлежащей обоим атомам. Образуется между атомами неметаллов.

Электроотрицательность неметаллов довольно велика, так что при химическом взаимодействии двух атомов неметаллов полный перенос электронов от одного к другому (как в случае ионной связи) невозможен. В этом случае для выполнения правила октета необходимо объединение электронов.

В качестве примера обсудим взаимодействие атомов водорода и хлора:

H          1s¹     - один электрон

Cl           1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵       - семь электронов на внешнем уровне

Каждому из двух атомов недостает по одному электрону для того, чтобы иметь завершенную внешнюю электронную оболочку. И каждый из атомов выделяет „в общее пользование” по одному электрону. Тем самым правило октета оказывается выполненным. Лучше всего изобра­жать это с помощью формул Льюиса:

Образование ковалентной связи

Обобществленные электроны принадлежат теперь обоим атомам. Атом водорода имеет два электрона (свой собственный и обобществленный электрон атома хлора), а атом хлора — восемь электронов (свои плюс обобществленный электрон атома водорода). Эти два обобществленных электрона образуют ковалентную связь между атомами водорода и хло­ра. Образовавшаяся при связывании двух атомов частица называется молекулой.