Периодические свойства элементов:

1. Радиус атома и атомный объем.

2. Потенциал ионизации.

3. Сродство к электрону.

4. Электроотрицательность атома.

5. Степени окисления.

6. Физические свойства соединений (плотность, температуры плавления и кипения).

Характеристики химических элементов закономерно изменяются в группах и периодах.

В периодах (с увеличением порядкового номера)

• увеличивается заряд ядра,

• увеличивается число внешних электронов,

• уменьшается радиус атомов,

• увеличивается прочность связи электронов с ядром (энергия ионизации),

• увеличивается электроотрицательность,

• усиливаются окислительные свойства простых веществ ("неметалличность"),

• ослабевают восстановительные свойства простых веществ ("металличность"),

• ослабевает основный характер гидроксидов и соответствующих оксидов,

• возрастает кислотный характер гидроксидов и соответствующих оксидов.

В группах (с увеличением порядкового номера)

• увеличивается заряд ядра,

• увеличивается радиус атомов (только в А-группах),

• уменьшается прочность связи электронов с ядром (энергия ионизации; только в А-группах),

• уменьшается электроотрицательность (только в А-группах),

• ослабевают окислительные свойства простых веществ ("неметалличность"; только в А-группах),

• усиливаются восстановительные свойства простых веществ ("металличность"; только в А-группах),

• возрастает основный характер гидроксидов и соответствующих оксидов (только в А-группах),

• ослабевает кислотный характер гидроксидов и соответствующих оксидов (только в А-группах),

• снижается устойчивость водородных соединений (повышается их восстановительная активность; только в А-группах).

Очень важной характеристикой элемента с точки зрения строения атома является радиус атома. С ростом положительного заряда ядра радиус у элементов изменяется. В периоде слева направо радиус уменьшается вследствие сжатия электронной оболочки (заряд ядра увеличивается, электроны сильнее притягиваются к ядру). В группах сверху вниз радиус увеличивается вследствие увеличения количества квантовых уровней. Чем больше радиус атома, тем слабее удерживаются валентные электроны, тем легче отдает их атом в химических реакциях. Как отдача электронов, так и принятие электронов характеризуются энергетическим эффектом, который определяется тремя видами энергии:

• энергия ионизации (J) – энергия, которая необходима для отрыва валентных электронов от атома и превращения атома в положительно заряженную частицу – ион. Она измеряется в эВ/атом или кДж/моль.

Энергия ионизации зависит от радиуса атома. С увеличением радиуса энергия ионизации уменьшается в группе сверху вниз, увеличивается в периоде с ростом количества валентных электронов. Энергия ионизации характеризует металлические (восстановительные) свойства, его активность. Чем больше величина энергии ионизации, тем меньше металлические свойства;

• энергия сродства к электрону (Е)– энергия (единицы измерения эВ/атом или кДж/моль), которая выделяется при присоединении валентных электронов к атому, при этом атом превращается в отрицательно заряженную частицу. Эта энергия характеризует неметаллические (окислительные) свойства химических элементов; в группе сверху вниз уменьшается, в периоде увеличивается;

• электроотрицательность– это полусумма энергии ионизации и энергии сродства к электрону: Э.О. = (I+E) / 2. Электроотрицательность – способность атома в молекуле притягивать к себе электроны. За единицу принята элетроотрицательность литияLi. В группе электроотрицательность уменьшаетсяcверху вниз, в периоде увеличивается слева направо. Зная значение энергии для каждого из атомов, мы можем дать окислительно-восстановительную характеристику элемента. (Значения электроотрицательности атомов по Полингу представлены в приложении).

2.8

Вертикальная периодичность заключается в повторяемости свойств простых веществ и соединений в вертикальных столбцах Периодической системы. Это основной вид периодичности, в соответствии с которым все элементы объединены в группы. Элементы одной группы имеет однотипные электронные конфигурации. Химия элементов и их соединений обычно рассматривается на основе этого вида периодичности.

Вертикальная периодичность обнаруживается и в некоторых физических свойствах атомов, например, в энергиях ионизации E_i (кДж/моль):

Горизонтальная периодичность заключается в появлении максимальных и минимальных значений свойств простых веществ и соединений в пределах каждого периода. Она особенно заметна для элементов VIIIБ-группы и лантаноидов (например, лантаноиды с четными порядковыми номерами более распространены, чем с нечетными).

В таких физических свойствах, как энергия ионизации и сродство к электрону, также проявляется горизонтальная периодичность, связанная с периодическим изменением числа электронов на последних энергетических подуровнях.

Диагональная периодичность - повторяемость свойств простых веществ и соединений по диагоналям Периодической системы. Она связана с возрастание неметаллических свойств в периодах слева направо и в группах снизу вверх. Поэтому литий похож на магний, бериллий на алюминий, бор на кремний, углерод на фосфор Диагональную периодичность не следует понимать как абсолютное сходства атомных, молекулярных, термодинамических и других свойств. Та, в своих соединениях атом лития имеет степень окисления (+I), а атом магния - (+II). Однако свойства ионов Li⁺ и Mg²⁺ очень близки, проявляясь, в частности, в малой растворимости карбонатов и ортофосфатов.

Вторичная периодичность Многие свойства элементов в группах изменяются не монотонно, а периодически, особенно для элементов IIIA-VIIA-групп. Такое явление носит название вторичной периодичности. Так, германий по своим свойствам больше похож на углерод, чем на кремний. Известно, что силан реагирует с гидроксид-ионами в водном растворе с выделением водорода, а метан и герман не взаимодействуют даже с избытком гидроксид-ионов.

2.9

Энергия связи– энергия, которая выделяется при образовании молекулы из одиночных атомов. Энергия является мерой прочности химической связи. Чем больше энергия связи, тем прочнее связь.

Длина связи– расстояние между центрами ядер атомов в молекуле. Чем меньше длина связи, тем прочнее связь.

Валентные углы – углы между связями, образуемыми одним атомом в молекуле.

2.10

Основные положения метода валентных связей (МВС):

• ковалентная связь образуется за счет перекрывания атомных орбиталей валентных электронов с антипараллельными спинами;

• перекрываются только облака неспаренных валентных электронов;

• в результате взаимодействия электронов в атомах образуется общая электронная пара, возникает единое электронное облако высокой плотности, которое находится между ядрами атомов.

Ковалентная связь- химическая связь, образованная путем обобществления пары электронов двумя атомами.

Различают два механизма образования ковалентных связей: обменный и донорно-акцепторный.

Обменный механизмзаключается в том, что каждый из взаимодействующих атомов для образования общих электронных пар предоставляет свои неспаренные электроны.

Донорно-акцепторный механизмзаключается в том, что один из атомов – донор- отдает свою пару элект на свободную орбиталь другого атома – акцептора. Например: азот – донор, водород – акцептор.