книги из ГПНТБ / Столярчук В.Г. Строение атома и периодическая система элементов Д. И. Менделеева

-

155

-

Энергия ионизации является характеристикой

металличноети

элемента: чем меньше значение потенциала ионизации,

т е *

металлячнее элемент и тем больше он проявляет

восстанови ­

тельные свойотва, и тем легче

атом

отдаёт электрон.

Насколь­

ко важно значение энергии ионизации, можно показать

на

следующем примере.

В 1962 г . Бартлетт (Канада) синтезировал соединение

Ojj Pi

Fj,

. Теоретические

соображения

привели

его

к

выво­

д у ,

что

это

соединение состоит из

ионов

0^

и

Pi Ft o .

Тогда Бартлетт обратил внимание ча

т о ,

что

энергия

иониза­

ция

молекулы

0 2 и

атома

ЗСе

почти

одинаковн

(12,2

и 12,13 эв

отсюда

было

сделано заключение о возможное г*

получения

а н а ­

логичного соединения с ксеноном.

Действительно,

путём взаимодействия Хе

с

Pi Pb-

Бартлетт

синтезировал

соединение

Cte

PiFb

. Так

было

положено

нача­

ло получению соединений инерилх газов - одному из

замеча­

тельных

достижений

химии

последних

л е т .

отрицательный

однозарядный

ион.

Энергия

отрыве

электрона

от

такого

иона

определяет

сродство

атома

ж электрону

или

сродством к электрону

на­

зывается

количество

энергии,

которое

выделяется при

при*

соединении

электрона

х нейтрал!чоыу атому и выражается ж

электрон-вольтах или в ккал/г-Атом.

Сродство к

электрону

определись

экспериментально

зна­

чительно труднее, чем ионизационный потенциал.

И оно было

определено

только для наиболее

электроотрицательных

эле»

ментов.

В таблице 19 приведены

величины сродства

к электрону

для

некоторых

элементов:

Таблица

19

элемент

сродство

к

элемент

сродство

к

электрону

( э в )

электрону

(эв)

— 0 * 1,48

се гё-~се

+ з,вг

Q * е

О1'

-7,3

вг

+ ё

—

8г

+ д,54

j-h

ё

—

{

+

2,07

J

+ ё

—

f *

3,24

f+

ё

$2'

-

3,4

элемент •

Н

%i

Ве

В

С

N

0

F

Me

ородотво

к

0

0,3

1,13

0,2

М

Ц2 0

электрону

(эв)

QJ

№

-

157

-

Квантовомеханнческие

расчёты

показывают,

что

при

п р и с о е ­

динении

двух

и

более электронов к атому энергия

отталкивания

в с е г д а

больше

энергии притяжения

-

сродство

атома

к

двум

и

б о л е е электронам

в с е г д а

отрицательно .

Поэтому

одноатомные

многозарядпые

отрицательные

ионы

(

0

,

/

" ,

/V

и

д р . )

в

свободном

состоянии существовать

н е м о г у т .

Но

нужно

п о ­

л а г а т ь ,

что

такие

ионы

не

существуют

ни

в

молекулах,

ни

в к р и с -

таллах;

поэтому

запись

формулой

$

,

Си

0

и

т . п .

следует рассматривать лишь к а к грубое приближение.

Малая величина

с р о д с т в а

к электрону у

фтора

монет быть

объяснена отталкиванием электронов в сравнительно плотно

заполненном

2р

-

подуровне .

Атомы, принимающие электроны,

являются

окислителями,

п р е ­

имущественно

— это

а т о ш

неметаллов

(элементы

сеыейотэа

Р ) .

Следовательно,

сродство

к

электрону

является

количественной х а ­

рактеристикой

окислительных

с в о й с т в

атомов

элементов .

Самой

сильной

окислительной

способностью

обладают

галогены,

самой

слабой

-

элементы

подгруппы

у г л е р о д а .

В подгруппах

окислительная способность

уменьшается

о в е р -

ху

в н и з .

б. Степень

окисления

элементов

Способность

атомов элементов

к

образованию

с о е д ш е н и й

х ара к тер и зу ете я

вал ен тн ос ть ю.

Валентность

определяется

числом

атомов

одновалентного

элемента, с

которым соединяется

один

атом

данного

элиыента .

-

158 -

£

соединениях НСС

,

H«Q , .-Vff}

, С'Н'^

, как е л е -

I /от

нз их

формул ,jcлор,

одновалентен,

кислород

дзухвален«

т е н ,

азот

т р ё х в а л е н т е н ,

углерод четырёхвалентен. Валент ­

ность

этих

ал2;?ентов

определена по формулам их

водородных

Многие

. .^менты

не

образуют

соединений

с водородом,

но

образуют

их с

кислородом,

который в

большинстве

соединений

д в у х в а л е н т е н .

И валентность элементов

'определяется

по их

кислородным соединениям,

поэтому

она

называется

валентно ­

стью

по кисл сроду.

В с о е д и н и

зх

Л'аг0

.

Со. О

,' Fe233

.

С0г

. ,

Pg0s

,

SC3

t Мпг0?

,

Q^Oif

натрий

одновалентен;, кальций д в у х ­

в а л е н т е н ,

« е я е з о т р ё х в а л е н т н о , углерод

четырёхвалентен,

фос ­

теп к

осьмий

в о с ь м в в а л ё н т е н .

Понять фоический смысл валентности помогло учение

о

строении

а т о м а .

Под валентностью химического элемента понимается е г о

способность

к

образованию химических с в я з е й .

Количествен­

но валентность

определяется

числом

химических

с в я з е й ,

о б р а ­

зованных атомом. Электроны, участвующие в

образовании

хими­

ческих

связей

между атомами, называются валентными.

У инертных

атомов элементов валентные

электроны

о т с у т ­

ствуют. У остальных элементов общее число

валентных

э л е к ­

тронов

в

а т о м е , как правило,

равно

но мару

группы периоди­

ческой

системы

Д.И.Мчидгяеева'.

У атомов

элементов

семейства

S

н у

атомов

элементов

семейства

Р

,

т . е .

у атомов

элементов

главных

подгрупп,

валентные

электроны находятся

на

внешнем

у р о в н е .

У

атомов

элементов

семейства

d

электроны

находятся

к а к

на

внеш­

нем, так и втором снаружи

уровнях,

а

у атомов

элементов

семейства

j .

на

внешнем,

втором

и

третьем

снаружи

у р о в н я х .

Валентность

не

учитывает электроотрицательности

атомов,

находящихся

в

соединении

друг

с

другом,и

н е

имеет

знаков-

" а л о е "

или

"минус",так

к а к она

х а р а к т е р и з у е т

лишь

число

связ<"а »

Но

в

соединении

электроны,

образующие

химическую

с в я з ь ,

смещены

к

более

электроотрицательному

атому,

и , с л е ­

довательно

,

атом

приобретает

определённый

з а р я д .

В соответствии

с

этим представлением

введено

поня тие

с т е -

пени

окисления .

Под

степенью окисления

атома

в

молекуле

понимается

э л е к ­

трический заряд данного атома, вызванный смещением валентных

электронов

к

более электроотрицательному'

атому.

При

этом

о

п р е д п о л а г а е т с я ,

что электроны каждой связи в молекуле,

в

ионе полностью

принадлежат

электроотрицательному

атому.

Степень'окисления

атома обозначается

числом со

знак0м_."плюси

„или

"минус",

которое показывает,

сколько

электронов

атом д а н -

. ного

элемента

в молекуле

отдал

(

знак "

плюо

" )

или,

наоборот

нил

к с е б е ( з н а к

" м и н у с " ) . Следовательно,

степень

окисления

бывает положительная и отрицательная .

Так

как молекулы

электронейтральны, то

в

них число

положитель*

ш х

зарядов долено быть равно числу

- ^ т е л ь н ы х

з а р я д о в .

-

160 -•

Например, в

соединениях A'zt $0± и

Млг

$0}

степень

окисления серы

равна соответственно + 6 и

+

ч; марганец

в Ю.й0^ имеет

степень

окисления +7;

хлор

в

соединениях

ШО^

,

ВСе03

, $С£0г

\

ИССО

и 'til'C

имеет

степень

окисления,равную

+7,

+5,+Э,+1 и -

I с о о т в е т с т в е н н о .

Известны

с л у ч а и ,

когда

степень

окисления

выражается

дробным числом:

т а к ,

если

в

Н 2 0

для

кислорода

она

равна - 2 ,

в HgOj

она

равна

-

I , то

в

KOg

и

КО^ -

соответственно

-1/2

я

- 1 / 3 .

3

большинстве

случаов

числовое

значение

степени

окисления

с о в п а д а е т

с

ччеловыи

значением

в а л в н т н о с т а .

Например,

в

"соед-инени'ях

А'аСС

,

Л'А3

,

S/6

степень

окисления

хлора,

а з о т а ,

серы' равна, с о о т в е х ч в в г ш о

-Т-, - Э ,

+6,и

валгнтн ость

этих

элементов

также

равна

1,3,6.

3

некоторых случаях с те пень

окисления

не

равна

валентно ­

сти

данного

элемента .

Например, для

углерода в метане СН^, метиловом

спирте

СЬ GH,

формальдегиде

СН2О, муравьиной

кислоте

H-COGH и

двуокяси углерода CO., степень окисления углерода равна

соответственно

- 4 , - 2 , 0, +2 +ч,

в

т о

время

как валентность

углерода

во

всех

этих

соединениях

равна

четырём.

Необходимо, отметить,

что

понятие

о степени

окисления

х о т я ' и является

формальным

и не

всегда

характеризует д е й ­

-

161

-

\

В окислительно-восстановительных

реакциях, в

р е з у л ь т а т е

полного

или

частичного

перехода

электронов

от

одних

атомов

к другим

изменяется

степень

окисления

элементов .

В процессе

окисления

происходит

увеличение

степени

окис»

л е н и я , а

в процессе

восстановления

-

уменьшение

степени

окисления . Вещества, в которых происходит увеличение

с т е *

пени окисления

элемента,

называются

восстановителями,

а

в е *

щеотва,в

которых

в

р е з у л ь т а т е

притягивания

или

присоедине ­

ния электронов происходит уменьшение, степени .окисления

э л е »

мента, иаэываюгся

окислителями*

В висшей

степени

окисления

атомы

проявляют

только

окно*

ля тельные с в о й с т в а ,

в

низшей

степени

окислевя.я

« т о л ь к о

в е с -

отановнтелькые

с в о й с т в а ,

В промежуточной

отепени

окисления

,

атом 1С д е т быть и-окислителем

и

восстановителем .

Например,

имеем

реакцию:

SHMii04

+ S

= ?М„

0о

i

Кг- SiГ4

>

в ней окислителем

я в л я е т с я

ШЯОц, восстановителем

-

сера»

В р е з у л ь т а т е

реакции марганец

в о с с т а н а в л и в а е т с я ^

его

степень

окисления уменьшается от +7 до +4. Сера окисляется} её

с т е п е н ь

окисления увеличивается

от

О д о

4-6,

Степень окисления-атома в

элементе

в свободном-^виде

рав«

на нулю,

'

,

'Если

рассмотреть

изменение

пояснительной

степени

о к и с л е ­

ния в ' п е р и о д и ч е с к и

системе

э л е м е н т о в ,

т о

в

малых

периодах

степень

окисления

изменяется

от

+1 д о

+7

(кроме

кислорода

я

ф т о р а ) ;

в больших

периодах

изменение

стег.вии окисления

- неполные электронные аналоги

- это

элементы

одной

группы

(например,

УП

г р у п п а ) .

Таким об разом, номвр

г р у ш и

с о о т в е т с т в у е т наибольшей

положительной

степени

окисления

(по к и с л о р о д у ) ,

которую

могут

проявлять элементы

данной

группы:

I

£Г

Ш

1У

У

У г

УП

УШ

Ягй

НО

Нг83

яог

иго5

во.

• в.07

НО,,

а (он)

ф ) г ' Ф ) 3

Ч(в»)4

HR0}

г/гЩ

ЦС4

Втек, периодичность

накопления

элект[онов

около ядра вле~

чёт за собой

nej

иодичнссть

в изменении

свойств

атомов

( э л е м е н т о в ) .

Периодически,

к а к

мы видим,

изменяются: о т е ­

ч е т

окисления,

радиусы атомов

к

ионов,

атомные

объемы,

окислительно - восстановительные

с в о й с т в а ,

конизацнонные

потенциалы,

сродство к

э л е к т р о н у ,

химические

г * ю й с т в а

элементов и

д р .

Свойства

элементов

находятся

в

периодической

з а в и с и ­

мости

от атомных

масс

я от

порядковых яомеров,

определи»

свих

заред ядра

и электронную конфигурацию атома .