Задача 1. Напишите электронные конфигурации следующих элементов: N, Si, Fе, Кr, Те, W.

Решение. Энергия атомных орбиталей увеличивается в следующем порядке:

1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p 6s4f5d6p7s5f6d.

На каждой s-оболочке (одна орбиталь) может находиться не более двух электронов, на p-оболочке (три орбитали) — не более шести, на d-оболочке (пять орбиталей) — не более 10 и на f-оболочке (семь орбиталей) — не более 14.

В основном состоянии атома электроны занимают орбитали с наименьшей энергией. Число электронов равно заряду ядра (атом в целом нейтрален) и порядковому номеру элемента. Например, в атоме азота — 7 электронов, два из которых находятся на 1s-орбитали, два — на 2s-орбитали, и оставшиеся три электрона — на 2p-орбиталях. Электронная конфигурация атома азота:

+7N: 1s22s22p3. Электронные конфигурации остальных элементов:

+14Si: 1s22s22p63s23p2,

+26Fе: 1s22s22p63s23p64s23d6, +36Кr: 1s22s22p63s23p64s23d103p6,

+52Те: 1s22s22p63s23p64s23d103p65s24d105p4,

+74Те: 1s22s22p63s23p64s23d103p65s24d105p66s24f145d4.

Какой инертный газ и ионы каких элементов имеют одинаковую электронную конфигурацию с частицей, возникающей в результате удаления из атома кальция всех валентных электронов ?

Решение.

Электронная оболочка атома кальция имеет структуру­ 1s22s22p63s23p64s2. При удалении двух валентных электронов образуется ион Са2+ с конфигурацией 1s22s22р6 Зs2Зр6. Такую же электронную конфигурацию имеют атом Ar и ионы S2-, Сl–, К+, Sc3+ и др.

Энергия ионизации

•Энергия ионизации – это количество энергии, которое изолированный атом в основном электронном состоянии должен поглотить для освобождения электрона, в результате чего образуется ион.

•Эта величина обычно выражается в кДж/моль или количество, необходимое для того, чтобы потерять один электрон.

•В общем, чем дальше электрон от ядра, тем легче его изгнать. Другими словами, энергия ионизации является функцией атомного радиуса: чем больше радиус, тем меньше количество работы, необходимой для удаления электрона с внешней орбитали.

•Например, было бы гораздо легче забрать электроны от более крупного элемента Ca (кальция), чем от того, где они крепче удерживаются к ядру как Cl (хлор).

•В химической реакции, понимание энергии ионизации важно для того, чтобы понять поведение различных атомов при связях друг с другом.

•Например, энергия ионизации натрия (щелочного металла) составляет 496 кДж/моль, тогда как хлора – 1251,1 кДж/моль.

•Энергия ионизации зависит от атомного радиуса. Так как идя справа налево по периодической таблице, атомный радиус увеличивается, а энергия ионизации уменьшается слева направо в периодах и вниз по группам.

•Энергия ионизации являются одним из наиболее важных факторов, которые необходимо учитывать при оценке прочности химических связей и прогнозировании того, как химические вещества будут связываться друг с другом. Но это не свободная энергия.

•Электроны с наименьшей энергией ионизации могут участвовать в химических реакциях и называются валентными.

•У s-элементов валентные электроны - s- электроны внешнего энергетического уровня

•У р-элементов –s и р-электроны внешнего энергетического уровня

•У d-элементов s-электроны внешнего уровня и d – электроны предвнешнего уровня

Энергия сродства к электрону

•Энергией сродства к электрону (Ееa) называется энергия, которая выделяется или поглощается при присоединении электрона к нейтральному атому (или иону) в газовой фазе при температуре 0 К без передачи частице кинетической энергии

Электроотрицательность

• Способность атомов элементов оттягивать к себе общие

электронные пары в химических соединениях называется электроотрицательностью (ЭО).

•Так как общие электронные пары образуются валентными электронами, то можно сказать, что

электроотрицательность — это способность атома притягивать к себе валентные электроны от других атомов.

•Чем больше электроотрицательность, тем сильнее у элемента выражены неметаллические свойства.

•ЭО = ½ (I +Е ср.)

Вычислить разность относительных электроотрицательностей атомов для связей Н—О и О—As. Какая из связей более полярна? К какому классу гидроксидов относится As(ОН)3?

Решение:

По данным таблицы «Относительная электроотрицательность элементов» вычисляем разность электроотрицательностей связей Н — О и О — As:

Н—О = 3,6 – 2,16 = 1,44; O—As = 3,6 – 2,25 = 1,35. Таким образом:

а) Связь Н—О более полярна (Н—О > O—As), т.е. характеризуется большей степенью ионности.

б) Диссоциация As(ОН)3 на ионы в водных растворах будет протекать по

наиболее ионной связи, т.е. по связи Н—О:

As(ОН)3 3H+ +_ AsO3- .

Следовательно гидроксид мышьяка(III) As(ОН)3 будет диссоциировать по типу кислоты. As(ОН)3 – мышьяковистая кислота.

Химическая связь

•В природе не существуют одиночные атомы. Все они находятся в составе простых и сложных соединений, где их объединение в молекулы обеспечивается образованием химических связей друг с другом.