Свойства атомов. Их периодичность

Такие свойства атомов, как их размер, энергии ионизации и сродства к электрону, электроотрицательность, степень окисления связаны с электронной конфигурацией атома. В их изменении с увеличением порядкового номера элемента наблюдается периодичность.

Радиус атома– важная его характеристика. Чем больше атомный радиус, тем слабее удерживаются внешние электроны. И, наоборот, с уменьшением атомного радиуса электроны притягиваются к ядру сильнее.

В периоде атомный радиус, в общем, уменьшается слева направо. Это объясняется увеличением силы притяжения электронов с ростом заряда ядра. В подгруппах сверху вниз атомный радиус возрастает, так как в результате прибавления дополнительного электронного слоя увеличиваются объём атома, а значит, и его радиус.

Энергия ионизации (I) – это энергия, необходимая для отрыва наиболее слабосвязанного электрона от атома. Она обычно выражается в электроно-вольтах (эВ). При отрыве электрона от атома образуется соответствующий катион.

Энергия ионизации для элементов одного периода возрастает слева направо с ростом заряда ядра. В подгруппе она уменьшается сверху вниз вследствие увеличения расстояния электрона от ядра.

Энергия ионизации связана с химическими свойствами элементов. Так, щелочные металлы, имеющие небольшую энергию ионизации, обладают ярко выраженными металлическими свойствами. Химическая инертность благородных газов обусловлена их высокими значениями энергии ионизации.

Атомы могут не только отдавать, но и присоединять электроны. При этом образуются соответствующий анион.

 Энергия сродства к электрону (E)– энергия, которая выделяется при присоединении к атому одного электрона. Энергия сродства к электрону, как и энергия ионизации, выражается в электроно-вольтах. Наиболее велика она у галогенов, имеющих на внешнем уровне по 7 электронов. Это свидетельствует об усилении неметаллических свойств элементов по мере приближения к концу периода.

Определение электроотрицательности (ЭО) дал американский ученый Линус Полинг (1901-1990):электроотрицательность есть способность атома в молекуле притягивать к себе электроны.

Здесь имеются ввиду валентные электроны, то есть электроны, которые участвуют в образовании химической связи. Очевидно, у благородных газов электроотрицательность отсутствует, так как внешний уровень в их атомах завершен и устойчив.

Для количественной характеристики предложено считать мерой электроотрицательности энергию, равную арифметической сумме энергий ионизации и сродства к электрону, то есть

ЭО = I+E.

            Фтор имеет наибольшее значение электроотрицательности. Наименьшее значение электроотрицательности имеют атомы щелочных металлов. Обычно электроотрицательность лития принимают за 1 и сравнивают с ней электроотрицательность других элементов, получая удобные для сравнения значения относительной электроотрицательности (χ).

            Относительная электроотрицательность подчиняется периодическому закону: в периоде она растёт с увеличением порядкового номера элемента, в группе уменьшается. Её значения служат мерой неметаличности элементов. Очевидно, чем больше относительная электроотрицательность, тем сильнее неметаллические свойства элементов. При химическом взаимодействии элементов электроны смещаются от атома с меньшей относительной электроотрицательностью к атому с большей относительной электроотрицательностью.

Выводы о взаимосвязи строения атомов и свойств химических элементов, а также причины периодического изменения их свойств, сходства и различия между ними:

1)      свойства химических элементов, расположенных в порядке возрастания заряда ядра, изменяются периодически потому, что периодически повторяется сходное строение внешнего электронного слоя атомов элементов;

2)      плавное изменение свойств элементов в пределах одного периода можно объяснить постепенным увеличением числа электронов на внешнем слое атомов;

3)      завершение внешнего электронного слоя атома приводит к резкому скачку в свойствах, при переходе от галогена к инертному элементу; появление нового внешнего электронного слоя – причина резкого скачка в свойствах при переходе от инертного элемента к щелочному металлу;

4)      свойства химических элементов, принадлежащих к одному семейству, сходны потому, что на внешнем электронном слое их атомов одинаковое число электронов