РАЗДЕЛ 2. СТРОЕНИЕ АТОМА И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ МЕНДЕЛЕЕВА

Тема 4. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева

Таблица 4.1

Энергия ионизации атомов некоторых элементов (эВ)

Величина энергии ионизации может служить мерой большей или меньшей металличности элемента: чем меньше энергия ионизации, тем сильнее должны быть металлические свойства элемента.

Рассмотрим, как в связи с этим изменяются первые энергии ионизации c увеличением заряда ядра у атомов одной и той же подгруппы периодической системы (табл. 4.2.).

Таблица 4.2

Значение первого потенциала ионизации (эВ) атомов некоторых элементов

Как видно, с увеличением зарядаядраатомов элементов главных подгрупп энергия ионизации уменьшается, что свидетельствует об усилении металлическихсвойстви, соответственно, ослаблениинеметаллическихсвойств.

Эта закономерность связана с возрастанием радиусов атомов. Кроме того, увеличение промежуточных электронных слоев приводит к более сильному экранированию ядра, т. е. к уменьшению его эффективного заряда. Оба эти фактора (растущее удаление внешних электронов от ядра и уменьшение эффективного заряда) приводят к ослаблению связи внешних электронов с ядром и, следовательно, к уменьшению энергии ионизации.

У элементов одного и того же периода при переходе от щелочного металла к инертному газу заряд ядра постепенно возрастает, а радиус атома уменьшается. Поэтому энергия ионизации постепенно увеличивается, а металлические свойства ослабевают.

4.2.3. Сродствокэлектрону

Сродство к электрону − это энергия, выделяющаяся при присоединении

электрона к нейтральному атому (Еср)

Э + е = Э- – Еср.

РАЗДЕЛ 2. СТРОЕНИЕ АТОМА И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ МЕНДЕЛЕЕВА

Тема 4. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева

Сродство к электрону, как и энергия ионизации, обычно выражается в электрон-вольтах. Сродство к электрону численно равно, но противоположно по знаку энергии ионизации отрицательно заряженного иона Э-. Сродство атома к электрону отчасти характеризует окислительную активность простого вещества. Чем больше сродство к электрону, тем выше окислительная способность простого вещества.

Надежные значения сродства к электрону найдены лишь для небольшого числа элементов. Сродство к электрону зависит от электронной конфигурации атома. Так, сродство к электрону атома водорода равно 0,75 эВ, кислорода – 1,47 эВ, фтора – 3,52 эВ.

Сродство к электрону атомов металлов, как правило, близко к нулю или отрицательно; из этого следует, что для атомов большинства металлов присоединение электронов энергетически невыгодно. Сродство же к электрону атомов неметаллов всегда положительно и тем больше, чем ближе к благородному газу расположен неметалл в Периодической системе. Это свидетельствует об усилении неметаллических свойств атомов элементов одного периода по мере повышения заряда ядра.

4.2.4. Электроотрицательность

Понятие электроотрицательности (ЭО) позволяет оценить способность атома данного элемента к оттягиванию на себя электронной плотности по сравнению с другими элементами соединения. Очевидно, что эта способность зависит от энергии ионизации атома и его сродства к электрону. Согласно одному из определений (Малликен) электроотрицательность атома может быть выражена как полусумма его энергии ионизации и сродства к электрону:

ЭО = ½ (I + E).

Имеется около 20 шкал электроотрицательности, в основу расчета значений которых положены разные свойства веществ. Значения электроотрицательностей разных шкал отличаются, но относительное расположение элементов в ряду электроотрицательностей примерно одинаково (табл.4.3).

РАЗДЕЛ 2. СТРОЕНИЕ АТОМА И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ МЕНДЕЛЕЕВА

Тема 4. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева

Таблица 4.3

Относительная электроотрицательность элементов (по Полингу)

Строго говоря, элементу нельзя приписать постоянную электроотрицательность. Она зависит от многих факторов, в частности, от валентного состояния элемента, типа соединения, в которое он входит, и пр. Тем не менее это понятие полезно для качественного объяснения свойств химической связи и соединений.

4.2.5.Кислотно-основныесвойстваоксидовигидроксидов

Впериодической зависимости от заряда ядра и радиуса атома находятся не только свойства элементов, но и их соединений.

Впериоде с уменьшением радиуса атомов основный характер оксидов

игидроксидов постепенно ослабевает, переходя в амфотерный, а затем в кислотный, усиливающийся к концу периода.

Например, в ряду элементов третьего периода слева направо наблюдается следующее изменение кислотно-основных свойств гидроксидов:

Усиление кислотных свойств→

Аналогичный характер изменения кислотно-основных свойств оксидов

игидроксидов наблюдается и для элементов других периодов.

Вгруппах сверху вниз усиливается основный характер оксидов и гидроксидов и ослабляется кислотный характер, что объясняется увеличением радиуса элементов и ослаблением связи ЭО.

Так, в группе IA все элементы образуют основные оксиды и гидрокси-

РАЗДЕЛ 2. СТРОЕНИЕ АТОМА И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ МЕНДЕЛЕЕВА

Тема 4. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева

ды. Атомы Cu, Ag и Au, составляющие IВ подгруппу, имеют также на внешнем слое один электрон. Но однозарядные ионы данных металлов меньше ионов щелочных металлов, поэтому связь ЭО более прочная. Действительно, гидроксиды названных металлов – слабые основания.

Такая закономерность сохраняется и в других группах элементов Периодической системы, при этом возрастает стремление их к проявлению переменных степеней окисления.

Изменение кислотно-основных свойств оксидов в зависимости от

степени окисления элемента можно показать на примере одного эле-

мента Mn+2 -Mn+4- Mn+6- Mn+7.

Связь ЭО с увеличением степени окисления элемента упрочняется и, таким образом, усиливаются кислотные свойства оксидов и гидроксидов.

Следует отметить, что рассмотренная закономерность изменения кислотно – основных свойств оксидов и гидроксидов наиболее полно проявляется у элементов главных подгрупп; у элементов побочных подгрупп иногда осложняется влиянием побочных факторов, о которых говорилось выше.

4.2.6.Окислительно-восстановительныесвойства

Впериодах с повышением порядкового номера элемента восстановительные свойства простых веществ понижаются, а окислительные возрастают

истановятся максимальными у галогенов.

Вгруппах периодической системы с повышением порядкового номера элемента, т. е. сверху вниз, возрастают восстановительные свойства простых веществ, а окислительные – убывают.

Наиболее ярко восстановительные свойства выражены у щелочных металлов (самый активный из них цезий), а окислительные – у галогенов (самый активный – фтор).

Окислительные или восстановительные свойства сложных веществ зависят от степени окисления атома, изменяющего ее в ходе реакции. Соединения, включающие атомы элементов в высшей степени окисления, будут окислителями

(HNO3 – окислитель за счет азота (+V), KMnO4 – за счет марганца (+VII), K2Cr2O7

– засчетхрома(+VI) ит. д.), асодержащиеатомывминимальнойстепениокисле-

ния – восстановителями (KI, H2S). Вещества, в составе которых атомы в промежуточных степенях окисления, способны как повышать, так и понижать степень окисления, следовательно, могут быть как восстановителями, так и окислителями,

т. е. проявляютокислительно-восстановительнуюдвойственность.

РАЗДЕЛ 2. СТРОЕНИЕ АТОМА И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ МЕНДЕЛЕЕВА

Тема 4. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева

Контрольныевопросыиупражнения

1.Составьте электронные формулы атомов элементов 4-го периода VII группы. Какой из этих элементов способен образовывать газообразный гидрид и какова формула этого гидрида?

2.Определите период, группу, подгруппу элементов, электронная конфигурация которых имеет следующие окончания:

l) ...5s14d5; 2)... 6s26p2; 3) ... 3p64s2 .

К какому семейству элементов они относятся, какую максимальную степень окисления они могут проявлять?

3.Составьте электронные формулы атомов азота, имеющих степени окисления+ 5 и– 3 иукажитечислоэлектроновнавнешнемуровне.

4.Определите, сколько неспаренных электронов содержится в атоме молибдена Мо.

5.Укажите число электронов на внешнем уровне у атомов йода, имеющих степень окисления + 5 и - 1.

6.Определите суммарный спин электронов предвнешнего уровня в атомах меди и олова.

7.Составьте электронную формулу атома железа и укажите сумму значений орбитального квантового числа для всех электронов предвнешнего уровня.

8.Определите сумму значений главного и орбитального квантовых чисел последнего электрона предвнешнего уровня атома никеля.

9.Определите порядковый номер элемента, у атома которого внешние

электроны характеризуются следующими значениями квантовых чисел: n = 6; l = 1; ml = 0; s = ½.

10.Определите максимальное число неспаренных электронов, которое могут иметь атомы бериллия, кремния и серы при их переходе в возбужденное состояние.

11.Укажите, как изменяется (растет или уменьшается) атомный радиус от магния к хлору.

12.Укажите, как изменяется (растет или убывает) энергия ионизации атома от бериллия к фтору.

13.Укажите, как изменяется (растет или убывает) электроотрицательность атома от магния к барию.

14.Напишите электронную конфигурацию атома Сr и иона Сr3+ в невозбужденном состоянии и укажите все квантовые числа валентных электронов атома хрома.

15.В приведенных ниже парах выберите частицу, для которой значение первого потенциала ионизации наибольшее:

a) Ne, Na; б) S, S+; в) С, N; г) Na+, Mg+; д) N, О.

16.Объясните, почему первые потенциалы ионизации переходных элементов 4-го периода имеют близкие значения.

17.В каждой из приведенных пар выберите частицу, имеющую

РАЗДЕЛ 2. СТРОЕНИЕ АТОМА И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ МЕНДЕЛЕЕВА

Тема 4. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева

больший радиус на 56:

a) Fe2+, Fe3+; б) S, Se; в) С, N; г) Na+, Mg2+; д) О-, О+; е) Mо, Та.

18.Олово Sn находится в 5-м периоде и 4A подгруппе Периодической таблицы. Напишите электронную конфигурацию валентных электронов атома в основном состоянии, напишите формулу его высшего оксида и водородного соединения. Сравните радиус его атома с радиусом атома свинца.

19.Исходя из положения р-элементов в шестой группе периодической системы, укажите, как изменяются кислотные свойства соединений

H2S, H2Se, H2Te.

20.Атомы элементов, применяемых в радиотехнике как полупроводники, имеют электронную конфигурацию валентных электронов: 4s24p2 и 5s25p3. Укажите положение элементов в Периодической системе. Какие степени окисления могут они проявлять в соединениях?