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.

Подобные аномалии в химическом поведении элементов наблюдаются и в других группах. Так, например, для элементов 4-го периода, находящихся в VA-VIIA-группах, (As, Se, Br) характерна малая устойчивость соединений в высшей степени окисления. В то время как для фосфора и сурьмы известны пентафториды, пентахлориды и пентаиодиды, в случае мышьяка до сих получен только пентафторид. Гексафторид селена менее устойчив, чем соответствующие фториды серы и теллура. В группе галогенов хлор(VII) и иод(VII) образуют устойчивые кислородсодержание анионы, тогда как пербромат-ион, синтезированный лишь в 1968 г., является очень сильным окислителем.

Вторичная периодичность связана, в частности, с относительной инертностью валентных s-электронов за счет так называемого "проникновения к ядру", поскольку увеличение электронной плотности вблизи ядра при одном и том же главном квантовом числе уменьшается в последовательности ns > np > nd >nf.

Поэтому элементы, которые в Периодической системе стоят непосредственно после элементов со впервые заполненным p-, d- или f-подуровнем, характеризуются понижением устойчивости их соединений в высшей степени окисления. Это натрий и магний (идут после элементов с впервые заполненным р-подуровнем), р-элементы 4-го периода от галлия до криптона (заполнен d-подуровень), а также послелантаноидные элементы от гафния до радона.

Периодическое изменение атомных радиусов

Согласно представлениям квантовой механики, атомы не имеют четких границ, однако вероятность найти электрон, связанный с данным ядром, на определенном расстоянии от этого ядра быстро убывает с увеличением расстояния. Поэтому атому приписывают некоторый радиус, полагая, что в сфере этого радиуса заключена бóльшая часть электронной плотности (более 90%).

Радиусы атомов элементов находятся в периодической зависимости от их порядкового номера.

В периодах по мере увеличения заряда ядра радиусы атомов, в общем, уменьшаются, что связано с усилением притяжения внешних электронов к ядру. Наибольшее уменьшение атомных радиусов наблюдается у элементов малых периодов. В группах элементов радиусы атомов, в общем, увеличиваются, так как растет число электронных слоев. Таким образом, в изменении атомных радиусов элементов просматриваются разные виды периодичности: вертикальная, горизонтальная и диагональная.

Небольшие размеры атомов элементов второго периода приводят к устойчивости кратных связей, образованных при дополнительном перекрывании р-орбиталей, ориентированных перпендикулярно межъядерной оси. Так, диоксид углерода − газообразные мономер, молекула которого содержит две двойные связи, а диоксид кремния − кристаллический полимер со связями Si−O. При комнатной температуре азот существует в виде устойчивых молекул N₂, в которых атомы азота соединены прочной тройной связью. Белый фосфор состоит из молекул Р₄, а черный фосфор представляет собой полимер.

По-видимому, для элементов третьего периода образование нескольких одинарных связей выгоднее формирования одной кратной связи. Вследствие дополнительного перекрывания р-орбиталей для углерода и азота характерны анионы СО₃²⁻ и NO₃⁻ (форма треугольника), а для кремния и фосфора более устойчивы тетраэдрические анионы SiO₄⁴⁻ и PO₄³⁻.

31.

Коррозия металлов — разрушение металлов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с коррозионной средой. ^[2] Для процесса коррозии следует применять термин «коррозионный процесс», а для результата процесса — «коррозионное разрушение». Образование гальванических пар с пользой применяют для создания батарей и аккумуляторов. С другой стороны, образование такой пары приводит к неблагоприятному процессу, жертвой которого становится целый ряд металлов, — коррозии. Под коррозией понимают происходящее на поверхности электрохимическое или химическое разрушение металлического материала. Наиболее часто при коррозии металл окисляется с образованием ионов металла, которые при дальнейших превращениях дают различные продукты коррозии. Коррозия может быть вызвана как химическим, так и электрохимическим процессом. Соответственно, различают химическую и электрохимическую коррозию металлов.

Способы борьбы с коррозией можно методично разделить на несколько классов. Первый это влияние на свойства металлического материала. Здесь возможны следующие пути решения: обработка при повышенной температуре, специальный подбор металла с соответствующими характеристиками и обработка поверхности. Понятно, что в зависимости от природы и основных факторов агрессивной среды необходимо выбрать сталь с подходящими свойствами. Влияние температуры и добавление накладок способно значительно изменить коррозийную стойкость металла в нужную сторону. Обработка стали нагревами позволяет снять внутренние напряжения металла и уменьшить его склонность к коррозийным изменениям.

Также возможно добиться изменения факторов влияния окружающей среды. Осушение воздуха и снижение количества кислорода будет подавлять газовый вид коррозии, что наиболее актуально для химической коррозии. Для борьбы с электрохимической коррозией применимы различные виды ингибиторов. Общее снижение агрессивности среды за счет правильного подавления ее значимых компонентов также позволяет припятствовать проявлению коррозии.

Ну и самыми популярными являются методы ограничения взаимодействия металла с коррозийной средой на границе поверхности. Наиболее прост в реализации процесс нанесения на поверхность стали специальных лакокрасочных покрытий. Правда для должного эффекта такое покрытие должно иметь значительную толщину. Желательно чтобы подобная глубина защитной поверхности достигалась засчет множества тонких слоев. Таким образом достигается устойчивая пассивация (невосприимчивость) металла к коррозии. Подложкой для лакокрасочных покрытий могут служить фосфатные материалы. Большей степенью защиты от коррозии обладают специальные металлические покрытия, наносимые преимущественно электродуговым методом. Основан данный способ на том, что наносимые металлы имеют большую коррозийную стойкость чем исходная поверхность. Пассивизация металлов за счет инертной к коррозии защитной пленки из материалов с высокой коррозийной стойкостью называется легированием. Нержавеющие стали например, получены засчет легирования железа хромом. Также для защиты металлических поверхностей применяют цементные материалы, но их существенным минусом является отсутствие гибкости и значительный расход сырья. Процесс использования специальных смазок и температурного режима для образования стойкой защитной пленки является известным воронением стали.

Эффективными методами коррозийной защиты являются катодная поляризация (катод защищает анод) и устранение анодной поляризации (например применение блуждающих токов). Не стоит забывать и про оптимальную организацию взаимодействия металлов и сплавов различных групп.

32.

А́том (от др.-греч. ἄτομος — неделимый) — наименьшая химически неделимая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств^[1]. Атом состоит из атомного ядра и электронов. Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов. Если число протонов в ядре совпадает с числом электронов, то атом в целом оказывается электрически нейтральным. В противном случае он обладает некоторым положительным или отрицательным зарядом и называется ионом. Атомы классифицируются по количеству протонов и нейтронов в ядре: количество протонов определяет принадлежность атома некоторому химическому элементу, а число нейтронов — изотопу этого элемента.

Изото́пы (от греч. ισος — «равный», «одинаковый», и τόπος — «место») — разновидности атомов (и ядер) одногохимического элемента с разным количеством нейтронов в ядре. Название связано с тем, что изотопы находятся в одном и том же месте (в одной клетке) таблицы Менделеева. Химические свойства атома зависят практически только от строения электронной оболочки, которая, в свою очередь, определяется в основном зарядом ядра Z (то есть количеством протонов в нём) и почти не зависит от его массового числа A (то есть суммарного числа протонов Z и нейтронов N). Все изотопы одного элемента имеют одинаковый заряд ядра, отличаясь лишь числом нейтронов. Обычно изотоп обозначается символом химического элемента, к которому он относится, с добавлением верхнего левого индекса, означающего массовое число (например, ¹²C, ²²²Rn). Можно также написать название элемента с добавлением через дефис массового числа (например, углерод-12, радон-222). Некоторые изотопы имеют традиционные собственные названия (например,дейтерий, актинон).

Пример изотопов: 

33.