5 Зависимость химических свойств элементов от строения их атомов

Согласно теории строения атома в основе химических реакций лежат процессы перестройки электронных оболочек атома – электронные взаимодействия. В химических реакциях участвуют главным образом электроны внешних слоев (валентные электроны). Обычно это одиночные (непарные, неспаренные) электроны.

Максимально заполненные орбитали наиболее устойчивы. Электронные слои, орбитали которых заполнены максимально, называются завершенными. Внешний электронный слой является завершенным, если имеет электронную конфигурацию s²p⁶ (восемь электронов), кроме гелия.

Атомы инертных элементов (Не, Ne, Аr, Кr, Хе, Rn) имеют завершенные внешние электронные слои и поэтому с большим трудом вступают в химические реакции. Атомы всех других элементов имеют незавершенные внешние электронные слои.

У атомов металлов во внешнем слое, как правило, содержится меньше четырех электронов, и они слабо связаны с атомом. Атомы металлов, вступая в химическую реакцию, теряют валентные электроны. Как известно, активность металлов различна. Например, натрий и калий - более активные металлы, чем золото и платина. Для сравнения активности металлов обычно используют специальную величину - энергию ионизации I.

Энергия ионизации - это количество энергии, необходимое для отрыва наиболее слабо связанного электрона от атома.

Энергию ионизации выражают в электрон-вольтах (эВ). Значения энергий ионизации более активных металлов меньше, чем менее активных. Щелочные металлы имеют самые низкие значения энергий ионизации

У атомов неметаллов во внешнем электронном слое содержится четыре и больше электронов, которые прочно связаны с атомом. Атомы неметаллов, вступая в химическую реакцию, обычно присоединяют электроны. Для сравнения неметаллических свойств используют специальную величину – сродство к электрону Е.

Сродство к электрону - это количество энергии, которое выделяется при присоединении одного электрона к нейтральному атому.

Сродство к электрону также выражают в электрон-вольтах (эВ). Наибольшие значения сродства к электрону у элементов главной подгруппы седьмой группы (F, C1, Вr, I), т.е. у типичных неметаллов.

С увеличением заряда ядра атомов у элементов одного периода уменьшается радиус атома, а количество внешних электронов увеличивается. Вследствие этого притяжение внешних электронов к ядру усиливается, энергия ионизации и сродство к электрону увеличиваются. Поэтому к концу периода металлические свойства элементов ослабляются, а неметаллические усиливаются.

В больших периодах металлические свойства ослабляются, а неметаллические усиливаются более медленно, чем в малых периодах. Это объясняется тем, что большие периоды содержат переходные элементы. На внешнем слое атомов переходных элементов находятся два s-электрона, а заполняются предпоследний слой у d-элементов и третий с конца у f-элементов.

В главных подгруппах с увеличением порядкового номера элемента (то есть сверху вниз) металлические свойства элементов усиливаются, а неметаллические ослабляются. Количественные изменения приводят к качественным. Отсюда следует, что самый активный металл - франций, самый активный неметалл - фтор. Деление элементов на металлы и неметаллы относительно. Как известно, существуют элементы с амфотерными свойствами.

Число электронов во внешнем слое атомов изменяется периодически с возрастанием заряда ядер атомов. Поэтому и свойства химических элементов изменяются периодически.

В настоящее время периодический закон формулируется так:

Свойства химических элементов, а также формы и свойства их соединений, находятся в периодической зависимости от величины заряда их атомных ядер или порядкового номера элемента в периодической системе.