Общая химия. Теория и задачи под ред. Н. В. Коровина и Н. В. Кулешова, страница 4

Таким образом, в больших периодах у dэлементов, в которых происходит заполнение предвнешнего подуровня, наблюдается более плавное уменьшение радиусов при увеличении заряда ядра атома. Дляd и fэлементов наблюдается так называемая вторичнаяпериодичность в свойствах вследствие сильного экранирующего воздействия предвнешних d и fэлектронов навнешние sэлектроны.В пределах группы Периодической системы элементовс ростом заряда ядра атома и возрастанием числа элект2ронных слоев (сверху вниз) радиусы атомов увеличивают2ся.

Причем в главных подгруппах радиусы атомов увеличиваются в большей степени, чем в побочных подгруппах.Это связано с тем, что эффект, обусловленный увеличением заряда ядра у d и fэлементов, почти полностью компенсирует увеличение радиусов атомов за счет возникновения новых электронных уровней.Положительно заряженные ионы имеют меньше электронов, а отрицательно заряженные ионы имеют большеэлектронов, чем соответствующие электронейтральные22ОБЩАЯ ХИМИЯ. ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИатомы. Поэтому радиусы положительно заряженных ионовменьше, а радиусы отрицательно заряженных ионов больше радиусов соответствующих атомов. Радиусы ионов также находятся в периодической зависимости от порядкового номера элемента.

Например, в пределах одной группырадиусы ионов одинакового заряда возрастают с увеличением номера элемента (заряда ядра).Энергия ионизации. Энергия, удаления электрона отданного атома, находящегося в основном состоянии, характеризуется первой энергией ионизации I1. Например:Э – е = Э +.В результате ионизации атомы превращаются в положительно заряженные ионы — катионы. Энергию ионизации относят к одному молю частиц и количественновыражают в килоджоулях на моль (кДж/моль) или в электронвольтах (эВ)*.Напомним, что моль — это количество вещества, которое содержит 6,022×1023 структурных элементов (атомов,молекул, ионов и т.

д.).Первая энергия ионизации (рис. 1.6) определяется электронным строением атомов элементов, и ее изменение имеет периодический характер. В целом, величина энергииионизации возрастает по периоду. Наименьшие значенияэнергии ионизации имеют щелочные элементы, находящиеся в начале периода, наибольшими значениями энергии ионизации характеризуются благородные газы, находящиеся в конце периода. Пики на кривой зависимостиэнергии ионизации от порядкового номера элемента наблюдаются у элементов с законченным sподуровнем (Be,Mg), dподуровнем (Zn, Cd, Hg) и рподуровнем, в каждойАО которого находится по одному электрону (N, P, As).Минимумы на кривой наблюдаются у элементов, имеющих на внешнем подуровне по одному электрону (щелочные металлы, В, Al, Ga, In).В одной и той же группе энергия ионизации несколько уменьшается с увеличением порядкового номера элемента, что обусловлено увеличением размеров атомов и*1эВ = 1,6×10–19 Дж.

Для одного моля частиц 1 эВ = 96,5 кДж/моль.ГЛАВА 1. ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРОЕНИИ ОБОЛОЧЕК АТОМОВ23Рис. 1.6Зависимость первой энергии ионизации от порядкового номераэлемента zрасстояния внешних подуровней от ядра. Кроме первойэнергии ионизации, элементы с многоэлектронными атомами могут характеризоваться второй I2, третьей I3 и более высокой энергией ионизации, которые равны соответственно энергии отрыва молей электронов от 1 моль ионовЭ+, Э2+ и т. д. При этом энергии ионизации возрастают сувеличением их номеров, т. е. I1 < I2 < I3.

Особенно резкое увеличение ионизации наблюдается при отрыве электронов из заполненного подуровня.Энергия ионизации — важная характеристика атома.Значение величины энергии ионизации позволяет судитьо том, насколько прочно связаны электроны в атоме, насколько «легко» данный атом «теряет» то или иное количество электронов. Например, для атомов элементов с низкими значениями I (щелочные элементы, Ba, Al, Cr) характерно образование катионов.Сродство к электрону.

Энергетический эффект присоединения электрона к данному атому, находящемусяв основном состоянии, определяется сродством к элект2рону. Например,Э + е = Э –.24ОБЩАЯ ХИМИЯ. ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИВ результате образуются отрицательно заряженныечастицы — анионы. Сродство к электрону Еср количественно выражается в кДж/моль или эВ. Сродство к электронузависит от положения элемента в периодической системе.Наибольшие значения сродства к электрону имеют галогены, кислород, сера, наименьшие и даже отрицательныеее значения — элементы с электронной конфигурацией s2(He, Be, Mg, Zn), с полностью или наполовину заполненными рподуровнями (Ne, Ar, Kr, N, P, As).

Для атомовэлементов с высоким сродством к электрону характернообразование анионов.Рассмотрим примеры записи электронных структурионов. Учитывая, что электрон имеет единичный отрицательный заряд, электронные конфигурации положительно и отрицательно заряженных ионов (реальных илиусловных) строятся по электронным формулам нейтральных атомов следующим образом:S [Ne] 3s23p4 , S2+ [Ne] 3s23p2, S2– [Ne] 3s23p6 = [Ar];Ag [Kr, 4d10] 5s1, Ag+ [Kr, 4d10];Fe [Ar] 3d64s2, Fe2+ [Ar] 3d6, Fe3+ [Ar] 3d5;I [Kr] 5s25p5, I– [Kr] 5s25p6, I5+ [Kr] 5s2;Cs [Xe] 6s1, Cs+ [Xe].При построении формулы катиона электроны удаляют из подуровней нейтральных атомов справа налево поэлектронной формуле, а в пределах одного подуровня —освобождают атомные орбитали полностью и поочередно.Так, для написания электронной формулы катиона Fe2+удаляют два 4sэлектрона, а для катиона Fe3+ удаляют два4sэлектрона и один dэлектрон.При построении формулы аниона электроны добавляют на атомные орбитали незавершенного энергетическогоподуровня в соответствии с принципами минимума энергии и запрета Паули.

Так, для аниона S2– добавляют дваэлектрона на две 3ратомные орбитали (при этом образуется устойчивая «октетная» конфигурация атома аргона Ar).При удалении электронов от ядра в процессе ионизации необходимо затратить энергию, причем тем большую,чем больше заряд иона. Поэтому энергии ионизации соотносятся как I1 < I2 < I3 < I4.ГЛАВА 1.

ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРОЕНИИ ОБОЛОЧЕК АТОМОВ25Удаление электронов из нейтрального атома при образовании положительных ионов уменьшает их радиусывследствие уменьшения периферийной электронной плотности и большего притяжения оставшихся электронов кядру изза уменьшения межэлектронного отталкивания.Действительно, согласно справочным данным радиус атома олова r (Sn) = 0,158 нм, иона r (Sn2+) = 0,102 нм, иона r(Sn4+) = 0,067 нм.Частицы, имеющие одинаковое число электронов, называют изоэлектронными. Например, по 23 электронасодержат такие частицы, как атом Ti [Ar] 3d2 4s2 и катионV+ [Ar] 3d3 4s1.1.7.ЭЛЕКТРООТРИЦАТЕЛЬНОСТЬИ ОКИСЛИТЕЛЬНОВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕСВОЙСТВА ЭЛЕМЕНТОВОкислительновосстановительные свойства атомов элементов являются важной характеристикой, определяющей химические свойства веществ.

При химическом взаимодействии происходит перестройка электронной структуры атомов. Перераспределение электронной плотностиатомов в химических реакциях зависит от способностиатомов элементов отдавать и принимать электроны.Восстановительная активность элементов опреде2ляется способностью их атомов отдавать электроны.Вещества, атомы которых отдают электроны, называются восстановителями. Атомы элементоввосстановителей, отдавая электроны, превращаются в положительнозаряженные ионы, напримерNa – е = Na+.Для атомов металлов характерны восстановительныесвойства.С увеличением восстановительной способности элементов потенциалы ионизации уменьшаются.

Наименьшимипотенциалами ионизации обладают щелочные металлы.Окислительная способность элементов определяет2ся способностью их атомов присоединять электроны.26ОБЩАЯ ХИМИЯ. ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИВещества, атомы которых присоединяют электроны, называются окислителями. Атомы элементовокислителей,присоединяя электроны, превращаются в отрицательнозаряженные ионы, напримерF + е = F –.Для атомов неметаллов по сравнению с атомами металлов характерны окислительные свойства.

Чем вышеокислительная способность атомов элементов, тем большая энергия выделяется при присоединении электрона катому и тем больше энергия сродства к электрону. Максимальными энергиями сродства к электрону обладают атомы фтора, хлора, кислорода.Окислительновосстановительная способность атомовзависит главным образом от величины заряда ядра, радиуса атома и числа электронов на внешнем уровне. Чембольше заряд ядра атомов в данном периоде, меньше радиус и больше число электронов на внешнем незавершенном уровне, тем в большей степени выражены окислительные свойства элемента и в меньшей — восстановительные.Сочетание значений энергии ионизации и энергии сродства к электрону, очевидно, может служить мерой способности атома и отдавать и принимать электроны, т. е.

мерой его окислительновосстановительной способности.Чем больше сумма потенциала ионизации и сродства кэлектрону, тем выше окислительные способности атома.Чем меньше сумма этих величин, тем выше восстановительные способности атома.Для характеристики суммарной способности атомов всоединениях притягивать к себе электроны и для характеристики их окислительновосстановительной способности введено понятие электроотрицательности (ЭО), которая является функцией энергий ионизации и сродства кэлектрону. Л. Полинг ввел относительную шкалу электроотрицательности.