Периодичность свойств элементов

1.5. Периодичность свойств элементов

Многие свойства элементов зависят от электронной конфигурации, и в их изменении по мере увеличения порядкового номера элемента наблюдается периодичность. К таким свойствам атомов элементов относятся: атомный радиус, энергия ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность, степень окисления (валентность), оптические и магнитные свойства. Эти свойства позволяют предсказать и объяснить химические свойства элементов, также закономерно изменяющиеся с ростом порядкового номера и периодически повторяющиеся у элементов одной группы.

Радиусы нейтральных атомов. Наибольшими радиусами обладают атомы щелочных металлов, являющиеся сильнейшими восстановителями. По мере увеличения порядкового номера в периодах радиусы атомов постепенно уменьшаются. Наименьшие радиусы имеют галогены, обладающие наиболее сильной окислительной активностью. Для переходных элементов (d-элементов) также происходит уменьшение радиусов атомов, однако неоднообразно и мало по сравнению с уменьшением, наблюдаемым для типичных элементов. Причина этого в том, что у переходных элементов прибавляющиеся электроны входят во внутренний (n-1)d –слой.

В шестом периоде у атомов лантаноидов при общем падении радиусов, приводящем к сжатию атомов – эффекту, называемому лантаноидной контракцией, - у атомов 63-го и 70-го элементов наблюдается увеличение радиусов, вызванное тем, что электроны заполняют наполовину или полностью 4f-подуровень (f⁷ и f¹⁴).

В группах s-, p- и в третьей группе d-элементов радиусы атомов возрастают сверху вниз. В группах d-элементов, кроме третьей группы, радиусы изменяются не монотонно: от первого элемента в группе ко второму радиус атома несколько увеличивается, а от второго к третьему – практически не изменяется, что обуславливается влиянием лантаноидной контракции.

Энергия ионизации атомов (J) равна энергии, которую необходимо затратить, чтобы перенести один электрон из атома в бесконечность (при этом образуется положительный ион):

А – е → А⁺   (Na – e → Na⁺).

Измеряется  энергия ионизации в кДж/моль, эВ/моль. Она служит количественной характеристикой восстановительной активности элементов.

В периодах слева направо энергия  ионизации,  в общем, возрастает, восстановительная активность уменьшается. В группах s-, p- и в третьей группе d-элементов сверху вниз величины J восстановительная активность увеличивается. В группах d-элементов, кроме третьей группы, энергия ионизации уменьшается, как правило, в обратном направлении, т.е. снизу вверх, и соответственно нарастают восстановительные свойства.

Бесплатная лекция: "Людвиг Фейербах" также доступна.

Сродство к электрону (Е) – энергия, которая выделяется при присоединении к атому одного электрона с образованием отрицательного иона:

А + е → А^-  (Cl + e → Cl^-).

Измеряется энергия сродства к электрону в кДж/моль, эВ/моль. Она служит количественной характеристикой окислительной активности элементов.

Сродство к электрону возрастает с уменьшением радиуса, т.е. в периодах слева направо и в группах неметаллов – снизу вверх. В этих же направлениях увеличивается окислительная активность элементов.

Электроотрицательность(ЭО) определяется как способность атомов в молекуле или кристалле притягивать электроны. Общее стремление атома к присоединению электрона определяется арифметической полусуммой  значений энергии  ионизации и сродства к электрону. Оценивать электроотрицательность имеет смысл только для элементов, имеющих окислительную активность. В периодах ЭО возрастает слева направо; в группе ЭО больше у элемента, расположенного выше.

Наиболее электроотрицательным из всех элементов является фтор.