Неорганическая химия. Т. 1. Под ред. Ю.Д. Третьякова (975563), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Наиболее распространены клеточные варианты Периодической таблицы: с короткими (восемь групп) и длинными периодами (восемнадцать групп). При описании химии элементов нами будет использован в основном длиннопериодный вариант, рекомендованный ИЮПАК' и схематически представленный на рис. 3.17. ' ИЮПАК вЂ” Международный союз теоретической и прикладной химии — международная неправительственная организация, занимающаяся разработкой общих принципов и правил номенклатуры химических соединений, терминологии, символики, а также структуры Периодической системы элементов, !41 НИЧ Ч Ч1 ЧНЧШ Не 13 14 15 16 17 18 'и 4 р 51 б 7 антаноиды ктиноиды 7"-блок Рис. 3.17.
Общая структура Периодической таблицы (ддиииопериодный вариант) Элементы располагаются в таблице в порядке возрастания заряда ядра, Вертикальные ряды называют группами, а горизонтальные — периодами. По типу валентных орбиталей все элементы делятся на блоки: з-блок объединяет элементы, имеющие конфигурацию внешних орбиталей лз' и пл', у элементов р-блока происходит заполнение р-подуровня, и'- и7'-блоки объединяют элементы с заполняющимися, соответственно, (и — 1) 1- и (и — 2).Г-орбиталями. Обычно,7-'элементы выделяют в отдельные семейства лаитанондов (4Я и актпииоидов (5Я. Однако не все элементы этих семейств являются 7-'элементами, что подробно будет обсуждаться в П1 томе данного учебника.
Периоды объединяют элементы, в атомах которых происходит последовательное заполнение одинаковых электронных уровней. При этом номер периода совпадает с главным квантовым числом внешнего электронного уровня. Например, 2-й период объединяет элементы, у которых заполняется второй уровень (28 и 2р) от лития (1.1 28') до аргона (Аг 28'2ро) — всего 8 элементов.
У элементов б-го периода внешним электронным уровнем является шестой (бз и бр); всего в этом периоде 32 элемента, включая лантаноиды. Каждый период завершается элементом, относящимся к инертным (благородным) газам. У этих элементов электронная конфигурация пл'яр~, в дальнейшем уже начнется заполнение (н + 1) уровня. Различие в последовательности заполнения внешних и более близких к ядру электронных уровней объясняет причину различной длины периодов: 1-й период содержит только 2 элемента; 2-й и 3-й — по 8 элементов каждый; 4-й и 5-й — по 18, 6-й — 32 элемента. Незавершенный 7-й период имеет пока 24 элемента.
В настоящее время последним достоверно известным элементом является дармштадтий 138 (Я = 110), Группы объединяют атомы элементов, имеющих одинаковое количество электронов на внешнем уровне. В коротком варианте таблицы периоды обычно обозначают римскими, а в длинном — арабскими цифрами. В коротком варианте Периодической таблицы, представленном на первом форзаце этого тома, номер группы для з- и р-элементов соответствует общему числу электронов внешнего уровня. Например, у элементов группы Ч на внешнем уровне пять электронов: азот 2872рл, фосфор Зз'Зрл, мышьяк 4874рл, висмут бз'бр'.
Элементы з- и р-блоков объединяются в главные подгруппы. Для Н-элементов номер группы в общем случае (для первых б элементов каждого семейства и'-элементов) равен общему числу электронов на (и — 1)И- и т-уровне. 142 3.2.3. Периодичность изменении свойств элементов К числу важнейших свойств элементов, определяемых электронным строением атома, относятся радиусы (г), потенциалы ионизации (1), сродство к электрону (А,), электроотрицательность (т), степени окисления элементов. Все они закономерно меняются по периодам и группам. На рис. 3.18 представлена зависимость величин радиусов атомов от заряда ядра.
Для атомов металлов приведены металлические радиусы, а для неметаллов — ковалентные. Как видно из рисунка, изменение радиусов носит периодический характер. Основная тенденция в периодах — уменьшение радиусов атомов, а в группах — их увеличение. Подобное изменение атомных радиусов обусловлено увеличением в периоде эффективного заряда ядра, стремящегося «сжать> атомные орбитали. Действительно, для каждого главного квантового числа и степень экранирования валентных электронов увеличивается с возрастанием значения орбитального квантового числа: г > а > р > а, см. разд. 1.2 этой главы. У И- и~-элементов по этой же причине происходит менее резкое изменение радиусов, что приводит к появлению на кривой локальных максимумов.
Изменение радиусов в группах меньше изменения их в периодах и оно неравномерно (рис 3.19), что связано со значительным уменьшением радиусов при заполнении с(- и 7'-орбитапей (И- и г=сжатие). г, им о,з г, им О,!5 0,2 ОНО 0,05 4 5 Номер периада 20 40 60 80 100 е Рис.
3.18. Зависимость радиуса атома (г) от порядкового номера элемента (г.) Рис. 339. Зависимость радиусов атомов (г) ст заряда ядра по группам и периодам 143 Например, у атома скандия (бс Зоп4а', группа П1) — три электрона; у атома хрома (Сг За545', группа Ч1) — шесть электронов, а у атома железа (Ге Зс(44з', группа Ч1П) — восемь. Цинк (Еп), кадмий (Сс1) и ртуть (Н8), у которых с(- уровень завершен, и внешними являются па'-электроны, находятся в группе П.
По той же причине элементы медь (Си), серебро (А8) и золото (Ап), имеющие за счет «проскока» электронов конфигурацию (и — 1)Ы'епз', относят к группе 1. Кобальт (Со), никель (Х!), родий (Ит), палладий (Рс1), иридий (1г) и платину (Р1) обычно помещают вместе с Ге, Кц, Оз в группу Ч111. Все а'-элементы образуют побочные подгруппы. Лантаноиды и актиноиды также как и Еа (5п'ба') и Ас (6Ы'7а') помещают в побочную подгруппу группы П1.
гь зв 30 20 0 20 40 60 80 100 У Рис. 3.20. Зависимость величины первого потенциала ионизации (У~) от порядкового номера элемента (У) На рис. 3.20 представлена зависимость изменения первого потенциала ионизации (1,) атома от заряда ядра. Она также носит периодический характер.
По периоду величина 4, в общем увеличивается, что обусловлено ростом эффективного заряда ядра. Локальные минимумы связаны с особенностями электронной конфигурации атомов. Например, 4 уменьшается при начале заполнения р-орбиталей (В, А1, Оа и т.д.) и при появлении спаренных электронов на внешних р-орбиталях (О, К, Ке и т.д.). В группах для з- и р-элементов величина 1, уменьшается, а для г(-элементов изменяется немонотонно, что объясняется увеличением эффективного заряда ядра при незначительном изменении радиуса по мере заполнения 61- и Г"-уровней, а также различной степенью экранирования (эффекгп инертной з-пары).
Этими эффектами также можно объяснить неравномерное изменение по группам у элементов р-блока радиусов (см. рис. 3.19) и суммы первых трех потенциалов ионизации (рис. 3.21). Наиболее заметны отклонения у элементов 90 85 ае 80 4" 75 то + + 65 60 55 50 45 3 4 5 6 Номер периода Рис. 3.21, Изменение суммы трех первых потенциалов ионизации (У, + 1~ + Уа) для элементов !3- (6), 14- (а) и 15-й (в) групп 144 с заполненными предвнешними Зг(- и 4~орбиталями, которые имеют только один максимум на кривой радиального распределения электронной плотности. Такая немонотонная зависимость наблюдается в основном только для начала р-блока (13(П1) и 14(ГЧ) группы) и практически не заметна для элементов конца периодов.
Помимо энергетических характеристик атомов, рассмотренных ранее, в химии широко используют понятие — электроотрицательности. Электроотрицательность (т) характеризует способность атомов притягивать к себе электроны, связываюшие их с другими атомами в гетероатомной молекуле, Существует много способов, позволяющих количественно оценить величину электроотрицательности. До сих пор в химической литературе чаще других используется шкала электроотрицательности Полинга, который впервые ввел это понятие в 1932 г. Шкала Полинга основана на анализе энергий связи гомо- и гетероядерных молекул.
Р.С. Малликен предложил определять электроотрицательность (т„) как полусумму потенциала ионизации и сродства к электрону: (3.8) Сейчас наиболее популярна шкала электроотрицательности Оллреда — Рохова, значения в которой рассчитаны подобно Полингу, но с учетом эффективных зарядов, что особенно важно для тяжелых элементов. Значения электроотрицательности, полученные разными способами, не совпадают даже при введении поправочных коэффициентов (прил. 3). Однако общие тенденции в изменении т по Периодической таблице сохраняются. Наиболее электроотрицательными являются элементы с валентными орбиталями, близкими к завершению (галогены), а наиболее электроположительными— элементы с минимальным числом электронов на валентных орбиталях (щелочные металлы).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
