Промяна на свойствата на елементите в периодичната система - studopediya

При пълнене ниво и подниво електронна конфигурация увеличава стабилността и

2) показват устойчиви напълнена (и р 2. 6. 10 г 14 е) и половината напълнена особено (р 3. 5. г е 7) конфигурация.

От друга страна, електронна конфигурация, в близост до най-стабилните, е много нестабилна и са склонни да се движат в една стабилна, за сметка на съседните поднива. По този начин, в случай на Cr (4s 3d 2 4) 4 3d нестабилна конфигурация става стабилна поради 3d 5 съседни 4s 2. преминаващи в 4s 1 (очевидно разходите на енергия за отстраняване на електрони от 4s-AO-малко енергия печалба при попълване 3d 4 - АД до 3d 5).

За тези промени се случват в много случаи:

за г-елементи: Cr, Cu, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Pt, Au;

за F-елементи: La, Gd, Ac, Th, PA, U, см.

Освен това, нарушение на последователността на попълване АД актиниди също е свързан с конвергенцията на 6d- и 5f-поднива, така че "лека" актиниди от Ac до Pu има свойства, подобни на D-елементи.

Orbital конфигурация и първата йонизационна енергия на атомите. Необходимата за отстраняване на електрон от атом енергия се нарича йонизационна енергия (I)

Разделянето на първия електрона съответства на първия йонизационна енергия I1. вторият - втората I2 т.н. йонизационна енергия изразява в кДж / мол, или в електронволта (EV).

Последователно атом йонизация трябва да се извършва в обратен ред за запълване с електрони атомна орбитала. (Въпреки това, съществуват някои нередности поръчка: за D-, и F-елементи на първата да влезе NS електрони, а след това - (п-1) г или (п-2) е; това се дължи на факта, че йоните на в сравнение с атомите поръчва енергия AO разстрои (фиг. 3.1).

Обща схема на последователни йонизация потенциал - това е тяхното бързо нарастват с повишаване на степента на йонизация. Да разгледаме например Sc: ... .3p 6 4s 2 3d 1. Последователните йонизация потенциали от I1 до I5. 6,56; 12,8; 24.75; 74.5; 93.9 ЕГ (обикновено се измерва в електронволта, ЕГ един - е енергията, която електрон придобива разлика в 1Б потенциали, че енергията е числено равно на потенциална разлика, която трябва да се прилага атом да разкъсат електрон: 1 ЕГ = 96.49 кДж / мола).

Фиг. 3.1. Зависимостта на енергия йонизация

на атомния номер на елемента

Вижда се, че бързо се увеличава със степента на йонизация, което е свързано с увеличаване на електростатично взаимодействие между електрона и за откъсване всички увеличаване заряд на ядрото. Освен това, ние можем да се отбележи, рязко покачване, когато изолацията на електрон с нов квантов слой (I1. I2 отговаря на електрон четата
4s AOS. I3 - в 3D-AO, и I4 и I5 - 6 от 3P - -configurations и 3P 5); То се вижда. че най-големият скок е да се бели първата електрона на новия слой. Като цяло, рязко покачване винаги се появява в началото на едно ново ниво, и са най-ниските валентни електрони.

Сравнете между първо йонизационна енергия i1 елементи (Д). От Фигура 2.3 се вижда, че I1 се променя в зависимост от броя на елемента (Z) периодично. Когато този максимум е в стабилно електронна конфигурация. и 2. П р и 3. 6. 10 г минимуми и - на нестабилна. и 1. р 1. р 4.

Electron афинитет и електроотрицателност. Енергията, която се освобождава, когато е прикачен към един атом на електрона се нарича електрон афинитет (ЕДС) (кДж / мол или ЕГ).

ЕДС на стойност очевидно равни по големина и противоположни по знак на йонизация енергията на отрицателно заредени атоми; Eav стойност по-малка от I1. тъй като взаимодействието на Кулон между Е 0 и по-малък от между + и д. Въпреки това, вариант Eav = F (Z) е същият като в I1. с Z мащаб преминаването от една единица (от д - един електрон е по-голяма от 0. E със същия Е - конфигурация електронен елемент ще има последователност E 0-голямо от единица номер). Таблица 3.1 показва стойности EAV за редица елементи (електронен афинитет не е известно за всички атоми). Вижда се, че Eav също се променя периодично; в този случай показва влиянието на стабилни електронна конфигурация.

електрон афинитета на атомите на някои елементи на

Интересен и важно да стойност химия е сума (I1 + ЕДС). Така kake - + I1 + Eav = E + 2, а след това

в - електроотрицателност. Според Полинг "има способността електроотрицателност на атом в молекула или комплекс йон за привличане на електрони, участващи в образуването на връзки". Очевидно е, инертни газове Електроотрицателност отсъства, тъй външен слой от атоми в техния пълен и стабилен. Електроотрицателност увеличава в посока от ляво на дясно за елементите на всеки период и намалява в посока надолу за всяка основна група елементи PS (фиг. 3.2.).

Фиг. 3.2. Електроотрицателност елементи (Полинг)

Електроотрицателност - сдържаност енергия електрони (собствени и други) на E атом (елемент) на базата на един електрон. Тази стойност се определя по-специално полярността на химични връзки: тя е по-голяма, колкото по-голяма разлика в електроотрицателност комбиниране атома. И колкото по-електроотрицателен атом, толкова по-отрицателен заряд върху него, тъй като има по-голяма енергия привлича електрони. С имат най-големите стойности на халогени (много висока Електроотрицателност флуор се характеризира), и най-ниските - алкалните метали (FR - най електроположителни).

Обикновено не C Измерено ЕГ или J и условно относителни единици. В допълнение, в не определя само от I1 и Eav. но също така и термохимични данни. Следователно, налице е 20 електроотрицателност мащаби. Най-широко използваните от тях (Полинг скала) в (F) е заета равно на 4,0, и в (Li) = 1. Трябва да се отбележи, обаче, че елементът често е невъзможно да се припише единична стойност С. така че трябва да зависи от състоянието на валентност на атома в съединението. Въпреки това, електроотрицателност полезен и широко се използва за качествено обяснение на химична връзка.

Атомна и йонна радиуси. Размерът на атомите и йони не може да се определи точно, тъй като плътността на електрони в периферията него намалява експоненциално. Ето защо, така наречената ефективна радиуси. т.е. условно стойност, определена в съответствие с която принцип или състояние. Например, в отнемане от ядрото на последния максимум електронна плътност, както орбиталната радиусите на атомите.

Размери на йоните (йонен радиус) са определени чрез разделяне пропорционално на разстоянието между йоните в йонни съединения. В зависимост от метода на определяне има няколко системи за йонно радиуси. Въпреки това, редовност в промени на радиусите на атомите и йони не зависи от методите за тяхното определяне. Основните от тях са, както следва.

1. положителен йон радиуса по-малък от радиуса на атома и намалява с увеличаване на положителен заряд на йон. Това се дължи на факта. който отстранява външната обвивка на електрони при формирането на положително зареден йон. съществува Обратната ситуация за отрицателни йони: колкото по-отрицателен заряд, толкова по-голям радиус. Например, хлор атомен радиус е 0.099 пМ за хлорен йон е 0,181 пМ, и С, до 5 - 0.034 пМ.

2. радиусите на атомите и йони на същия заряд намалява с za-

Статус Closed серия от един тип (ове, р, г и е) [1].

Това се дължи на факта, че увеличаването на ядрения заряд в рамките на един (S, Р, D, F) редица елементи увеличава привличането на електрони. В същото време един subshell електроните не са защитени от друго ядро. Този ефект може да бъде отнесен към S-, р-, d-, е компресиране, съответно. Въпреки това, на практика само този термин се използва във връзка с факта, че той е показан на странични субгрупови елементи и е основен фактор за качествата на различията в редиците на F-елементи.

3. За същата структура на черупката радиусите на външната валентните

атома (или йони на същия заряд) е по-голям, по-електронни слоеве. Този модел притежава добре за основната група елементи (S-, р-клетки) (Фиг. 2.5).

Фиг. 3.3. Зависимостта на орбитален радиусите на атома

на атомния номер на елемента

Въпреки това, страничните елементи на подгрупи г радиус се увеличава от елемент на първата серия преход (от Sc на Zn) към втора (Y ... CD), и

третата серия преходен елемент (Lu. Hf) има размер почти равен на размера на втория ред елемент. Това се дължи на ефекта на F-съотношение:

между втория и третия ред е изпълнен 4f-подниво трета извън слой, който предпазва външната слабо 6S 2 електрони от ядрото, докато заряди на ядрата на третия ред от елементи е много по-голям от втория, и тъй като електроните са силно привлечени към ядрото.

На общо намаляване на радиусите на всеки период и броя на атоми са аномалии, свързани с наличието на стабилен (и р 2. 6. 3. р г е 5. 10. г 7. 14 е) и нестабилна (ите 1. р 1. р 4. 1. г г г 4. 9 6. г) конфигурации. Например, орбитален радиус на Al (3s 3P 2 1) е по-голяма от тази на Mg (3s 3P 2 0); Y Cr (4s 1 3d 5) е по-голяма от V (4S 3d 2 3), и така нататък. д. (фиг. 2.5).

Пример 3. Като се има предвид позицията на периодичната система, даде общо описание и посочва химични свойства на фосфор.

Решение. Фосфорът е в третия период, V група пореден номер 15, молекулно тегло от 31. Сърцевината се състои от 15 атомни протони и 16 неутрони = 31-15. Електроните 15 са разположени на три нива на енергия (третия период), валентните електрони - 5 (V група). Фосфор - елемент от основната група, така че всички валентен електрон са разположени върху външната (трето) ниво. Пълен електронен формула: 1s 2s 2 2 2 2p 6 3s 3p 3. Електронни формулата валентни електрони. 3. 2 3s 3P Преди запълване на следващото ниво (в съответствие с процедурата на пълнене - тази 4s) 3 е електрон: 3s 3P 2 3 + 3д ® 3s 3P 2 6; близкия стабилна конфигурация по време на йонизация и електрон разположени 3: 3s 3P 2 3 2 -3e ®3s 3P 0. Следователно, фосфор могат да бъдат окислител и редуциращ агент. Наличието на пет електрони в най-външната обвивка на атома показва, че този неметални. По-висока положителна степен на окисление, равна на пет. Формула висока оксид - Р 2О 5.

Пример 4. извлече формула и валентните електрони графичен формула електронен елемент, разположен в периода 4-та и 5-та група случаен подгрупа. Какво е елемент?

Решение. Елементът се намира в четвъртия период, следователно, електроните се разпределят в четири квантовата нива (п = 4). В атом на елемент 5 има валентност електрони (Група 5). Валентен електрон попълват и predvneshny външен квантово ниво (както случайни подгрупа). Така валентните електрони електрон формула. 4s 3d 2 3; графичен формула: Елемент - ванадий (г-елемент).

Пример 5. Въз основа на позицията на метала в периодичната система, обясни хидроксиди което от двете е по-силна база: Mg (OH) 2 или Ва (ОН) 2; Cd (OH) 2 или Sr (OH) 2?

Решение. Ба и Mg са елементи на една група и имат подобна електронна структура: Ба. 6s 2. Mg. 3s 2. Разликата е, че валентните електрони на Mg се намира на третия квантово ниво и Va - шеста. Следователно Ba са по-изразени метални свойства от Mg (йонизационна енергия намалява от горе до долу, атомните радиус се увеличава от Ba Mg до електрон връзка към ядрото отслаби, Ва атом е лесно губи електрони, металните свойства са подобрени). Следователно, Ва (ОН) 2 - силна база от Mg (OH) 2.

Cd и Sr са елементите на един период (5) и една група (II). Но Cd - елемент от преходната група и Sr - главен. Електронни формула атома: 38 старши 4s 2 4P 5s 6 2 48 Cd. 4s 2 4P 6 4d 5s 2. 10 са по-чести е наличието на тези елементи на външната нивото на 2 електрони. Но Sr пред тях е vosmielektronnaya черупка, а CD - vosemnadtsatielektronnaya. Sr атомен радиус по-голям от този на Cd, и следователно, енергията на йонизация е по-малък; Sr атом лесно губи два електрона в компактдиска атом, Sr имат метални свойства са по-ясно изразени. По този начин, Sr (OH) 2 - силна база от Cd (ОН) 2.

[1] голяма стойност за размера на атом и йонна защитни ефекти и има проникване. Разбираемо е, че външните електрони са защитени от вътрешната сърцевина. Ефективното (т.е., ток) заряд на ядрото намалява с едно действие на всеки електрон вътрешните обвивки. Валентен електрон subshells-слаба щит помежду си от ядрото. По този начин, един период от елементите имат все по-нарастващите ефективни ядрени заряди, които действат от електроните валентните. Например, Li за ефективно ядрен заряд е един (два вътрешната 1s 2-електрон понижено ядрен заряд 3-1) за две, за B 3, за C 4, за N 5, О 6 до F 7 и 8 Ne. Това обяснява увеличението на йонизация потенциал и намаляване на атомния радиус през периода. В същото време по-силни S-електрони проникне до сърцевината от р-електрони. и г и е - дори по-малко от п. Следователно поднива съпротивление намалява в последователността и ® р ® г ® е.