Schimbarea proprietăților elementelor din sistemul periodic - studopediya

Când nivelul de umplere și configurația electronică subnivel crește stabilitatea și

2) prezintă o rezistență deosebită umplute (s p 2. 6. 10. d 14 f) și jumătate plin (p 3. d 5. f 7) de configurare.

Pe de altă parte, configurația electronică, aproape de cea mai stabilă, este foarte instabilă și tind să se mute într-un grajd în detrimentul subnivele învecinate. Astfel, în cazul Cr (4S 3d 2 4) 4 3d configurație instabilă devine stabilă datorită 3d 5 4s adiacente 2. trec în 4s 1 (în mod evident, cheltuielile de energie pentru a elimina electronii din 4s-AO mai puțin câștig de energie atunci când se umple 3d 4 - JSC la 3d 5).

Astfel de variații apar în multe cazuri:

pentru d-elemente: Cr, Cu, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Pt, Au;

pentru-elemente f: La, Gd, Ac, Th, Pa, U, Cm.

Mai mult decât atât, o încălcare a secvenței de umplere în actinidelor SA este de asemenea asociat cu convergența 6d- și 5f-subnivele, astfel încât actinide „light“ de la Ac la Pu are proprietăți similare cu d-elemente.

configurația Orbital și prima energie de ionizare a atomilor. Energia necesară pentru a elimina un electron dintr-un atom se numește energie de ionizare (I)

Separarea primului electron corespunde primului I1 energiei de ionizare. al doilea - al doilea I2 etc. energia de ionizare exprimată fie în kJ / mol, sau în electron volți (eV).

Secvențial ionizare atom trebuie să aibă loc în ordine inversă pentru a umple cu electroni orbitali atomici. (Cu toate acestea, au existat unele încălcări ale ordinului: pentru d- și-elemente f ale primii care desprinde electronii ns, și apoi - (n-1) d, sau (n-2) f; acest lucru se datorează faptului că ionii de comparativ cu atomii de ordine de energie AO perturbat (fig. 3.1).

model general de potențiale de ionizare succesive - adică creșterea rapidă a acestora cu creșterea gradului de ionizare. Să considerăm, de exemplu, un Sc: ... .3p 6 4s 2 3d 1. Potențialele succesivi ionizare de la I1 la I5. 6,56; 12,8; 24.75; 74,5; 93.9 eV (de obicei, măsurată în electron volți, eV - este energia pe care un electron dobândește o diferență în 1B potențiale, că energia este numeric egală cu diferența de potențial, care ar trebui aplicată unui atom de a rupe de electroni: 1 eV = 96.49 kJ / mol).

Fig. 3.1. Dependența energiei de ionizare

pe numărul atomic al elementului

Se observă că crește rapid odată cu gradul de ionizare, care este asociată cu o creștere a interacțiunii electrostatice dintre electron și toată încărcătura tot mai mare a nucleului lacrima-off. Mai mult, se poate observa o creștere bruscă în cazul izolării de electroni cu strat nou cuantic (I1. I2 corespunde desprinderii de electroni
4s AOS. I3 - c 3d-AO și I4 și I5 - 6 din 3p - -configurations și 3p 5); Este vizibil. că cel mai mare salt trebuie sa dezlipirea primul electron al noului strat. În general, o creștere bruscă are loc întotdeauna la începutul unui nou nivel, și au cele mai mici electroni de valență.

Comparați între o primă elemente I1 energia de ionizare (E). Din figura 2.3 se observă că I1 este modificat în funcție de numărul elementului (Z) periodic. Atunci când acest maxim este în configurație electronică stabilă. s 2. p p 3. 6. 10. d minimelor și - pe instabilă. s 1. p 1. p 4.

afinitate de electroni si electronegativitate. Energia care este eliberată atunci când sunt atașate la un atom de electron se numește afinitate de electroni (Eav) (kJ / mol sau eV).

EAV valoare evident egală în mărime și în semn opus la energia de ionizare a atomilor încărcate negativ; Valoarea Eav mai mică decât I1. deoarece interacțiunea Coulomb dintre E 0 și mai mică decât între + și e. Cu toate acestea, variația Eav = f (Z) este aceeași ca și în I1. cu trecerea scara Z cu o unitate (deoarece e - un electron este mai mare decât 0. E cu același E - configurația elementului electronic va avea o secvență E 0 mai mare cu un număr de unitate). Tabelul 3.1 arată EAV valori pentru un număr de elemente (afinitatea de electroni nu este cunoscută pentru toți atomii). Se vede că Eav, de asemenea, se schimbă periodic; în acest caz arată influența configurații de electroni stabile.

Afinitatea de electroni a atomilor de anumite elemente

Un interesant și important pentru valoarea chimiei este suma (I1 + Eav). Deci Kake - + I1 + Eav = E + 2, atunci

c - electronegativitate. Potrivit lui Pauling, „are electronegativitatea capacitatea unui atom într-o moleculă sau complex de ioni pentru a atrage electroni care participă la formarea legăturilor“. Evident, gaze inerte electronegativitate absent, deoarece stratul exterior al atomilor în completă și stabilă a acestora. crește Electronegativitate în direcția de la stânga la dreapta pentru elementele fiecărei perioade și descrește în direcția descendentă pentru fiecare element de grup principal ps (Fig. 3.2.).

Fig. 3.2. Elementele Electronegativitate (Pauling)

Electronegativitate - electroni de reținere a energiei (proprii și altele) ale atomului E (elementul), bazat pe un electron. Această valoare determină, în special, polaritatea legăturilor chimice: este mai mare, cu atât mai mare diferența de atomi de electronegativitate combinarea. Și atomul mai electronegativ, taxa mai mult negativ pe ea, deoarece există o energie mai mare atrage electroni. C au cele mai mari valori ale halogeni (electronegativitatea foarte mare de fluor este caracterizat), iar cele mai mici - metale alcaline (Fr - majoritatea electropozitive).

De obicei nu c măsurate eV sau J și un unități relative condiționate. În plus, c este determinată nu numai de I1 și Eav. dar, de asemenea, datele termochimice. Prin urmare, există o 20 de solzi electronegativitate. Cele mai utilizate pe scară largă a acestora (Pauling scală) c (F) este luată egală cu 4,0, și c (Li) = 1. Trebuie remarcat, totuși, că elementul este adesea imposibil să se atribuie o valoare unică c. așa că trebuie să depindă de starea de valență a atomilor din compus. In ciuda acestui fapt, electronegativitatea util și utilizate pe scară largă pentru explicarea calitativă a unei legături chimice.

Razele atomice și ionice. Mărimea atomilor și ionii nu poate fi determinat cu precizie, deoarece densitatea de electroni, la periferia acestuia descrește exponențial. Prin urmare, așa-numitele raze eficiente. adică valoarea condițional determinată în conformitate cu orice principiu sau condiție. De exemplu, în a lua departe de nucleul la ultima densitate maximă de electroni ca razele orbitale ale atomilor.

Dimensiunile ionilor (raza ionică) sunt definite prin împărțirea în mod proporțional distanța dintre ionii în compușii ionici. În funcție de metoda de determinare are mai multe sisteme de raze ionice. Cu toate acestea, regularitate în schimbări ale razelor atomilor si ionilor nu depinde de metodele de determinare a acestora. Cele mai importante sunt după cum urmează.

1. Ionul pozitiv rază mai mică decât raza atomului și scade odată cu creșterea sarcina pozitiva a ionului. Acest lucru se datorează faptului. care îndepărtează învelișul exterior al electronilor în timpul formării unui ion încărcat pozitiv. Situația inversă există pentru ioni negativi: taxa mai negativă, cu atât mai mare raza. De exemplu, clor raza atomica este 0,099 nm pentru clor ion este 0,181 nm și Cl +5 - 0.034 nm.

2. Razele atomilor și ionii de aceeași sarcină scad cu za-

Stare serie închisă de un singur tip (s, p, d și f) [1].

Acest lucru se datorează faptului că o creștere a taxei nucleare în cea (s, p, d, f) un număr de elemente crește atracția electronilor. În același timp, unul electronii subshell nu sunt protejate unul față de celălalt nucleu. Acest efect poate fi menționat S-, P-, d-, f-compresie, respectiv. Cu toate acestea, în practică numai din urmă termen este utilizat în legătură cu faptul că el este prezentat în elementele subgrupei laterale și este un factor major în proprietățile diferențelor în rândurile elementelor-f.

3. Pentru aceeași structură a razelor coajă de valență exterioară

atomi (sau ioni de aceeași sarcină) este mai mare, straturile mai electronice. Acest model are bine pentru principalele elemente de grup (S-, p-celule) (Fig. 2.5).

Fig. 3.3. Dependența razelor orbitale a atomilor

pe numărul atomic al elementului

Cu toate acestea, elementele secundare ale subgrupe crește d rază de elementul primei serii de tranziție (de la Sc la Zn), la un al doilea (Y ... Cd) și

al treilea element serie de tranziție (Lu. Hf) are o dimensiune aproape egală cu dimensiunea de-al doilea element rând. Acest lucru se datorează efectului f-ratio:

între a doua și al treilea rând este umplut al treilea strat exterior-4f subnivel care scuturi slab externe 6s 2 electroni din nucleu, în timp ce sarcinile de nuclei al treilea rând de elemente este mult mai mare decât al doilea, și pentru că electronii sunt puternic atrase de miez.

Împotriva scăderii generale a razelor fiecărei perioade și numărul de atomi sunt anomalii asociate cu existența stabilă (s p 2. 6. 3. p d f 10. 5. d 7. 14 f) și instabilă (s 1. p 1. p 4. 1. d d d 4. 9 6. d) configurații. De exemplu, o rază orbitală de Al (3s 2 3p 1) este mai mare decât cea a Mg (3s 2 3p 0); y Cr (4s 1 3d 5) este mai mare decât V (4s 3d 2 3), și așa mai departe. d. (fig. 2.5).

Exemplul 3. Având în vedere poziția în sistemul periodic, da o descriere generală și indică proprietățile chimice ale fosforului.

Decizie. Fosforul este în a treia perioadă, V numărul de ordine de grup 15, greutate moleculară de 31. Nucleul este format din 15 de protoni atom si 16 neutroni = 31-15. Electronii 15 sunt dispuse la trei niveluri de energie (a treia perioadă), electronii de valență - 5 (grupa V). Fosfor - element al grupului principal, deci electronii de valență sunt aranjate pe plan extern (a treia). Formula electronica completa: 1s 2s 2 2 2 2p 6 3s 3p 3. electronice formula electroni de valență. 3. 2 3s 3p Anterior umplerii nivelul următor (în conformitate cu procedura de umplere - aceasta 4s) 3 este un electron: 3s 2 3p 3 + 3e ® 3s 2 3p 6; cea mai apropiată configurație stabilă în timpul ionizarea și electroni spațiate 3: 3s 3p 2 3 2 -3E ®3s 3p 0. Prin urmare, fosfor poate fi, de asemenea, un oxidant și un agent de reducere. Prezența a cinci electroni în învelișul exterior al unui atom indică faptul că acest metaloid. stare de oxidare mai mare pozitiv egal cu cinci. Formula oxid superior - P2 O5.

Exemplul 4. Derivarea formula și electroni de valență grafic elementul electronic formula situat în perioada 4-lea și al 5-lea grup subgrupul incidental. Ce este un element?

Decizie. Elementul este localizat în a patra perioadă, prin urmare, electronii sunt distribuite în cele patru nivele cuantice (n = 4). În atomul elementului 5 are o electroni de valență (Grupul 5). electroni valenta umple și nivelul predvneshny cuantic extern (ca subgrup accesorie). Astfel, formula de electroni electroni de valență. 4s 3d 2 3; Formula grafică: Element - vanadiu (d-elemente).

Exemplul 5. Pe baza poziției metalului din sistemul periodic, explica hidroxizi care dintre cele două este o bază mai puternică: Mg (OH) 2 sau Ba (OH) 2; Cd (OH) 2 sau Sr (OH) 2?

Decizie. Ba și Mg sunt elemente ale unui grup și au structură electronică similară: Ba. 6S 2. Mg. 3s 2. Diferența este că electronii de valență ale Mg sunt situate la al treilea nivel cuantic și Va - al șaselea. Prin urmare, Ba sunt proprietăți metalice mai pronunțate decât Mg (energie de ionizare scade de sus în jos, atomice crește raza de Ba Mg la electroni de legătură la nucleul slăbi, atomul Ba este pierde cu ușurință electroni, proprietățile metalice sunt îmbunătățite). În consecință, Ba (OH) 2 - o bază mai puternică decât Mg (OH) 2.

Cd și Sr sunt elementele unei perioade (5) și un grup (II). Dar Cd - element de grup de tranziție și Sr - principal. atomi de formula electronică: 38 Sr. 4s 2 4p 5s 6 2 48 Cd. 4s 2 4p 6 4d 5s 2. 10 au în comun este prezența acestor elemente la nivelul exterior al 2 electroni. Dar Sr în fața lor este coajă vosmielektronnaya, în timp ce CD - vosemnadtsatielektronnaya. Raza atomică Sr mai mare decât cea a Cd și, prin urmare, energia de ionizare este mai mică; atom Sr pierde cu ușurință doi electroni decât Cd atom, Sr au proprietăți metalice sunt mai pronunțate. Astfel, Sr (OH) 2 - o bază mai puternică decât Cd (OH) 2.

[1] O valoare mare pentru dimensiunea efectelor atomului și ecranare ionică și au penetrare. Se înțelege că electronii exterioare sunt protejate de miezul interior. Efectivă (adică, curent) sarcina nucleului scade cu câte o acțiune a fiecărui electron cochilii interioare. electroni de valență subshell scut mai slab unul de altul din nucleu. Astfel, o perioadă de elementele au un taxe nucleare eficiente din ce în ce tot mai mare care acționează asupra electronilor de valență. De exemplu, Li pentru taxa nucleară efectivă este +1 (două interior 1s 2-electron redus sarcina nucleară +3 la +1) la Be +2, +3 pentru B, C pentru 4, pentru N +5, pentru O 6 F +7 și Ne +8. Aceasta explică creșterea potențialului de ionizare și o scădere a razei atomice în perioada. În același timp, mai puternic s-electroni penetrează miezul decât p-electroni. și d și f - chiar mai mică decât p. De aceea subnivele rezistență scade în ® p ® d ® f secvența s.