ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Связь между положением элементов в периодической системе и строением и свойствами атомов из "Общая и неорганическая химия" Первый элемент в периодической системе - водород. Его единственный электрон отвечает /С-слою л=1), т. е. состоянию х. У гелия два электрона (и ), отличающиеся спинами. [c.43] В атома.х элементов, следующих за гелием, формируется -слой (л = 2), так как наличие третьего электрона в первом слое означало бы нарушение запрета Паули. Второй электронный слой завершается у неона у него заполнены и х-, и р-оболочки. В атомах элементов от натрия до аргона комплектуется третий электронный слой подобно второму. [c.43] После заполнения х-и р-оболочек в третьем слое остается свободной вся (/-оболочка (10 вакансий), однако у следующих за аргоном калия и кальция начинает заполняться четвертый слой и лишь со скандия возобновляется достройка третьего слоя (формирование -оболочки). Эта достройка заканчивается у атома меди. Заполнение -оболочки в декаде переходных элементов 8с-2п осуществляется не вполне регулярно - у атомов Сг и Си на 4 -оболочке находятся не два электрона, а один, т. е. происходит, как иногда говорят, провал внешнего х-электрона на предшествующую -оболочку. Состояния Ъ(1 и 4х близки по энергии, и добавление электронов в 3 -оболочку может вызвать перемену взаимного расположения этих подуровней. Провал электрона в атоме хрома приводит к заполнению -оболочки наполовину (конфигурация ), а у меди-к ее полному укомплектованию (конфигурация ). Аналогичная неравномерность в застройке - и /-оболочек наблюдается и в атомах элементов следующих периодов. [c.43] После цинка вплоть до криптона продолжается заполнение четвертого слоя (4р-оболочки). Таким образом, вслед за двух-и двумя восьмиэлементными периодами идет большой период, содержащий 18 элементов. [c.43] Заполнение электронных оболочек у последующих 18 элементов (ЯЬ-Хе) аналогично заполнению электронных оболочек уже рассмотренных 18 элементов четвертого периода (К-Кг) вслед за ЯЬ(5х) и 8г(55 ) на протяжении декады Y(4 ) - Сс1 (4 ) с несколькими провалами электрона комплектуется 4 -oбoлoчкa, затем последовательность заполнения нарушается и электроны поступают в р-оболочку пятого слоя, хотя свободна вся 4/ -оболочка. [c.43] Правило, описывающее атомные структуры (в общих чертах, без учета провалов электронов), сформулировано ученым В. М. Клечковским (СССР) заполнение электронных оболочек в атомах элементов происходит в порядке возрастания суммы квантовых чисел п +1 при равенстве этих сумм для двух оболочек сначала заполняется оболочка с меньшим значением п. [c.44] Таким образом, основные особенности заполнения электронных слоев и оболочек атомов элементов в порядке расположения их в периодической системе следующие. [c.44] Указанные способности электронного строения определяют перечисленные ниже главнейшие закономерности изменений свойств элементов в периодической системе. [c.44] Зависимость первых энергий ионизации от порядкового номера элемента показана на рис. 1.12. Выше отмечалось, что энергия ионизации является свойством, изменяющимся периодически. Подробнее обсудим эту зависимость. [c.45] Энергия ионизации приблизительно равна по значению и об-ратна по знаку той энергии, которой обладает наиболее слабо связанный электрон атома (или иона), находящегося в основном состоянии. Поэтому для выяснения закономерностей, характерных для энергии ионизации, необходимо рассмотреть факторы, определяющие энергию электронов в атомах. Если бы в атоме кроме рассматриваемого электрона других электронов не было, то энергия данного электрона в соответствии с уравнением (1.33) зависела бы только от заряда ядра X и главного квантового числа п. Чем больше 2 и меньше п, тем ниже лежит энергетический уровень в одноэлектронной системе и тем более прочно электрон связан с ядром. Наличие других электронов в атоме, кроме рассматриваемого, вносит значительные изменения в эту простую зависимость. Особенности влияния электронов можно объяснить, используя два понятия экранирование заряда ядра и эффект проникновения электронов к ядру. [c.45] Кроме двух указанных эффектов некоторое влияние на прочность связи электронов в атоме оказывает взаимное отталкивание электронов, принадлежащих к одному и тому же слою. Этот эффект иногда также называют экранированием. Такое отталкивание особенно сильно, когда два электрона с противоположными спинами находятся на одной орбитали. [c.46] Используя изложенные сведения, рассмотрим закономерности изменения первых энергий ионизации /1 элементов в порядке расположения их в периодической системе. [c.46] Первые энергии ионизации атомов щелочных металлов составляют (в эВ) 5,39(и), 5,14(Ма), 4,34(К), 4,18(ЯЬ), 3,89(Сз). Энергии ионизации данных элементов имеют наиболее низкие значения. Это объясняется сильным экранированием заряда ядра внутренними электронными слоями, которые предшествуют внешнему электрону. Уменьшение энергии ионизации от лития к цезию обусловлено возрастанием расстояния электрона от ядра по мере увеличения размера атомов. [c.46] Из этих схем видно, что в атоме азота на каждой р-орбитали имеется по одному электрону. У атома кислорода электрон поступает на р-орбиталь, уже занятую одним электроном. Два электрона, находящиеся на одной и той же орбитали, сильно отталкиваются, поэтому оторвать электрон от атома кислорода легче, чем от атома азота. [c.47] Аналогичная последовательность в изменении Л наблюдается для элементов всех периодов - наименьшую энергию ионизации имеет начинающий период щелочной металл, наибольшую - завершающий период благородный газ. У элементов вставных декад энергии ионизации сравнительно мало изменяются при переходе от одного элемента к другому и они выше, чем для металлов главных подгрупп. Это обусловлено тем, что при одинаковом числе электронных слоев заряд ядер атомов элементов побочных подгрупп больше. [c.47] Открытое химиком Е. В. Бироном (Россия) в 1915 г. явление вторичной периодичности, наблюдающееся для многих свойств, было объяснено С. А. Шукаревым (1940 г.). Это явление связано с заполнением у атомов некоторых элементов й- и /-оболочек, приводящем к упрочнению связи с ядром внешних х-и /)-электронов. Это упрочнение сильнее всего сказывается на свойствах х-электронов, менее - р-электронов и еще в меньшей степени - -электронов. Вторичная периодичность проявляется резче всего в свойствах соединений элементов главных подгрупп со степенью окисления элемента, равной или близкой к номеру группы. [c.48] Предсказание свойств неизученных элементов (и их соединений) по методу Д. И. Менделеева, когда интерполяция свойств осуществляется как по вертикали, так и по горизонтали в таблице элементов, уменьшает возможную погрешность, связанную с проявлением вторичной периодичности. [c.48] Степень окисления принято указывать арабской цифрой сверху символа элемента со знаком + или - перед цифрой , например СГ. Когда есть основания считать, что в кристаллах или в растворе действительно существуют ионы, то при обозначении их заряда знак + или - ставят после цифры (заряды 1+ 1- обозначают просто знаками + или -), например Ва , На. [c.48] С помощью этих правил легко определить степень окисления элементов в различных соединениях. Например, в соединениях Нз2 50з и N32804 степени окисления серы равны соответственно +4 и +6 марганец в КМпОд имеет степень окисления +7. [c.49] Следует подчеркнуть, что понятие степень окисления является ( рмальным и обычно не дает представления об истинном заряде рассматриваемого атома в соединении. Во многих случаях степень окисления не равна также валентности данного элемента. Например, для углерода в метане СН4, метаноле СНзОН, формальдегиде СН2О, муравьиной кислоте НСООН и диоксиде углерода СО2 степени окисления углерода составляют соответственно -4, -2, О, +2 и +4, в то время как валентность углерода (число связей атома) во всех этих соединениях равна четырем. [c.49] Вернуться к основной статье