Электронные структуры атомов элементов малых периодов

Являясь элементом второго малого периода, сера способна образовать более четырех связей, так как у нее возможно заполнение З -со-стояний (ср., например, 5Рв, имеющую шесть ковалентных связей). Несмотря на это, сульфоксиды по своей электронной структуре ближе к (I), чем к (II), на что указывает, в частности, величина парахора. Они имеют пирамидальное строение, причем неподеленная пара электронов атома серы играет роль четвертого заместителя. Этим объясняется оптическая активность несимметрично замещенных сульфоксидов. В сульфокислотах атом серы образует, по-видимому, пять или шесть ковалентных связей, так как иначе неизбежно накопление формальных зарядов [c.58]

Кратко подытожим сказанное. Все атомы стремятся образовать устойчивую электронную конфигурацию в виде внещнего уровня из 8 электронов, подобную таковой ближайшего инертного газа. Это может быть осуществлено, во-первых, приобретением или потерей электронов, во-вторых, образованием пар общих электронов. Соединения, образованные первым способом, состоят из ионов и называются электровалентными. Соединения, построенные по второму способу, не имеют ионов и называются ковалентными. Огромное большинство солей относится к первому классу, а ббльшая часть органических соединений — ко второму. Валентность в больших периодах. Установлено, что все атомы стремятся образовать электронные структуры, такие же, как у инертных газов. Это справедливо для многих элементов, однако суш ествует немало исключений из этого правила даже в малых периодах. Например, ВСЬ и РСЬ — устойчивые соединения, однако в одном из них октет не заполнен, а в другом во внешней оболочке больше 8 электронов. Такие отклонения часто встречаются у элементов в больших периодах. Рассмотрим атом цинка. Его атомный номер 30. Поэтому он имеет 30 электронов, окружающих ядро. Два инертных газа, строение которых он должен был бы стремиться приобрести, — это Аг (18) и Кг (36). Теоретически можно ожидать, что атом цинка будет терять 12 электронов или приобретать 6, образуя катион цинка с валентностью 12 или анион цинка с валентностью 6. Однако атом цинка образует устойчивый двухвалентный катион. Следовательно, внешняя оболочка будет устойчива не при 18 или при 36 электронах, а при 28. Распределение электронов в атоме цинка будет поэтому таково 2, 8, 18, 2. Подобные соображения справедливы в отношении структур, приписываемых другим элементам в больших периодах. Рассмотрение атомных структур этих элементов показывает, что максимальное число электронов на третьем уровне равно 18 и что во многих-случаях при незаполненном третьем уровне уже имеются электроны на четвертом. Например, К 19 (2, 8, 8, 1) 5с 21 (2, 8, 9, 2) N1 28 (2, 8, 16, 2) Вг 35 (2, 8, 18, 7). [c.23]

Алюминий, следующий за магнием, обладает заметной биологической активностью и является активатором некоторых энзимов,, а недостаток его в организме приводит к недостатку витамина Однако его роль все-таки значительно меньше, чем роль ионов натрия и магния. Атом алюминия слишком тян ел и велик для включения в структурную организацию клеток, а ион слишком мал и недостаточно поляризуем, чтобы попасть в число важнейших биологических катализаторов. Высокий заряд иона АР+ и склонность солей алюминия к гидролизу являются факторами, ограничивающими его роль в биохимических процессах. Другие качества, благоприятствующие участию в процессах жизнедеятельности (ковалентность связей, акцепторные свойства и т. п.) в большей степени присущи бору — аналогу алюминия во 2-м периоде. Предпочтительность бора, по сравнению с алюминием, доказывает предпочтительность элементов 2-го периода перед членами 3-го, Это становится особенно ясным при сравнении углерода с кремнием, который расположен в периодической системе под углеродом и так же как углерод способен к образованию четырех ковалентных связей. Кремния на Земле примерно в 135 раз больше углерода, но в биохимическую эволюцию включился все же углерод. Причина этого, в первую очередь, в стабильности связей С—С и 51—51. В первом случае расстояние между атомами в 1,5 раза меньше и соответственно энергия разрыва связи в 2 раза больше, т. е. связь С—С стабильнее. Поскольку построение организмов предполагает образование длинных цепей атомов, то устойчивые связи углерода имеют несомненное преимущество перед связями кремния. Кроме того, у кремния имеется лишь небольшая тенденция к образованию кратных связей. Все это делает соединения кремния неустойчивыми в присутствии воды, кислорода или аммиака. Однако кроме устойчивости другой очень важной особенностью биогенных элементов является способность к образованию кратных связей. Это можно проиллюстрировать сравнением свойств СОо и ЗЮг. В оксиде углерода (IV) между атомами С и О имеются кратные (двойные) связи, каждая из которых образована двумя парами общих электронов. Внешний слой каждого пз атомов в СОг приобретает стабильную структуру октета. Все возмол<-ности образования связей у этой молекулы исчерпаны. Благодаря легкости атомов и ковалентности связей СОг является газом, довольно легко растворяется в воде, реагирует с ней и в такой форме может быть использован живыми организмами. У кремния способность к образованию кратных связей практически отсутствует или, во всяком случае, гораздо ниже, чем у атома углерода. Поэтому атом 81 соединен с О простыми связями, при образовании которых остаются неспаренными два электрона у кремния и по одному у каждого из атомов кислорода. Лишенные возможно- [c.181]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология