Электронные структуры атомов и химические свойства элементов

Полупроводниковые кристаллические соединения типа А " В представляют собой химические соединения, образующиеся при взаимодействии элементов В и В подгрупп периодической системы элементов Менделеева. Эти соединения характеризуются наличием у А на внешних оболочках по 3 валентных электрона в состоянии а у В по 5 электронов в состоянии и, вследствие этого, в химических соединениях А В на каждый атом приходится такое же, как и в элементах IV группы, количество электронов, а отсюда идентичность в кристаллической структуре и электронных свойствах этих соединений с алмазом, кремнием, германием и другими элементами IV группы. Однако в отличие от элементов IV группы, имеющих в кристаллической структуре только гомеополярные связи, соединения типа А В имеют как гомеополярные, [c.249]

Гримму 1 °] удалось установить зависимость между способностью ионов изоморфно замеш ать друг друга и их свойствами — зарядом, структурой и величиной. Согласно Гримму, изоморфно замещать друг друга могут те ионы, которые имеют одинаковое число внешних электронов, одинаковый заряд и мало отличающиеся радиусы ионов. Таким образом, сущность химической аналогии элементов изоморфных рядов заключается в близости радиусов их ионов, обладающих одинаковой внешней электронной оболочкой. Необходимо отметить, что известны случаи, когда ионы могут входить в изоморфные ряды, хотя они сильно отличаются по строению внешней электронной оболочки. В этом случае при замене одного иона другим не происходит изменения постоянной решетки, так как различия в числе внешних электронов и в размере радиусов ионов компенсируют друг друга. В дальнейшем Гримм сформулировал следующие три необходимых условия для образования смешанных кристал.чов полярных соединений. [c.325]

Широкое применение полупроводников привело к созданию новых сложных полупроводниковых систем на основе химических соединений. Поиск таких соединений базировался, в первую очередь, на аналогии их структуры со структурой элементарных полупроводников. Так, согласно правилу октета следует ожидать, что полупроводниковыми свойствами будут обладать не только простые вещества типа AIV Д1У но и сложные соединения типа В", А В , А >В и А В , в кристаллической решетке которых на каждый атом приходится такое же количество электронов, как и в кристаллах простых веществ элементов IV группы. Действительно, полупроводниковыми свойствами обладают кристаллы следующих соединений, которые имеют тетраэдрическую структуру [c.313]

Химическое поведение элементов и образуемых ими кристаллических структур зависит как от числа и распределения в них электронов, так и от размера частиц, участвующих в химическом процессе (атома, иона или молекулы). Как мы увидим, эти факторы взаимосвязаны. Тем не менее очень полезно определить функцию, которая бы описывала совместное влияние размеров частиц и электронного раопределения на химические свойства соединений. Такой функцией является так называемая электроотрицательность атома. Фактически это мера силы, с которой атом притягивает к себе электрон. Было предложено несколько шкал электроотрицательности. Несмотря на отдельные недостатки, они чрезвычайно полезны для сопоставления и объяснения многих различий в химических свойствах. В частности, шкалами электроотрицательности удобно пользоваться при обсуждении химических связей, промежуточных между чисто ионной и чисто ковалентной (см. гл. 6 и 9). [c.30]

По сравнению с другими элементами атом водорода имеет наиболее простое строение. Его электронная конфигурация в основном состоянии Is . Простота электронной структуры атома водорода, однако, не означает, что его физические и химические свойства наиболее просты. Наоборот, они удивительным образом отличаются от свойств всех других элементов. Кроме того, он образует особый ряд соединений, обладающих уникальными свойствами (здесь в первую очередь снова нужно назвать воду, а также пероксид водорода). Это единственный элемент, по которому названа одна из разновидностей химической связи (см. гл. 3). [c.160]

Из приведенного разбора уже видна общая тенденция развития атомных структур при сохранении гелиевой электронной пары в первом слое постепенно заполняется электронами второй слой. Заполнение второго электронного слоя будет, очевидно, продолжаться до тех пор, пока не будет достигнуто число электронов, соответствующее максимальной устойчивости этого слоя. Но тогда это должен быть атом элемента, обладающего свойствами инертного газа. Рассматривая элементы, следующие в периодической системе за углеродом, находим здесь азот (2 и 5 электронов), кислород (2 и 6) и фтор (2 и 7), которые являются химически активными элементами. Лишь элемент с порядковым номером 10 — неон — с двумя электронами в первом слое и с восемью электронами во втором оказывается аналогом гелия — [c.76]

Атом водорода по сравнению со всеми другими атомами имеет простейшую структуру. Он состоит из ядра с зарядом и одного электрона. Известны три изотопа водорода Н, (дейтерий О), Н (тритий Т). Несмотря на то что изотопные эффекты для водорода наиболее значительны, что оправдывает использование разных названий для двух тяжелых изотопов, химические свойства Н, О и Т по существу идентичны, за исключением таких характеристик, как скорость и константы равновесия реакций. Эти эффекты будут рассмотрены позднее (разд. 6.10). Обычная форма существования элемента в свободном состоянии—двухатомная молекула, причем возможны разные комбинации—Н,, Вд, Та, НО, НТ, ТО. [c.7]

В зависимости от свойств элементов образующие химическую связь электроны могут находиться в различных энергетических и пространственных состояниях, в результате чего в молекулах возникают и разные типы связей. С целью классификации выделяют обычно два основных типа связи — ионную и ковалентную. Однако это разделение условно и не отражает многообразия форм химического движения.-Связь называется ионной (гетерополярной) в том случае, когда между двумя атомами или группами атомов сильно преобладает электростатическое взаимодействие. Атом, содержащий равное число положительных и отрицательных зарядов, электронейтрален. Теряя или приобретая электрон, атом превр ащается в электрически заряженную частицу — ион. Электронную структуру иона легко установить. [c.19]

Коротковолновые лучи, глубоко проникая в ткани и клетки, вызывают значительные изменения в них и ионизацию. Процесс ионизации в клетке состоит в том, что некоторые атомы, под влиянием излучения, поглощая энергию, испускают электроны и становятся положительно заряженными ионами. Возникший свободный электрон присоединяется к незаряженному атому и последний, получая заряд, превращается в отрицательно заряженный ион создаются пары ионов. Изменение электронной структуры атомов нарушает химические связи, вследствие чего разрушаются молекулярные структуры клетки. Более других повреждаются ядер ные элементы клетки, особенно носители генетических свойств — нуклеиновые кислоты цитоплазма также претерпевает разли ные нарушения. Результаты воздействия на наследственные свойства клеток стойки и необратимы. [c.323]

Затем было рассмотрено строение материи, а именно, было исследовано построение атомов из их основных составных частей, и были рассмотрены свойства электронов, протонов и атомов. Вслед за этим был рассмотрен простейший из атомов—атом водорода. При переходе к более сложным структурам, содержащим много электронов, можно убедиться, как с помощью относительно простых допущений оказалось возможным построить ряды электронных структур, позволяющих объяснить спектры известных до сих пор элементов. Это привело к расположению элементов в таком порядке, который точно соответствует расположению, основанному на их химических свойствах. Даже без детального исследования того вопроса, как можно объяснить химические свойства на основе электронного строения, такое соответствие в сильной степени укрепляет нашу уверенность в правильности химических открытий, в частности в правильности атомных весов, определенных химиками, и в правильности по существу той физической теории, которая привела к этим результатам. Поэтому эта теория может быть с полной уверенностью принята за основу для обсуждения дальнейшего материала. [c.101]

В твердом состоянии металлы обладают плотноупакованной или сходной структурой. Таким образом, каждый атом металла имеет несколько ближайших соседей. Атомные орбитали соседних атомов металла перекрываются, образуя молекулярные орбитали, которые простираются на всю кристаллическую решетку металла. Химическая связь приобретает максимальную прочность у металлов, каждый атом которых располагает шестью валентными 5- и -электронами. Сплавы обладают всеми характерными свойствами металлов, но состоят из двух или нескольких элементов. [c.366]

С другой стороны, р-электроны атомов и соответствующие тг-электроны молекул, имеющие квантовое число 1=1, обладают и орбитальными и спиновыми моментами. Но результирующий магнитный момент равен нулю не только у систем с двумя 5 - и шестью /1-электронами, образующими нормальный стабильный октет, как в структурах инертных газов, но также у систем с двумя 5- и двумя р-электронами, которые в спектроскопии обозначаются как зРо. Такие системы имеются у атомов углерода, олова и свинца. С другой стороны, системы, содержащие четыре р-электрона, как в атомах кислорода и серы, могут обладать результирующим моментом. Одно из нормальных спектроскопических состояний атома кислорода, а именно, состояние Рг соответствует атому, имеющему магнитный момент. С химической точки зрения существенно, что те атомы и молекулы, которые содержат нечетное число электронов, имеют некомпенсированный электронный спин и поэтому должны обладать результирующим магнитным моментом. Возможные значения магнитного момента любой такой системы строго ограничены они определяются квантовыми законами. Резонансные взаимодействия между электронными группами и обменная энергия образования связей не влияют на эти значения. Как будет показано на стр. 34-41, только те вещества, которые обладают постоянными магнитными моментами, обнаруживают парамагнитные свойства. Поэтому для всех органических соединений и других производ- ных легких элементов парамагнетизм можно рассматривать как физическое свойство, являющееся индикатором на свободные [c.30]

Но, наряду с большим сходством, элементы группы щелочных металлов проявляют и отличие друг от друга. При сопоставлении индивидуальных особенностей отдельных щелочных металлов выясняется замечательная закономерность. Подобно тому как это наблюдается в группе галогенов, индивидуальные свойства щелочных металлов изменяются от одного элемента к другому последовательно, в зависимости от массы атома, количества электронных оболочек и их структуры (см. таблицу в начале параграфа). Указанная закономерность имеет место в отношении как химических, так и физических свойств. Так, по мере возрастания массы атома (атомного веса) удельный вес щелочных металлов возрастает, температура плавления п температура кипения понижаются, удельные теплоемкости уменьшаются я т, д. (числовые данные—см. таблицу на стр. 350). Даже мягкость металла повышается по мере повышения атомного веса. Чем больше промежуточных электронных слоев, тем легче валентный электрон отрывается с внешнего слоя. Наиболее трудно отдает валентный электрон атом лития, легче всего— атом цезия. Соответственно, наиболее энергичный металл—цезий, наименее энергичный—литий. [c.349]

Электронное строение и типы связей элементов периодической системы - ключ к пониманию Сфуктуры и свойств простых и сложных веществ, образованных эти.ми элементами Два или более атомов располагаются друг около друга так, как это энергетически выгодно. Это справедливо независимо от того, сильно или слабо связана фуппа атомов, содержит эта фуппа лишь несколько или 10 атомов, является расположение атомов упорядоченным (как в кристалле) или неупорядоченным (как в жидкости). Группа ато.мов устойчива тогда и только тогда, когда энергия атомов, расположенных вместе, ниже, чем у отдельных атомов. Единственной физической причиной конкретной кристаллической сфуктуры любого элемента и его модификаций является перекрытие валентных и подвалентных оболочек его атомов, приводящее к образованшо определенных межатомных связей. Число протяженность и симмефия орбиталей атомов данного конкретного элемента полностью определяют число, длину, ориентиров и энергию межатомных связей, образующихся в результате перекрытия этих орбита-лей, а следовательно, размещение атомов в пространстве, т е. кристаллическую структуру, основные физико-химические свойства элемента. [c.30]

Инертные элементы (подгруппа УП1А) играют большую роль в теории периодической системы. В оболочке их атомов завершается построение периферического энергетического уровня — вся электронная оболочка атома становится устойчивой. Весь атом данного инертного элемента приобретает характер прочного очередного атомного остова, как основы для построения последующего периода (см. рис. 4-3), причем ход заполнения элементами нового периода как бы повторяется по сравнению с предыдущим отчетливо проявляется периодичность в изменении электронной структуры, а следовательно, и химических свойств элементов в пределах каждого данного периода. Однако в этой периодичности нет простого повторения развития по замкнутому кругу каждый последующий период, как это видно из рисунка 4-3, по сравнению с предыдущим в своей основе имеет иной ядерно-электронный остов соответствующего инертного элемента. Структура этого остова от периода к периоду изменяется, его конфигурация усложняется, что существенным образом влияет на химические свойства каждого элемента периода на энергию связи валентных электронов с атомом, на свойства соединений, даже у элементов прн проявлении ими одинаковой валентности. Это в основном зависит [c.65]

Вся электронная структура атома обш ее число электронов в атоме, число электронных оболочек, число электронов в каждой электронной оболочке и число электронов в самой наружной электронной оболочке, оказываюш ее наибольшее влияние на химические свойства элемента, — вся эта структура в конечном счете определяется величиной положительного заряда ядра атома. Величина эта, как мы знаем, выражается порядковым номером элемента. Таким образом, величина заряда ядра является тем основным свойством элемента, от которого зависят другие его свойства. Следовательно, не масса атома (его атомный вес) определяет свойства элемента, как считали Д. И. Менделеев и современные ему ученые, а величина положительного заряда его ядра. Ввиду этого периодический закон Д. И. Менделеева в настоящее время формулируется так свойства элементов находятся в периодической зависимости от величин зарядов ядер и X ат о м о в. [c.214]

Подобная близость свойств объясняется тем, что в высшей степени окисления атом элемента, находящегося в третьем периоде (в главной подгруппе) и атомы элементов побочной подгруппы приобретают сходное электронное строение. Например, атом хрома имеет электронную конфигурацию 1з Когда хром находится в степени окисления 4-6 (например, в оксиде СгОз), шесть электронов его атома (пять М- и один 4б-электрон) вместе с валентными электронами соседних атомов (в случае СгОз — атомов кислорода) образуют общие электронные пары, осуществляющие химические связи. Остальные электроны, непосредственно не участвующие в образовании связей, имеют конфигурацию отвечающую электронной структуре благородного газа. Аналогично у атома серы, находящегося в степени окисления -Ьб (например, в триокси-де серы ЗОз), шесть электронов участвуют в образовании ковалентных связей, а конфигурация остальных (1з 28 р ) также соответствует электронной структуре благородного газа. Короче говоря, сходство в свойствах соединений элементов побочной подгруппы и элемента третьего периода той же группы обусловлено тем, что их ионы, отвечающие высшим степеням окисления, являются электронными анапогами. Это легко видеть из данных табл. 21.1. [c.497]

Несмотря на то, что актинидная теория позволила предсказать химические свойства транскюриевых элементов, она совершенно недостаточно объясняет поведение первых, к тому же наиболее изученных элементов ряда. Дело прежде всего заключается в том, что главная валентность первых пяти элементов, следуюш,их за актинием, выше трех. Валентные состояния ТЬ, Ра, и, Np, Ри и Ат уже не являются малыми отклонениями от главной валентности 3, как это имеет место у лантанидов, а образуют самостоятельную закономерную последовательность. Электронные структуры, химия этих элементов, а также требование непрерывности размещения элементов в периодической системе по атомным номерам подсказывают иной подход к определению обсуждаемого ряда. [c.16]

Органическая химия — часть общей химии. Она тесно связана с неорганической, физической и биологической химией и вместе с тем в отличие от них имеет глубокую специфику. Базой органической химии являются гидриды углерода, т. е. углеводороды с их особыми свойствами, которых нет у гидридов других элементов. Специфика углеводородов заложена в своеобразных и неповторимых свойствах атома углерода — в его электронной структуре. Находясь в четвертой группе периодической системы Д. И. Менделеева, атом углерода в возбужденном состоянии, в котором он вступает в химические взаимодействия, не имеет на валентной оболочке ни электронных пар, ни вакантных низколещщих орбиталей. [c.5]

От потенциала ионизации во многом зависят восстановительные свойства атомов, характер и прочность об-разумых ими химических связей. Чем меньше ПИ, тем легче атом отдаст электрон не только при электронном ударе, но и при взаимодействии с другими атомами, т. е., выражаясь химическим языком, тем больше его восстановительная способность. При связи с одним и тем же атомом-партнером атом с меньшим значением ПИ легче расстанется с электроном и поэтому у него тенденция к образованию центра положительного электричества или даже катиона будет проявлена больше. Наилучшими восстановительными свойствами обладают щелочные металлы IA подгруппы, начиная с s и кончая Li, а затем идут щелочно-земельные элементы ПА подгруппы, начиная с Ва и кончая Са, и т. д. (рис. 10, табл. 3). Пилообразность кривых внутри периодов может быть объяснена относительной устойчивостью некотрых электронных структур ras , гар , rad , ra< , nf, га/ (см. раздел 4.4). Но, конечно, максимальной устойчивостью обладают структуры инерт-газов Is у Не и у остальных. Потенциалы ионизации /а, /з,..., существенно увеличиваются в этой последовательности, причем особенно резко при ПИ, индекс которых больше номера группы /2 для Li, I3 для Ве, /4 для В и т. д. (эти значения в табл. 3 выделены рамкой). Это говорит о практической невоз- [c.114]

Металличность и неметалличность в значительной степени определяются структурой атома, т. е. зарядом его ядра и особенностями строения электронной оболочки. Как известно, атомы состоят из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженньт< электронов. Между ними действуют две противоположные силы притяжение— между разноименными зарядами и отталкивание— между одноименными. Наличие и взаимодействие этих сил обеспечивает, во-первых, устойчивое существование атома, во-вторых, открывает возможность таких химических реакций, в процессе которых в зависимости от условий I, р и химической природы другого реагента) от атома отделяется или к нему притягивается то или иное количество электронов. Факты показывают, что проявление металлических свойств в простейшем виде связано с отдачей электронов, а неметаллических— с приобретением. Поскольку атом химического элемента способен в принципе как к приему, так и к отдаче валентных электронов, то вполне понятным становится сосуществование в атоме металлических и неме- [c.127]

Подобная близость свойств объясняется тем, что в высшей степени окисленности атомы элементов главных и побочных подгрупп приобретают сходное электронное строение. Например, атом хрома имеет электронную структуру 15 25 2р 35 3р 3й45 Когда хром находится в степени окисленности -[-6 (например, в оксиде СгОз), шесть электронов его атома (пять Зё- и один 45-электрон) вместе с валентными электронами соседних атомов (в случае СгОз — атомов кислорода) образуют общие электронные пары, осуществляющие химические связи. Остальные электроны, непосредственно не участвующие в образовании связей, имеют конфигурацию 15 28 2р Зз Зр , отвечающую электронной структуре благородного газа. Аналогично у атома серы, находящегося в степени окисленности -)-6 (например, в триоксиде серы 50з), шесть электронов участвуют в образовании ковалентных связей, а конфигурация остальных 1з 25 2р ) также соответствует электронной структуре благородного газа. [c.647]

В течение почти полутораста лет продолжается интенсивное изучение химических проблем, причем химия как наука зародилась с того-момента, когда количественно стали исследовать веса и объемы веществ, принимающих участие в химических реакщшх. Приблизительно до конца XIX столетня задачей химии являлось установление точной эмпирической формулы соединений и законов образования химических соединений из атомов, причем строение самих атомов было неизвестно. Современная химия начинается с открытия электрона и с последующего развития первых отчетливых представлений о строении атома. Только после этого стало возможно объяснить эмпирические формулы многих соединений на основании электронной структуры атомов, составляющих эти соединения, при условии известных допущений о роли электронов в образовании связей между атомами. Как следствие важности изучения реакции в газообразной фазе для установления законов образования химических соединений и правильного определения соотношений между атомами и молекулами (что позволяло определять молекулярные веса), а также благодаря быстрому развитию органической химии, развилось представление, что молекула является наименьшей частицей структуры соединения, подобно тому, как атом представляет собой наименьшую частицу структуры элемента. Хотя и справедливо представление о молекуле как о наименьшей частице соединения, сохраняющей тог же состав и те же свойства, как и соединение, взятое в большом количестве, тем не менее возможность построения твердого вещества не обязательно из отдельных молекул не была еще понята. [c.9]

Сравнение химических свойств этих двух элементов обнаруживает интересное сходство наряду с некоторыми существенными различиями. Атомы этих элементов обладают одинаковой внешней электронной структурой — два 5- и два р-электрона оба атома проявляют валентности 2 и 4. Более металлическая природа свинца видна из отличия, его структуры от структуры олова (сы. стр. 621). Мы уже сравнивали относительную стабильность двух-и четырехвалентных состояний свинца. Одной из особенностей свинца является то, что некоторые соединения против ожидания не образуют преимущественно 1ЮННЫХ кристаллов. Так, например, в РЬО (рис. 159) атом свинца имеет интересное распо.тожение соседей все четыре соседних атома кислорода расположены с одной стороны от атома свинца. Если мы припишем кристаллу РЬО ковалентный характер, то найдем, что свинец имеет валентную группу (2,6,2) и единственным простым объяснением существования четырех пирамидальных связей является предположение, что инертная пара б5-электронов занимает вершину тетрагональной пирамиды. Такую же структуру имеет и окись олова 5пО. [c.594]

Как известно, Менделеевское число (порядковый номер) элемента в периодической системе соответствует числу положитель-ны.х зарядов ядра его ато ма и является ио-ходяой величиной, характеризующей элемент. Химические же свойства элемента, в первую очередь, определяются структурой последни.х и предпоследних слоев электронных оболочек. Периодическое изменение химических свойств элел1ентов связано с периодическим повторением одних и тех же структур последних и предпоследних электронных слоев. Однако, нельзя забывать, что при передвижении по периодической систе.ме сверху вниз имеет место последовательное возрастание числа электронных слоев, что ведет к увеличению радиуса и сказывается на поляризационных свойствах иопсз. Как показал Б. В. Некрасов, н менно эти факторы определяют характер поляризационного взаимодействия [юнов, а следовательно, в основных чертах, и ряд свойств обра-.зуемых соединений. [c.47]

Не забудем, однако, что мы приняли валентность как главную характеристику данного элемента. С этой точки зрения можно еще спорить, является ли ТЬ гомологом Се или Hf, можно ли рассматривать Ат как го-лшлог Ей или нет. Ни в коем случае, однако, нельзя серьезно утверждать, что Ра является даже плохим гомологом Рг, их основные химические свойства не имеют ничего общего. Это верно также для пар N<1 — и, Рт — Кр и т. д. Только начиная с кюрия, когда степень окисления - -3 становится действительно преобладающей и валентности выше 4 исчезают (по крайней мере, на уровне нынешних знаний), гомология с лантаноидной серией вполне обоснована. С другой стороны, хотя сейчас известно, что в особенных условиях все лантаноиды в твердом состоянии могут быть восстановлены до валентности + 2 [17], во второй половине этого семейства только Ь (И) существует в водных растворах, тогда как эта степень окисления сравнительно легко осуществляется, согласно Я. Малы и других авторов [18—20], для элементов 98—102, а для последнего она даже более стабильна в водных растворах, чем + 3. Эти факты немного неожиданны, и, если подтвердятся, указывают, вероятно, на какие-то различия электронных структур тяжелых 4/- и 5/-элементов или же на различия электронных связей. [c.71]

Сера, селен, теллур — элементы VI группы периодической системы, они относятся к числу хорошо изученных веществ. В табл. 3 приведены некоторые свойства этих элементов, обладающих в элементарном состоянии полупроводниковыми свойствами. Изолированный атом халькогена имеет конфигурацию валентных электронов и стремится в соединениях к приобретению электронов с достройкой до наиболее стабильной восьмиэлектроп-ной конфигурации Однако известно большое число соединений, в которых атом халькогена отдает часть электронов с образованием связей /> -копфигурации. В ряду 8—Зе—Те температура плавления возрастает, а ширина запрещенной зоны (Eg), как и значение электроотрицательности, надает. Сера, селен и теллур обладают высокой химической активностью и образуют соединения почти со всеми элементами периодической системы. Образующиеся при этом халькогениды имеют самые различные кристаллические структуры и самые разнообразные свойства — от ионных до металлических. [c.12]