4.2.3. Строение атома и химические свойства элементов

Индивидуальность элемента определяется зарядом его ядра атома. Химические свойства элемента определяются строением его электронной оболочки. Так как внешние электронные оболочки имеют периодически повторяющееся количество электронов, то имеет место периодическая зависимостьсвойств простых веществ и соединений элементов от заряда ядра атома.

Совокупность элементов, имеющих одинаковое количество электронных энергетических уровней, составляет период, а элементы, имеющие одинаковое строение внешнего и предвнешнего энергетических уровней, образуютгруппыпериодической системы Менде-леева.

Химические свойства простых веществ, их способность вступать в химические реакции определяются количеством электронов на внешнем электронном уровне атома данного элемента, а также удаленностью этого уровня от ядра атома.

Металлические свойства простых веществ определяются способностью атомов отдавать электроны.

Рассмотрим способность отдавать электроны элементами 1-й группы главной подгруппы (главными называются подгруппы, образованные элементами, имеющими одинаковое строение внешних и предвнешних электронных слоев с элементами I и II периодов и расположенные в периодической системе строго по вертикали под ними). Можно заметить, что у этих элементов имеется по 1 электрону наs-подуровне внешнего энергетического уровня. Удаленность энергетического уровня от ядра, а_,следовательно, и размер атома будет увеличиваться:

₃Li 1s²2s¹

₁₁Nа1s²2s²2p⁶3s ¹

₁₉К1s²2s²2p⁶ 3s²3p⁶4s¹

₃₇Rв1s²2s²2p⁶ 3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²

₅₅Cs 1s²2s²2p⁶ 3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²

₈₇Fr 1s²2s²2p⁶ 3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f¹⁴5d¹⁰6p⁶7s².

Внешнее электронное облако у атома франция, имеющее максимальные размеры, будет обладать минимальной плотностью, и энергия, необходимая для удаления электрона из поля атома, будет минимальной.

Энергия, необходимая для отрыва электрона от атома, называется энергией ионизации (I).

В результате ионизации атом превращается в положительно заряженный ион:

Э⁰ – е → Э⁺.

Энергия ионизации (I) измеряется в электрон-вольтах (или кДж/моль) и является мерой восстановительной способности элемента (характеристикой металлических свойств). Чем меньше энергия ионизации, тем сильнее выражена восстановительная способность элемента.

С увеличением заряда ядра радиусы атомов меняются периодически. У элементов одного периода при переходе от щелочного металла к благородному газу, с ростом заряда ядра и числа внешних электронов усиливается их взаимное притяжение, и радиусы атомов уменьшаются. При этом возрастает величина энергии ионизации и энергии сродства к электрону. Поэтому к концу периода металлические свойства элементов ослабевают, а неметаллические усиливаются.

Для элементов одной подгруппы, имеющих одинаковое строение внешнего электронного слоя, с ростом порядкового номера число электронных слоев и радиус атома возрастают. При этом притяжение внешних электронов к ядру ослабевает. Это приводит к уменьшению энергии ионизации и усилению металлических свойств.

Радиус катиона, образующегося при отрыве электронов от электронейтрального атома, меньше чем радиус соответствующего атома.

Радиус аниона, образующегося при присоединении электронов к электронейтральному атому, больше чем радиус соответствующего атома.

В главных подгруппах с увеличением порядкового номера элемента радиус атома увеличивается, а энергия ионизации уменьшается, восстановительная активность s- иp-элементов увеличивается. В побочных подгруппах при увеличении порядкового номера энергия ионизации увеличивается, восстановительная активностьd-элементов снижается.

Неметаллические свойства простых веществ(т.е. способность принимать электроны на внешнюю электронную оболочку атома), характеризуется величинойэнергии сродства к электрону.

Энергией сродства к электрону (Е_е) называется энергия, выделяющаяся при присоединении электрона к атому с превращением его в отрицательный ион:

Э + ē → Э^–.

Энергия сродства к электронуЕ_еизмеряется в электрон-вольтах (или кДж/моль) и является мерой окислительной способности элемента (мерой неметаллических свойств). Чем большеЕ_е, тем сильнее выражены окислительные (неметаллические) свойства элемента. С увеличением порядкового номера элементаЕ_епо периодам возрастает, по группам уменьшается.

В периодической системе элементов Д.И. Менделеева энергия сродства к электрону будет увеличиваться снизу вверх в главных подгруппах и слева направо в периодах: