Периодическое изменение свойств химических элементов

Электронная структура атомов однозначно определяется зарядом ядра (заряд ядра, совпадающий с порядковым номером элемента, определяет положение элемента в периодической системе). По мере роста заряда происходит закономерная периодическая повторяемость электронных структур атомов, а следовательно, и повторяемость свойств элементов. Элементы, у которых повторяется конфигурация валентных энергетических подуровней, а следовательно, и свойства, называются электронными аналогами. Это элементы одной подгруппы. Например, электронными аналогами являются элементы:

Типы конфигураций внешних энергетических уровней атомов определяют основные особенности химического поведения элементов. Эти особенности являются специфическими для элементов главных подгрупп (s – и р –элементы), побочных подгрупп (d –элементы) и f –элементов (лантаноиды и актиноиды).

Все химические элементы делятся на металлы и неметаллы по способности отдавать электроны, т.е. проявлять восстановительные свойства. Все металлы всегда только отдают электроны, образуя положительно заряженные ионы, т.е. в любых реакциях являются только восстановителями. Для неметаллов более характерной является способность принимать электроны с образованием отрицательно заряженных ионов, т.е. проявлять окислительные свойства.

К металлам относятся s -элементы, кроме водорода и гелия, d –элементы, f –элементы. У них на внешнем энергетическом уровне находятся один или два электрона … ns ¹⁻². К металлам относятся и несколько р –элементов, имеющих на внешнем уровне больше электронов. Это алюминий и стоящие за ним элементы IIIА группы, олово, свинец (IVА группа) и висмут (VА группа). К неметаллам относятся остальные р –элементы.

Каждый период начинается с активного щелочного металла, а заканчивается инертным газом, следовательно, металлические свойства элементов одного периода постепенно ослабевают, а неметаллические – усиливаются. Элементы VIIIА группы, имея завершенный внешний уровень (… ns ² у гелия и ns ² np ⁶ у других элементов) не проявляют химической активности, за что и называются «инертными» или «благородными» газами. Такое постепенное изменение свойств s – и р –элементов особенно характерно для элементов малых периодов. Специфика р –элементов четвертого – шестого периодов связана с тем, что они отделены от s -элементов совокупностями элементов, в атомах которых происходит заполнение d –подуровня предшествующего уровня.

Энергия ионизации

Количественной характеристикой проявления элементом металлических или восстановительных свойств является энергия ионизации.

Энергией ионизации I называется энергия, которую необходимо затратить для отрыва и удаления одного электрона от атома, молекулы или иона. Энергия ионизации выражается в джоулях Дж или электрон-вольтах эВ (1 эВ =1,6 ∙ 10⁻¹⁹ Дж; в расчете на 1 моль это соответствует 96,5 кДж/моль). Чем меньше энергия ионизации, тем выше восстановительная способность атома. Атомы, теряя электроны, превращаются в положительно заряженные ионы. Для данного атома или иона энергия, необходимая для отрыва и удаления первого электрона, называется первой энергией ионизации I ₁, второго – второй энергией ионизации I ₂ и т.д. Энергия ионизации увеличивается в следующем порядке: I ₁ < I ₂ < I ₃ < … < I_n, т.к. удаление электрона от электронейтрального атома происходит легче, чем от иона.

В пределах одного периода I ₁ изменяется не монотонно. Наименьшее ее значение наблюдается у щелочных металлов – это самые активные металлы. У щелочно-земельных металлов (IIA группа) в связи с заполнением s –подуровня энергия ионизации возрастает. У следующих за ними элементов III группы появление первого р –электрона снова снижает энергию ионизации. Резко возрастает она у элементов V группы, что соответствует энергетически выгодному половинному заполнению р –подуровня; у элементов VI группы энергия ионизации чуть уменьшается и затем снова резко возрастает, достигая максимума у элементов VIII группы. Таким образом, в целом, в пределах одного периода с увеличением порядкового номера элемента наблюдается тенденция роста энергии ионизации, а следовательно – ослабление металлических (восстановительных) свойств.

В пределах подгруппы с увеличением порядкового номера элемента валентный электрон оказывается на более удаленном от ядра энергетическом уровне, так как заполняется подуровень с большим значением n. В результате с ростом атомного радиуса и удалением электрона от ядра сила притяжения его ядром ослабевает, что облегчает отрыв электрона от атома. Поэтому в подгруппе с ростом порядкового номера элемента энергия ионизации уменьшается, а металлические (восстановительные) свойства элементов увеличиваются. Таким образом, самым активным металлом из всех известных сейчас является франций.

Так как металлы образуют гидроксиды, проявляющие основные свойства, то чем активнее металл, тем более сильным основанием является соответствующий ему гидроксид. Так, металлам IA группы соответствуют самые сильные основания – щелочи, но в ряду NaOH – KOH – CsOH самым сильным основанием будет CsOH.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: