ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Химия неметаллов из "Избранные главы неорганической химии. В.2" Деление химических элементов на металлы и неметаллы относительно. Однако такая классификация удобна, и она используется как при постановке научных исследований, так и е иреподавании химии. [c.246] Понятно поэтому, что неметаллические физические свойства проявляют простые вещества, образованные элементами концов периодов, атомы которых обладают электронными оболочками, близкими к завершению или полностью завершенными. [c.246] Важную роль играет и paз p атомов. В неметаллической области периодической системы раснолагаются элементы, радиус изолированных атомов которых близок к 1 Ь. Только инертные газы имеют атомы больших размеров, что, как известно, связано с возрастающим межэлектроииым отталкиванием в полностью сформированных электронных оболочках этих атомов. [c.246] Химические проявления неметаллических свойств также определяются большим числом электронов на валентпых оболочках изолированных атомов-неметаллов. Если физические неметаллические свойства связаны с устойчивостью почти заполненных электронных оболочек, несклонностью их терять электроны, то химические неметаллические свойства выражаются в стремлении изолированных атомов элементов-неметаллов завершить электронную оболочку. В случаях, когда партнером неметалла по химическо11 реакции является электроположительный элемент-металл, атомы неметалла перетягивают к себе блуждающие электроны металла и таким путем завершают свою электронную оболочку, превращаясь в анионы. [c.247] Если партнером по химической связи атома-неметалла является также неметалл (системы с раз 1ыми и одинаковыми атомами неметаллов), то полного переноса электронов с атома одного элемента на другой не происходит из-за близких величин их электроотрицательности. В этом случае завершение электронных оболочек атомов неметалла происходит за счет образования ковалентных связей (либо одинарных — р2, (С), (51),г, либо кратных — N2, О2, НОз , С1О4 и т. д.). [c.247] Таким образом, элементы-неметаллы во всех своих соединениях так или иначе достраивают электронную оболочку. [c.247] Любое проявление ковалентности можно рассматривать как следствие неметалличности- хотя бы одного из партнеров по химической связи. [c.247] Только наиболее электрополол ительные элементы-металлы, не способные к ковалентной связи, например в комплексах, при возникновении любых химических связей лишь теряют электроны или по крайней мере делокализуют часть их. В гетероатомных соединениях такие элементы (ЩЭ, ЩЗЭ, РЗЭ), как правило, расходуют свои электроны на построение замкнутых оболочек партнеров-неметаллов. [c.247] Мы уже говорили, что простые (т. е. гомоатомные) соединения элементов-неметаллов всегда построены за счет ковалентных связей между атомами. Благодаря этому достигается формирование более устойчивой электронной системы по сравнению с таковой у изолированных атомов (исключение—благородные газы). [c.247] Есть два варианта образования таких соединений 1) локальные молекулы О2, О3, N2, Зв, Зг, Р4, 2) бесконечные цепи, укладывающиеся в многомерное образование (С) , (В) , (31), , (Ое) , (Аз) и т. д. [c.247] Важно объяснить, почему один из этих вариаитов для данного неметалла является предпочтительным. [c.247] Рассмотрим локальную молекулу С2 с позиций МО. Эта молекула, реально не существующая, должна была бы быть очень устойчивой — как видно из схемы, эффект связывания преобладает над эффектом разрыхления, образовалась двойная л-связь (С = С). [c.247] Но в действительности каждым атомом углерода осуществляется образование четырех одинарных ст-связей (в алмазе) или трех о- и одной я-связи (в графите). Такая компановка электронов оказывается более выгодной, чем в локальной молекуле С = С. [c.248] Как объяснить, почему система с одинарными связями в случае углерода более предпочтительна, чем система с кратными связями Причиной, несомненно, являются очень высокая абсолютная и относительная прочности одинарных связей углерод—углерод (например, по сравнению с азотом). Так, в углеводороде СНз—СНз энергия связи С—С составляет 83,1 ккал/моль, тогда как в аналогичном соединении азота ЫНг—МНг энергия связи N—N характеризуется величиной только 38,4 ккал/моль [1]. Как известно, первая связь С—С в углеводородах, например, существенно более прочна, чем вторая (в системе с С = С) и третья связь (в системе с С = С). Очевидно, что для углерода вариант с образованием одинарных связей оптимален благодаря возможности высокосимметричного расположения в пространстве четырех двухэлектронных тетраэдрических ковалентных связей (алмаз), обеспечивающих минимальное межэлектронное отталкивание. В случае азота — соседа углерода по периодической системе, имеющего один дополнительный электрон, такое выгодное распределение электронных пар в пространстве невозможно у атома азота появляется неподеленная электронная пара, не эквивалентная двухэлектронной паре одинарной связи N—N. Поэтому алмазоподобная структура для азота не реализуется вместо четырех одинарных связей элемент—элемент (в алмазе) азот способен образовать только три связи N—N. и они не могут быть направлены в пространстве строго гетраэдрически, как в алмазе, из-за отталкивания неподеленной электронной пары у атома азота. [c.248] Возможна ли для азота графитоподобная структура Ответ может быть только отрицательным. Как известно, в графите четвертый электрон каждого атома углерода участвует в образовании связывающей МО (три связывающие орбитали шестичленного плоского углеродного кольца графита заполнены шестью электронами атомов углерода, а соответствующие три разрыхляющие МО вакантны). Для азота, каждый атом которого имеет на один электрон больше, чем атом углерода, такая структура невыгодна лишние по сравнению с углеродом электроны займут разрыхляющие орбитали, и, таким образом, эффект связывания в случае графитоподобного азота не будет преобладать. [c.248] Кроме того, электронная пара атома —N— мешает образованию плоских колец типа графита. [c.248] Для атомов элементов-неметаллов, вообще говоря, образование одинарных ковалентных связей более выгодно, чем образование кратных связей, которое подразумевает наложение связей (а и п) друг на друга и неизбежно приводит к росту электронного отталкивания, ослабляющего связь. Кроме того, как предполагают, при образовании атомом только одинарных связей (алмаз) осуществляется наиболее полное вьгравнива ше (гибридизация) 5- и / -электронных положений, также дающее энергетическую выгоду. Однако даже у легких неметаллов алмазоподобная структура реализуется в редких случаях (С, 51, В). Все возрастающее по периоду (от В к Р) число электронных пар делает более энергетически выгод.гым и поэтому более вероятным возникновение вместо бесконечных многомерных образований молекулярных структур с кратными (N2, О2) и одинарными (галогены) связями в локальных молекулах. [c.249] Вернуться к основной статье