ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Периодичность изменения свойств атомов из "Курс общей и неорганической химии" Периодичность накопления электронов около ядра влечет за собой периодичность в изменении свойств атомов (элементов). Периодически изменяются валентность, радиусы атомов и ионов, окислительно-восстановительные свойства, ионизационные потенциалы, сродство к электрону, температуры плавления и кипения и др. [c.85] Уточнение этого вопроса будет дано в разделе Актиноиды . [c.85] Валентность. Различают два вида валентности положительную (ранее ее называли валентностью по кислороду) и отрицательную (валентность по водороду). Положительная валентность определяется номером подгруппы, в которой расположен данный элемент. В малых периодах обычно валентность изменяется от 1 до 7, в соответствии с числом электронов во внешнем слое атома (кроме кислорода и фтора). В длинных периодах изменение положительной валентности протекает более сложным путем в IV периоде идет нарастание от 1 до 7 (у марганца), затем снижение до 2 (у цинка), затем повышение вновь доб (у селена) и падение до 5(у брома) в V периоде— возрастание от 1 до 8 (у рутения), затем падение до 2 (у кадмия) и постепенное возрастание до 7 (у иода). В VI и VII периодах изменение положительной валентности протекает еще более сложно, так как эти периоды удлиняются за счет внедрения семейств лантаноидов и актиноидов с разнообразным изменением валентности от 2 до 4 или от 2 до 6. [c.86] Отметим отступления от максимальной положительной валентности у р- и ( -элементов в табл. 27 верхние числа отвечают номерам подгрупп, или предполагаемой валентности, числа под символом—фактическая валентность. [c.86] В положительных ионах по Косселю реализуется устойчивая 8-элек-тронная оболочка (октет). Таким же образом возникают положительные ионы с зарядами 2+ и 3+. Оторвать большое число электронов от атома не удается, так как это связано с затратой большого количества энергии, которая не окупается энергией образования химических связей. Кроме того, атом данного элемента может проявлять иную положительную валентность, меньшую, чем максимальная. [c.86] Отрицательная валентность характерна для р-элементов, кроме инертных газов и алюминия и его аналогов, и равна разности 8 — п, где п — номер подгруппы. Однако существование многозарядных отрицательных ионов вряд ли возможно, так как начинают действовать электростатические силы отталкивания одноименно заряженных частиц. [c.86] У атомов с законченной электронной конфигурацией подуровней (5 , 10 р4 р, рв) холостых электронов, а потому их валентность в нормальном состоянии равна нулю. Это относится к элементам подгрупп 2В, 2А, О и имеющим порядковые номера 70 и 102 (к ним надо причислить 46 Рд, у которого имеет место двойной провал электронов). [c.87] Возбуждение с переводом электрона с одного уровня на другой требует значительного количества энергии и практически недостижимо. Например, перевод атома гелия из состояния в возбужденное состояние требует 400 ктл/г-атом. [c.88] В целом валентность элементов меняется периодически, но в пределах каждого периода, кроме HI, есть немало отступлений, которые обусловливают сложный ход изменения валентности. В подгруппах аналогов, кроме вышеуказанных отступлений, максимальная положительная валентность отвечает номеру подгруппы. [c.88] В семействе лантаноидов гадолиний (2 = 64) занимает седьмое место, а лютецием (2 = 71) оно заканчивается. Два элемента, стоящие до лютеция, и два элемента, стоящие до гадолиния, могут, помимо валентности 3, проявлять валентность, равную 2. Элементы Се и Рг, ТЬ и Ву могут проявлять валентность 3 и 4. Все остальные только трехвалентны. [c.88] Кривая изменения величины максимальной положительной валентности (рис. 45) имеет периодический характер в зависимости от порядкового номера элемента. В пределах каждого периода эта функциональная зависимость представляется сложной и своеобразной. [c.89] Атомные объемы. Как отмечалось выше, Л. Мейер впервые указал, что атомные объемы в зависимости от массы атомов изменяются периодически. Кривая на рис. 46 показывает изменение атомного объема с порядковым номером. Атомньп объем представляет собой объем 1 г-атома элемента, содержащего независимо от природы элемента одинаковое число атомов. Так как структура гшектронной оболочки подобной конфигурации периодически повторяется, то и атомные объемы изменяются периодически. [c.89] Из кривой следует, что s-элементы располагаются на нисходящих участках кривых, р- 1лементы на восходящих, а d-элементы в седловинах кривой. Максимальные атомные объемы характерны для щелочных металлов и гелия плотность у этих элементов невелика. Тяжелые металлы сосредоточены в седловинах кривой. Обращает внимание, что при переходе от азота к кислороду и от фа фора к сере атомные объемы уменьшаются (объяснение см. ниже). [c.89] Сложнее обстоит дело с нахождением кажущихся радиусов двух разных атомов, составляющих кристаллическую решетку сложного вещества с постоянной d. Последняя, по-видимому, будет равна сумме радиусов этих двух атомов, т. е. [c.89] Чтобы найти значение радиуса одного из них, следует знать значение радиуса другого. С помощью оптических методов Вазаштерна удалось относительно строго и точно вычислить радиусы ионов фтора и кислорода гр = = 1,32 А и го - = 1,33 А. Пользуясь этими данными и зная постоянную кристаллических решеток различных фторидов и оксидов, можно находить радиусы различных ионов. [c.89] Следует отметить, что между радиусами нейтральных атомов, положительных и отрицательных ионов имеет место следующее соотношение радиус нейтрального атома больше радиуса положительного иона и меньше радиуса отрицательного иона. Это объясняется тем, что при отрыве от нейтрального атома электрона остающиеся электроны сильнее притягиваются к ядру атома, а потому радиус положительного иона уменьшается при присоединении электрона к нейтральному атому суммарное число электронов становится больше заряда ядра и они притягиваются к последнему слабее, в результате чего радиус отрицательного иона увеличивается. Радиусы нейтральных атомов, положительных и отрицательных ионов с увеличением порядкового номера изменяются периодически (рис. 47). [c.89] Из графика видно, как это и следовало ожидать, что максимальные кажущиеся радиусы нейтральных атомов характерны для щелочных металлов, обладающих наибольшим атомным объемом (жирная кривая). [c.89] В подгруппах 4В—2В -элементов третьи элементы с 2 = 72—80 расположены после семейства лантаноидов, поэтому их атомы связаны с лантаноидной контракцией, что сказывается на величине радиуса атомов. Поэтому в рассматриваемых подгруппах от первого ко второму элементу идет нарастание радиусов, а радиусы атомов второго и третьего элементов практически одинаковы. Например, в подгруппе элементов меди радиусы атомов имеют следующие значения 1,28 (Си), 1,44 (А ) и 1,44 А (Ли). [c.91] Изменение величины радиусов положительных и отрицательных ионов элементов показано на рис. 47 тонкой чертой. У них также проявляется явная периодичность. Из рисунка видно, что положительные ионы обладают меньшим радиусом, чем их нейтральные атомы, а у отрицательных ионов радиусы больше. В подгруппах -, /-, р- и ЗВ -элементов сверху вниз радиусы ионов возрастают, а в остальных подгруппах -элементов у последних двух элементов радиусы положительных ионов либо одинаковы, либо изменяются очень мало. [c.91] В малых периодах с увеличением зарядности иона радиус его уменьшается. В больших периодах это тоже выполняется, но менее отчетливо, так как элементы проявляют самую разнообразную валентность (зарядность) и сравнение крайне затруднительно. [c.91] Вернуться к основной статье