Зависимость свойств элементов от строения их атомов

Теория строения атомов объясняет периодическое изменение свойств элементов при увеличении порядкового номера.

Важнейшими свойствами элементов являются металличность (металлические свойства) и неметалличность (неметаллические свойства).

Металличность – способность атомов элемента отдавать электроны. Количественной характеристикой металличности является энергия ионизации.

Энергия ионизации  - энергия, которую необходимо затратить для отрыва электрона от атома, т.е. для превращения атома в положительно заряженный ион.

Чем меньше энергия ионизации, тем легче атом отдает электроны, тем сильнее металлические свойства элемента.

    Неметалличность – способность атомов элемента присоединять электроны. Количественной характеристикой неметалличности является сродство к электрону.

Сродство к электрону – энергия, которая выделяется при присоединении электрона к нейтральному атому, т.е. при превращении атома в отрицательно заряженный ион.

 Чем больше энергия сродства к электрону, тем легче атом присоединяет электрон, тем сильнее неметаллические свойства элемента.

Универсальной характеристикой металличности и неметалличности является электроотрицательность элемента (ЭО).

Электроотрицательность элемента (ЭО) – характеризует способность его атомовпритягивать к себе электроны, которые участвуют в образовании химических связей с другими атомами в молекуле.

При определении значений относительной электроотрицательности различных элементов за единицу принята ЭО лития.

Чем больше металличность, тем меньше ЭО.

Чем больше неметалличность, тем больше ЭО.

    Рассмотрим, как изменяются некоторые характеристики элементов в малых периодах с возрастанием порядкового номера

‒ заряд ядер атомов ↑

‒ число электронных слоев атомов не изменяется

‒ число электронов на внешнем слое атомов ↑ от 1 до 8

‒ радиус атомов ↓

‒ прочность связи электронов внешнего слоя с ядром ↑

‒ энергия ионизации ↑

‒ сродство к электрону ↑

‒ электроотрицательность ↑

‒ металлические свойства ↓

‒ неметаллические свойства ↑

В больших периодах с увеличением заряда ядер электронное строение атомов изменяется сложнее, чем в малых периодах. Поэтому и изменение свойств элементов в больших периодах более сложное.

Рассмотрим эти изменения на примере четвертого периода. Элементы К и Са, в атомах которых на внешнем слое находится соответственно 1 и 2 электрона – s - элементы - имеют наибольшие радиусы среди всех элементов 4 периода, поэтому они легко отдают эти электроны и являются типичными металлами, имеют самые низкие в 4 периоде значения электроотрицательности.

В атомах следующих 10 элементов (от скандия до цинка) происходит заполнение d -подуровня предвнешнего слоя. Радиусы атомов d -элементов мало отличаются между собой. Поэтому d - элементы похожи по своим свойствам, все они являются металлами (но менее активными, чем К и Са, которые имеют меньшие заряды ядер и большие радиусы атомов). Электроотрицательность всех d -элементов 4 периода изменяется в небольшом интервале (от 1,3 до 1,9)

В атомах последних шести элементов (от галлия до криптона) заполняется р -подуровень внешнего слоя, поэтому количество электронов на внешнем слое увеличивается от 3 до 8. Радиусы атомов этих элементов уменьшаются справа налево. Уменьшение радиуса атомов и увеличение числа электронов на внешнем слое является причиной уменьшения металличности и увеличения неметалличности элементов слева направо (ЭО этих элементов изменяется от 1,6 до 2,8).

 

    Рассмотрим, как изменяются некоторые характеристики элементов в главных подгруппах с возрастанием порядкового номера:

‒ заряд ядер атомов ↑

‒ число электронных слоев атомов ↑

‒ число электронов на внешнем слое атомов не изменяется

‒ радиус атомов ↑

‒ прочность связи электронов внешнего слоя с ядром ↓

‒ электроотрицательность ↓

‒ энергия ионизации ↓

‒ сродство к электрону ↓

‒ металлические свойства ↑

‒ неметаллические свойства ↓

 

Число валентных электронов для большинства элементов равно номеру группы. Валентные электроны – это электроны, которые могут участвовать в образовании химических связей.

В атомах и s - и p -элементов валентными являются, как правило, все электроны внешнего слоя. В атомах d -элементов валентными являются электроны внешнего слоя (2 или 1), а также все или некоторые электроны предвнешнего слоя.

Контрольные вопросы для закрепления:

1. Назовите элемент, в атоме которого содержится 11 протонов и 12 нейтронов. Чему равно число валентных электронов у данного атома?

2. На каком энергетическом уровне и на каком энергетическом подуровне находится электрон, для которого n = 4 и l = 1? Какую форму имеет облако этого электрона?

3. Наибольший радиус атома имеет:

а) F                       в) Br

б) Cl                     г) I