Пособие по неорганической химии

Номер периода указывает на число энергетических уровней, на которых находятся электроны в атомах конкретного элемента, и именно в этом заключается физический смысл номера периода. В периоде с увеличением заряда ядра атомов наблюдается постепенное изменение свойств от металлических к неметаллическим. Такое изменение свойств объясняется увеличением числа электронов на внешнем энергетическом уровне атомов. Первые три периода содержат только s- и р-элементы, последующие три включают в свой состав также также d-и f-элементы, которые образуют В-группы (побочные).

В группах объединены элементы, которые имеют сходное электронное строение внешнего энергетического уровня.

Номер группы, в которой находится элемент, указывает на максимальное число электронов, которое может участвовать в образовании химических связей, т.е. валентных электронов. В этом состоит физический смысл номера группы.

Связь периодической системы элементов с теорией строения атомов

1. Порядковый номер элемента соответствует значению заряда ядра (количество протонов) и числу электронов на энергетических уровнях в его атоме.

Возрастание положительных зарядов атомных ядер от 1 до 107 приводит к периодическому повторению строения электронных оболочек атомов, от чего зависят химические свойства элементов.

2. Номер периода соответствует числу энергетических уровней в атомах данного элемента.

3. Периодичность изменения химических свойств элементов зависит от периодичности расположения электронов по энергетическим уровням.

4. Возрастание высших степеней окисления в соединениях с кислородом и уменьшение степеней окисления в соединениях с водородом в периодах слева направо объясняется увеличением числа электронов на внешних энергетических уровнях.

5. В периодах слева направо заряд ядра постепенно увеличивается, и расстояние между ядром и внешними электронами сокращается. В связи с этим отдача электронов постепенно затрудняется, и металлические свойства ослабевают.

В больших периодах с ростом заряда ядер заполнение электронов происходит сложнее – в четных рядах с ростом положительного заряда ядра число электронов во внешнем уровне остается постоянным и равно 2, редко 1, идет заполнение предпоследнего уровня, и свойства элементов изменяются очень медленно.

6. Номер группы указывает на число электронов, которые могут участвовать в образовании химической связи. Высшая степень окисления с кислородом соответствует числу электронов, находящихся на внешнем энергетическом уровне (число валентных электронов соответствует номеру группы). Baлентность в соединении с водородом определяется числом электронов, недостающих до числа 8.

Деление на подгруппы основано на различии в заполнении электронами энергетических уровней.

У элементов главных подгрупп заполняются или s-подуровни, или р-подуровни внешних уровней.

У элементов побочных подгрупп заполняются d-подуровни второго снаружи уровня.

В каждой подгруппе объединены элементы, атомы которых имеют сходное строение внешнего электронного уровня.

Атомы элементов главных подгрупп содержат на внешних уровнях число электронов, равное номеру группы. Побочные же подгруппы включают элементы, атомы которых имеют на внешнем уровне по два или по одному электрону.

У элементов побочных подгрупп валентными электронами являются не только электроны внешнего уровня, но и предпоследнего. В этом их отличие.

7. У атомов элементов главных подгрупп с возрастанием относительных атомных масс сверху вниз увеличивается расстояние между валентными электронами и ядром, поэтому способность к отдаче электронов все увеличивается, и металлические свойства усиливаются.

8. У актиноидов и лантаноидов заполняются соответственно 4f- и 5f-подуровни. Лантаноиды и актиноиды помещены в одну клетку таблицы, потому что с ростом заряда атомных ядер идет заполнение электронами предпредвнешнего уровня.

Химическая связь

Природа и типы химической связи

Химическая связь возникает при взаимодействии частиц и определяется как взаимодействие, которое связывает отдельные атомы в более сложные системы, такие как молекулы, радикалы, кристаллы и др.

Природа сил химической связи электростатическая. При образовании химической связи общая энергия системы, составленной из многоатомной структуры, меньше энергии составных частей. Поэтому условием образования химической связи является понижение системы энергии. В образовании химической связи между атомами участвуют валентные электроны. В зависимости от способа образования устойчивых структур различают основные типы химической связи: ковалентную, ионную, металлическую и водородную.

Ионная связь

Ионная связь – это электростатическое притяжение между ионами, образованными путем практически полного смещения электронной пары к одному из них. Эта связь образуется, если разность электроотрицательностей атомов велика (больше 1,7 по шкале Полинга).

Электроотрицательность характеризует способность атомов притягивать к себе валентные электроны. Значения электроотрицательностей атомов элементов также подчиняются периодическому закону.

Шкала Полинга – это шкала относительных атомных электроотрицательностей, т.е. значения электро-отрицательностей элементов приведены по отношению к электроотрицательности фтора, которая принята равной 4,0.

Большинство бинарных соединений, содержащих атомы металлов, являются ионными или гетерополярными. Типичный пример ионной связи – образование хлорида натрия NaCl:

Na – e

= Na

Cl + e

= Cl

Как видно из электронных формул атомов натрия (

Na 1s

2s

2p

3s

) и хлора (

Cl 1s

2s

2p

3s

3p

) – это атомы с незавершенными внешними электронными уровнями. Для завершения внешнего уровня атому натрия легче отдать 1 электрон, чем присоединить 7. Атому хлора легче присоединить 1 электрон, чем отдать 7. В результате образуются два иона Na

и Cl

, между которыми возникают силы электростатического притяжения, после чего образуется соединение NaCl.

Ионные соединения при обычных условиях – твердые вещества. Они имеют высокую температуру кипения и плавления. В расплавленном состоянии обладают электропроводностью, в воде диссоциируют на ионы.

Ковалентная связь

Химическая связь, осуществляемая электронными парами, называется атомной или ковалентной.