И изменение свойств элементов и их соединений

В 1869 г. Д. И. Менделеевым был открыт периодический закон, современная формулировка которого следующая: свойства элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра их атомов. Наглядным выражением закона служит периодическая система Д. И. Менделеева.

Периодическая система – это естественная классификация элементов по электронным структурам атомов. Она состоит из периодов, групп и подгрупп. Периодом называется последовательный ряд элементов, размещенных в порядке возрастания заряда ядра атомов, электронная конфигурация которых изменяется от ns ¹до ns ² np ⁶ (или до ns ² у первого периода), где n – главное квантовое число внешней, заполняющейся электронами, оболочки. Номер периода равен числу энергетических уровней атома и значению n внешнего энергетического уровня.

В системе 8 групп, что соответствует максимальному числу электронов на внешних уровнях. Группы делятся на главные и побочные подгруппы. Подгруппы включают в себя элементы с аналогичными электронными структурами (элементы-аналоги). s - и p- элементысоставляют главные подгруппы (А); d- и f- элементы принадлежат к побочным подгруппам (В). В главных подгруппах номер группы соответствует числу электронов на внешнем энергетическом уровне. Эти электроны являются валентными (т. е. они участвуют в химическом взаимодействии). У элементов побочных подгрупп валентными могут быть электроны внешнего энергетического уровня и d -подуровня предпоследнего уровня.

Так как электронное строение элементов изменяется периодически, то, соответственно, периодически изменяются и свойства элементов, определяемые их электронным строением, такие как энергия ионизации, размеры атомов, сродство к электрону, электроотрицательность, окислительно-восстановительные и другие свойства.

Энергия ионизации (I_ион) – энергия, необходимая для отрыва электрона от свободного невозбужденного атома. В результате ионизации атомы превращаются в положительно заряженные ионы. Чем ниже значение энергии ионизации, тем выше восстановительная способность атома.

Энергия ионизации характеризует металлические свойства элементов. Наиболее характерное свойство металлов – отдача электронов при химическом взаимодействии. Поэтому чем меньше I_ион, тем более типичные металлические свойства проявляет элемент.

В пределах одной группы с увеличением порядкового номера I_ион уменьшается, что связано с увеличением расстояния между внешним уровнем и ядром. I_ион по периоду (слева направо) увеличивается. Минимальное значение I_ион имеют щелочные металлы, максимальное – инертные газы.

Сродство к электрону количественно оценивается энергетическим эффектом, сопровождающим присоединение электрона к свободному атому. Наибольшее сродство к электрону имеют галогены и кислород, отрицательное значение этой величины имеют благородные газы и некоторые другие элементы.

Электроотрицательность (ЭО)– понятие, определяющее свойства связанных атомов. Эта величина характеризует способность данного атома смещать на себя электронную плотность атомов других элементов, с которыми он связан в химическом соединении.

Электроотрицательность элемента можно выразить полусуммой значений его энергии ионизации и сродства к электрону. Для практических целей удобнее пользоваться относительным значением электроотрицательности. В этом случае ЭО фтора принимается равной 4, 0 (самое высокое значение относительной ЭО). Таблицы, в которых элементы располагаются в определенном порядке по значению их ЭО, позволяют определить направление смещения электронных плотностей между атомами в молекулах их соединений.