Свойства химических
элементов
Химический элемент, как совокупность атомов, обладающих одинаковым зарядом ядра, может быть охарактеризован следующимигруппами свойств:
Ядерно-физические свойства: заряд ядра, массовые числа стабильных и радиоактивных изотопов (для радиоактивных – периоды полураспада), естественный изотопный состав.
Электронно-физические свойства:
Энергия ионизации Е ИОН – минимальная энергия, необходимая для удаления из атома одного электрона:
Сродство к электрону J – энергия, которая выделяется или поглощается при присоединении электрона к атому:
Электроотрицательность I – полусумма энергии ионизации сродства к электрону:
Часто пользуются относительной электроотрицательностью, при этом электроотрицательность какого-либо элемента принимают за единицу, значения электроотрицательностей других элементов определяют отношением их электроотрицательностей к электроотрицательности стандарта, причем значения берутся в единицах энергии. Таким образом получают для относительной электроотрицательности безразмерные величины, которые оказываются в ряде случаев более удобными для использования, чем обычные значения электроотрицательности, выраженной через энергию. Пример таблицы относительных электроотрицательностей химических элементов - электроотрицательность атомов по Полингу.
Эффективный радиус атома RЭФФ – средний радиус атома элемента в химических соединениях.
Периодический
закон
Периодический закон открыт Д. И. Менделеевым в 1869-1871 гг. Сущность открытия заключалась в присвоении каждому химическому элементу на основании анализа его свойств порядкового номера, который, как показало развитие теории ядерно-электронного строения атома, совпадает с зарядом ядра (1913 г, Мозли). Порядковые номера были присвоены Д. И. Менделеевым и ещё неоткрытым элементами предсказаны их свойства. Открытие этих элементов и совпадение их свойств с предсказанными блестяще подтвердило открытие Менделеева.
Современная формулировка Периодического закона:
Свойства элементов, а также образуемых ими простых и сложных веществ находятся в периодической зависимости от величины заряда ядра Z. Это связано с периодически повторяющимся строением внешнего электронного уровня атома.
Особенность Периодического закона заключается в том, что он не имеет количественного математического выражения в виде уравнения. Наглядное отражение Периодического закона – Периодическая система химических элементов. Периодическая система химических элементов является графическим выражением Периодического закона.
Фундаментальнй принцип построения Периодической системы заключается в выделении в ней периодов (горизонтальных рядов) и групп (вертикальные столбцы) элементов. Современная Периодическая система состоит из 7 периодов (сообщения об открытии завершающего 7-ой период элемента с Z = 118 появились в 2001 г) и 8 групп.
Периодом называется совокупность элементов, начинающаяся со щелочного металла (для первого периода – водорода) и заканчивающаяся инертным газом.
Каждая группа делится на главную (А) и побочную (Б) подгруппу; в каждой из них содержатся элементы, сходные по химическим свойствам, атомы которых имеют одинаковое строение внешнего электронного уровня (электронные аналоги). В большинстве групп элементы подгрупп А и Б обнаруживают определенное химическое сходство, особенно в высших степенях окисления. В каждом периоде происходит заполнение электронами уровня с главным квантовым числом n, равным номеру периода для главных подгрупп, или с n – 1 (d-орбитали) для элементов побочных подгрупп. Элементы, у которых происходит заполнения уровня n – 2(f-орбитали) выделены в два ряда – лантаноидов и актиноидов, которые выделены из основного поля Периодической системы.
Свойства элементов в Периодической системе меняются периодически, эту периодичность можно сформулировать для элементов главных подгрупп (подгруппы А) следующим образом:
Энергия ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность в периодах возрастает слева направо, а в группах снизу вверх.
Эффективный радиус атомов в группах возрастает сверху вниз, а в периодах справа налево.
Все элементы Периодической системы можно разделить на две группы – металлы и неметаллы. К металлам относятся химические элементы которые:
1. Имеют на внешнем уровне не более 3 электронов
2. Не дают отрицательных степеней окисления
3. Не образуют летучих (газообразных или обладающие низкими температурами кипения) водородных соединенийю
4. Обладают отрицательным температурным коэффициентом электропроводности, т. е. сопротивление возрастает с ростом температуры.
Все остальные элементы являются неметаллами. Такое деление достаточно условно, например ряд элементов, для которых не выполняется первое условие, но выполняются остальные три, относят к полуметаллам или нетипичным металлам.
По заполняющимся подуровням все химические элементы можно разделить на s-элементы, p-элементы, d-элементы и f-элементы. К металлам относятся элементы всех перечисленных групп, кроме водорода и гелия, к неметаллам - s-элементы - водород и гелий, а также p-элементы.