В периодической системе

Атомы и атомные радиусы. Вследствие волновой природы электрона атом не имеет строго определенных границ. Измерить абсолютные радиусы атомов невозможно, поэтому определяют расстояние от ядра до последнего максимума электронной плотности, которое называют орбитальным радиусом (R). Зависимость размеров атомных и ионных радиусов от заряда ядра носит периодический характер.

В каждом периоде с увеличением заряда ядра (Z) радиусы уменьшаются, что объясняется увеличивающимся притяжением электронов внешнего слоя к ядру при возрастании Z.

В пределах семейств d- и f- элементов наблюдается плавное уменьшение радиуса, т.к. происходит заполнение внутренних энергетических уровней. Уменьшение R вследствие заполнения f- подуровня называется лантаноидным сжатием или лантаноидной контракцией.

В группах s- и р- элементов и в группе IIIВ - d-элементов радиусы атомов возрастают сверху вниз (т.е. усиливается восстановительная активность). В подгруппах d-элементов, кроме IIIВ, R изменяется не монотонно: от первого элемента ко второму R атома несколько увеличивается, а от II к III - ему практически не изменяется вследствие лантаноидного сжатия.

При графическом изображении зависимости размера радиуса атома от порядкового номера она имеет ярко выраженный периодический характер; периодическими кривыми выражается и зависимость от порядкового номера таких энергетических характеристик атома, как ионизационный потенциал, сродство к электрону и электроотрицательность.

Ионизационные потенциалы.Если вырвать из атома электроны, то атом становится положительным ионом, или катионом. Например, атом калия дает ион К⁺ согласно процессу: К → К⁺+ ē .Энергия ионизации (потенциал ионизации) - это энергия, необходимая для отрыва внешнего электрона и об-

разования соответствующего катиона. Энергия ионизации приводится в основном в электрон - вольтах: электрон-вольт - это энергия, которую приобретает ускоряющийся электрон при разности потенциалов 1 В (1 ЭВ = 1,6∙10^-19Дж).

Первым потенциалом ионизации называется энергия, необходимая для отрыва от изолированного атома в газообразном состоянии электрона, слабее других связанного с ядром.

Энергия ионизации главным образом зависит от R и Z. Она увеличивается с уменьшением R и увеличением Z. В группах А наибольшее влияние на величину энергии ионизации оказывает изменение радиуса, а в группах В - изменение заряда ядра. Поэтому, в главных подгруппах и IIIВ сверху вниз энергия ионизации уменьшается, а в побочных - увеличивается (табл.4).

Эта закономерность, например, для элементов А группы связана с возрастанием радиуса атомов. Кроме того, увеличение числа промежуточных слоев, расположенных между ядром атома и внешними электронами, приводит к более сильному экранированию ядра, т.е. к уменьшению его эффективного заряда. Оба эти фактора приводят к уменьшению потенциала ионизации.

Таблица 4

Атомные радиусы и потенциалы ионизации

элементов одной группы

Второй, третий и т.д. ионизационные потенциалы получаются при отрыве электронов от однозарядного, двухзарядного и т.д. положительных ионов. Энергия удаления электронов возрастает с числом отрываемых электронов, поскольку образующийся катион имеет положительный заряд и притягивает оставшиеся электроны с большей силой. Из табл. 4 видно, что энергия ионизации возрастает слева направо для элементов одного периода, поскольку увеличивается заряд ядра и уменьшается радиус.

Следует отметить, что величина энергии ионизации связана помимо заряда ядра и радиуса атома с энергетическим состоянием электрона: первый потенциал ионизации бора ниже, чем бериллия, т.к. удаляется 2р- электрон, более подвижный, чем 2s- электрон бериллия. То же самое наблюдается в случае алюминия и магния.

Таблица 5

Атомные радиусы и потенциалы ионизации элементов

одного периода

Сродство к электрону.Сродством к электрону называют количество энергии, выделяемой нейтральным газообразным атомом, находящимся в состоянии с наименьшей энергией, когда он присоединяет один электрон, т.е. энергию процесса Х + ē →X ^-.Элементы VII группы обладают особенно большой величиной сродства к электрону, поскольку они имеют тенденцию приобретать устойчивую конфигурацию благородных газов, которая характеризуется 8 электронами на внешней оболочке. Так, например, энергия сродства к электрону атома кислорода равна 1,47 эВ, фтора - 3,52 эВ, а водорода - элемента 1 группы - 0,75 эВ. В общем случае самые большие величины сродства к электрону соответствуют элементам, находящимся справа в периодической системе.

Электроотрицательность.Одним из важнейших свойств атомов является электроотрицательность (ЭО). Мерой ЭО по Малликену служит арифметическая сумма энергий ионизации и сродства к электрону: ЭО = I + Е, где I - энергия ионизации, Е - энергия сродства кэлектрону.

Чаще пользуются относительной электроотрицательностью по Полингу; ее обозначают ОЭО. Самая большая ОЭО у фтора 4,0. ОЭО имеет смысл оценивать для неметаллических элементов. У элементов, расположенных в одном периоде, ОЭО возрастает слева направо. У элементов, расположенных в одной группе ОЭО наиболее выражена у стоящего выше элемента.