И их соединений в периодической системе

Не только свойства элементов, но и их соединений находятся в периодической зависимости от радиуса атома и заряда ядра.

При рассмотрении свойств и форм соединений элементов часто пользуются упрощенной схемой, предложенной Косселем.

Она изображает группировку атомов Э-О-Н, где Э - атом элемента, О - атом кислорода, Н - атом водорода. Ионы Эⁿ⁺ и О^-2 представлены в виде сфер, радиусы которых соответствуют радиусам ионов. Направление диссоциации соединения, содержащую группировку атомов Э-О-Н, зависит от относительной прочности связей Э-О и О-Н.

Если прочнее связь Э-О, то при диссоциации разрывается связь О-Н и соединение выступает в роли кислоты. Если прочнее связь О-Н, то вещество ведет себя как основание. Если связи Э-О и О-Н приблизительно одинаковы, прочны, то соединение является амфотерным.

Согласно схеме Косселя увеличение степени окисления элемента и уменьшения радиуса иона элемента приводит к упрочнению связи Э-О и, следовательно, усилению кислотного характера соединения.

В периоде слева направо основной характер оксидов и гидроксидов постепенно ослабляется, переходя в амфотерный, а затем в кислотный, усиливающийся к концу периодов. Так, например, в ряду (III период) NaOH, Mg(OH)₂, Al(OH)_3, H₂SiO_3, H₃PO_4, H₂SO₄, HClO₄ слева направо наблюдается усиление кислотных свойств гидроксидов.

Это отвечает и тому факту, что NaOH – сильное основание, Mg(OH)₂ – основание средней силы, а Al(OH)₃ –амфотерная гидроокись. Это объясняется уменьшением радиуса ионов слева направо в периоде, упрочнением связи Э-О и усилением кислотных свойств гидроксидов. Общий характер изменения остается и для других периодов.

В группах сверху вниз усиливается основной характер оксидов и гидроксидов и ослабевается кислотный характер, что объясняется увеличением радиуса ионов и ослаблением связи Э - О. Например, в группе 1 А все элементы образуют основные оксиды и гидроксиды, но наиболее резко основной характер выражен у элемента франция. Эта особенность проявляется и на химическом сродстве.

Атомы Си, Аg и Аи, составляющие побочную 1 Б подгруппу имеют также на внешнем уровне 1 электрон (ns¹). Но однозарядные ионы этих металлов меньше ионов щелочных металлов. Поэтому у них связь Э - О прочнее, чем в соединениях главной подгруппы. Действительно, их гидроксиды – слабые основания.

Эта закономерность сохраняется по мере перехода к группам с большим номером, при этом возрастает отношение к проявлению различных степеней окисления. Для элементов, например, IV А группы характерны две степени окисления +2 и +4. При переходе от углерода к свинцу степень окисления +2 становится все более характерной, в связи, с чем растет и устойчивость веществ, содержащих Э²⁺. Для углерода и кремния степень окисления +2 проявляется в очень небольшом количестве соединений (CO, SiO); для них характерна степень окисления +4. Ge(OH)₂, Sn(OH)₂ и Pb(OH)₂ – амфотерные соединения; их основные свойства усиливаются от Ge к Pb; у Pb(OH)₂ преобладает основная ионизация, а у Ge(OH)₂ – кислотная.

Так как < то связь Э⁺⁴ – О прочнее связи Э⁺² – О. Поэтому содержащие группу Э⁺⁴ – О – Н проявляют кислотные свойства в большей степени. Углерод в степени +4 образует угольную кислоту Н₂СО₃, это очень слабая кислота. Еще более слабыми кислотами являются H₂GeO₃, H₂SiO₃, H₂SnO₃ и H₂PbO₃.

Для элементов IV группы (Ti, Zr, Hg) характерной степенью окисления также является +4. Соединения Э(ОН)₄ – амфотерны, их кислотные свойства при переходе от титана к гафнию ослабевают.

Для элементов VI группы характерной является степень окисления +6.

В ряду H₂SO₄, H₂SeO₄, H₂TeO₄ слева направо R- ионов растет, связь Э – О ослабевает, и усиливаются основные свойства гидроксидов. Поэтому наиболее сильной кислотой является серная.

Изменение кислотно-основных свойств оксидов в зависимости от степени окисления можно показать на примере одного элемента, так в ряду MnO – Mn₂O₃ – MnO₂ – MnO₃ – Mn₂O₇ основные свойства ослабевают.

Связь Э – О с увеличением степени окисления упрочняется, и таким образом, усиливаются кислотные свойства гидроксидов.

Оксиду MnO соответствует основание, MnO₂ проявляет амфотерные свойства, как и его гидроксид – Mn(OH)₄ или H₂MnO₃, а оксиды MnO₃ и Mn₂O₇ проявляют кислотные свойства и им соответствуют кислоты H₂MnO₄ и HMnO₄.

Следует отметить, что рассмотренная выше закономерность изменения кислотно-основных свойств оксидов и гидроксидов наиболее полно проявляется у элементов главных подгрупп; у элементов Б подгрупп она иногда осложняется влиянием побочных факторов.

Приведенные выше данные подтверждают периодичность изменения свойств элементов и их соединений. Периодический закон, таким образом, свел накопленный химиками прошлого огромный, но разнообразный фактический материал в строгую систему. Процесс упорядочения полученных наукой сведений на основе периодического закона интенсивно происходит и в настоящее время.

Периодический закон и периодическая система является основой современной неорганической химии. Они относятся к числу таких общих научных закономерностей, которые реально существуют в природе и поэтому в процессе эволюции наших знаний никогда не потеряют своего значения.