Изменение атомных радиусов
В пределах Периодической системы размер атомов меняется циклично. Если двигаться по периоду слева направо, заряд ядра возрастает, и электроны сильнее притягиваются к центру. Из-за этого атомные радиусы уменьшаются. Однако по мере заполнения энергетического уровня электроны начинают сильнее отталкиваться друг от друга, поэтому к концу периода сжатие замедляется.
При переходе от благородного газа к щелочному металлу следующего периода радиус резко возрастает из-за появления новой электронной оболочки. В главных подгруппах при движении сверху вниз радиусы также увеличиваются, так как постоянно растет число энергетических уровней. График зависимости радиуса от заряда ядра имеет пилообразную форму: на максимумах находятся щелочные металлы (литий, натрий, калий), а в минимумах — благородные газы.
Энергия ионизации и сродство к электрону
Способность атома взаимодействовать с электронами описывается двумя ключевыми параметрами, которые меняются в направлениях, противоположных изменению радиуса:
- Энергия ионизации — затраты энергии на отрыв электрона и превращение атома в катион. Она увеличивается в периодах слева направо и уменьшается в группах сверху вниз.
- Сродство к электрону — энергия, которая выделяется при захвате чужого электрона с образованием аниона. Тенденция похожая, но есть исключения: щелочноземельные металлы и благородные газы вообще не имеют сродства к электрону.
Даже у активных щелочных металлов оторвать электрон гораздо сложнее, чем присоединить. Для образования катиона натрия требуется поглощение 495,8 кДж/моль, тогда как при формировании аниона выделяется лишь 52,9 кДж/моль. Именно поэтому отрицательно заряженные ионы натрия крайне нестабильны и в сложных веществах не встречаются.
Электроотрицательность и полярность связи
Электроотрицательность показывает способность атома притягивать электронные пары химических связей. Абсолютная величина рассчитывается как полусумма энергии ионизации и сродства к электрону. На практике применяют относительные значения, вычисленные по отношению к литию.
Рассмотрим значения для второго периода: от лития (1,0) показатель плавно растет через бериллий (1,6), бор (2,0), углерод (2,5), азот (3,0) и кислород (3,5) вплоть до фтора (4,0). В третьем периоде тенденция сохраняется: от натрия (0,9) до хлора (3,0).
Разность электроотрицательностей двух связанных атомов определяет степень полярности (долю ионности) связи. Атом с более высокой электроотрицательностью получает частичный отрицательный заряд, а с меньшей — положительный. Например, при разности в 1,0 заряд полюсов достигает 0,22, что соответствует 22% ионности. Если электронная пара полностью переходит к одному из партнеров, заряды полюсов равны единице, и связь считается ионной. Следует помнить, что электроотрицательность не является строгой константой, и оценки на ее основе носят ориентировочный характер.
Радиус и энергия ионизации работают как качели: когда атомный радиус в периоде падает, энергия ионизации неизбежно взлетает.
Вопросы с занятий и экзамена
Почему атомный радиус уменьшается в периоде, хотя число электронов растет?
С увеличением порядкового номера растет положительный заряд ядра. Оно начинает гораздо сильнее притягивать электронные оболочки, сжимая атом.
Могут ли благородные газы образовывать отрицательные ионы?
Нет. Согласно периодическим закономерностям, у элементов VIIIA группы полностью отсутствует сродство к электрону.
Как по электроотрицательности определить заряды в молекуле?
Отрицательный заряд всегда смещается к тому атому, чья электроотрицательность выше. Атом с меньшим значением заряжается положительно.
Как изменяются радиусы галогенов от фтора к брому?
Радиусы увеличиваются, поскольку эти элементы находятся в одной группе, и при движении вниз возрастает количество электронных слоев.
Что ещё разобрать по теме
- Пилообразная зависимость атомного радиуса от заряда ядра и точки ее экстремумов.
- Соотношение энергии ионизации и сродства к электрону на примере атома натрия.
- Влияние электронного отталкивания на замедление сжатия радиуса к концу периода.
- Расчет теоретического заряда диполя молекулы хлороводорода с помощью таблицы электроотрицательностей.
- Причины отсутствия сродства к электрону у элементов IIA группы.
Разберите тему целиком в курсе «Химия»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Свойства атомов и периодические закономерности» и ещё 2 998 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 90 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Глава 5. Строение вещества»
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.