рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Периодическое изменение свойств химических элементов

Периодическое изменение свойств химических элементов - раздел Химия, Химия как наука и её значение в жизни человека   План: 1. Периодическое Изменение Физических Свойств ...

 

План:

1. Периодическое изменение физических свойств элементов

2. Периодическое изменение химических свойств элементов

 

В ряду атомов с последовательно возрастающим порядковым номером (или зарядом ядра) так же последовательно увеличивается число электронов в них. Это приводит к повторению подобных конфигураций их электронных оболочек и подоболочек.

Большинство же физико-химических и химических свойств элементов сильно зависит именно от строения внешних электронных подоболочек, т.е. от электронных конфигураций внешних атомных орбиталей. Отсюда следует, что место элемента в таблице Менделеева определяется его свойствами, а каждому месту соответствует элемент, обладающий определенной совокупностью свойств. Из физических свойств следует отметить периодичность изменения атомного объема и радиуса атомов и ионов.

Атомный объем – объем одного моля атомов простого вещества в твердом состоянии, содержащего независимо от природы элемента одинаковое число атомов, равное числу Авогадро (NA=6.02∙1023). По периоду слева направо атомный объем уменьшается от I по VI группу, где появляется первая пара p-электронов. После VI группы начинается увеличение атомного объема, но наибольший атомный объем имеют щелочные металлы.

Атомные и ионные радиусы

Атомы и ионы не имеют строго очерченных границ, вследствии волновой природы электрона. Поэтому пользуются так называемыми эффективными или кажущимися (условными) радиусами атомов и ионов. Существует несколько методов определения радиусов атомов и ионов и, как правило, они дают близкие друг другу результаты. Если представить себе атомы в кристаллах простого вещества в виде соприкасающихся друг с другом шаров, то расстояние между центрами соседних шаров (т.е. между ядрами соседних атомов) можно принять равным удвоенному радиусу атома. Так наименьшее межъядерное расстояние в кристаллах меди равно 0,256 нм, а радиус атома меди r=0,256/2=0,128нм

Радиусы, определяемые таким образом, называется атомными радиусами по Брэггу. Имеется метод расчета радиусов по Слейтеру. В качестве радиуса атома берут расстояние от ядра атома до максимума электронной плотности его валентных электронов. Для соединений с металлической и ковалентной связью как единую систему для расчета радиусов, рекомендуют использовать орбитальные радиусы. Это расстояние от ядра атома до максимума функции радиального распределения вероятности последней АО, заселенной электронами. Например, для атома меди это расстояние от ядра атома до максимума электронной плотности 4s орбитами, для кремния – до аналогичной характеристики – 3p-АО.

Изменение величины радиуса имеет периодический характер. По периоду изменение радиуса зависит от заряда ядра атомов. Слева направо по периоду с увеличением заряда атомов (Z) атомные радиусы уменьшаются, т.к. число энергетических уровней (n) остается постоянным (в пределах периода), а заряд ядра растет и притяжение электронов увеличивается (атом сжимается).

Сверху вниз по группе радиусы атомов увеличиваются, т.к. увеличивается число энергетических уровней. Надо отметить, что по группе увеличивается заряд ядра атомов (Z), но увеличение числа энергетических уровней перекрывает влияние увеличения заряда ядра и радиус увеличивается.

Изменение орбитальных радиусов атомов по периоду и группе (нм)

  I гр. II гр. V гр.
  Li 0,159 Be 0,104 N 0,049
  K 0,216 Ca 0,169 As 0,100
  Cs 0,252 Ba 0,206 Bi 0,130

 

В связи с изменением радиуса атомов изменяются их окислительно-восстановительный свойства. Так, по периоду в связи с уменьшением радиуса атомов неметалличность увеличивается и увеличиваются окислительные свойства, а по группе – радиус атомов увеличивается усиливаются металлические свойства и соответственно увеличиваются восстановительные свойства.

Для ионов, так как и для атомов, существует несколько систем радиусов. Наиболее «индивидуальным» радиусом иона (как и для атома) считают его орбитальный радиус. Потеря атомом электронов приводит к уменьшению его эффективных размеров, а присоединение избыточного электрона – к увеличению. Поэтому радиус катиона – меньше радиуса атома, а радиус аниона – больше.

rаниона>rатома>rкатиона

Например: rk=0,216 нм rk+=0,059 нм

rCl=0,072 нм rCl=0,074 нм

Радиус иона тем сильнее отличается от радиуса атома, чем больше заряд иона: rCr=0,043 нм rCr =0.041 нм rCr =0,040 нм.

 

 

Химические свойства элементов

Химические свойства элементов определяются числом электронов на внешнем энергетическом уровне, а так же способностью отдавать или присоединять электроны. Различают: металлы, неметаллы, благородные газы. Металлы имеют на наружном энергетическом уровне от 1 до 3ē (кроме Н, Не,В). Для атомов металлов характерна отдача электронов и превращение их в положительно зараженные ионы (катионы): Ag0-e à Ag+.

Для отрыва электрона требуется некоторая энергия. С количественной стороны способность атома отдавать электроны характеризуется энергией ионизации.

Энергия ионизации – энергия необходимая для отрыва электрона от атома, иона, радикала или молекулы в газовой фазе при T=00K без передачи освобожденному электрону кинетической энергии. Обозначается Еu, измеряется в кДж/моль или электрон-вольтах (эВ). Необходимо учесть что 1эВ – энергия, которую приобретает электрон в ускоряющемся электрическом поле с разностью потенциалов 1В(1эВ=96,5 кДж/моль). А напряжение электрического поля достаточное для отрыва электрона называется потенциалом ионизации. Энергия ионизации, выраженная в эВ, численно равна потенциалу ионизации, выраженному в вольтах. От атома можно оторвать 1,2,3 и т.д. электронов. Поэтому различают энергию ионизации первую (Eu(1)) вторую (Eu(2)) и т.д. Поскольку положительный заряд образующегося иона растет (по мере удаления электронов) требуется большая затрата энергии, т.е. энергия ионизации растет Eu(1)<Eu(2)<...<Eu(n).

Например: для атома углерода последовательные энергии ионизации равны:

Eu(1)=11.26 эВ, Eu(2)=24.4эВ, Eu(3)=47.9эВ, Eu(4)=64.5 эВ

Энергия ионизации зависит от заряда ядра и радиуса атома. Чем больше заряд и меньше радиус, тем больше энергия ионизации. У элементов одного и того же периода при переходе от щелочного металла к благородному газу заряд ядра постепенно возрастает, а радиус атома уменьшается, поэтому энергия ионизации постепенно увеличивается, с максимумом у благородных газов, а восстановленные свойства ослабевают.

В группе сверху вниз (подгруппа А) энергия ионизации уменьшается, т.к. увеличивается радиус атомов (хоть и увеличивается заряд ядер атомов) за счет увеличения числа энергетических уровней.

 

Первые энергии ионизации атомов второго и третьего периодов, эВ

Элемент Li B O F Ne
Eu 5.39 8.30 13.62 17.42 21.56
Элемент Na Al S Cl Ar
Eu 5.14 5.99 10.36 12.97 15.76

 

Энергия ионизации – мера металличности, у металлов она минимальная.

У неметаллов на наружном энергетическом уровне от 4 до 7ē (включая H и В). Основное свойство неметаллов - способность присоединять электроны: Cl0+eàCl-

Энергия выделяющаяся (или поглощающаяся) при присоединении электрона к атому, иону, радикалу или молекуле в газовой фазе при Т=0 К, без передачи частице кинетической энергии, называется сродством к электрону. Обозначается Eē, выражается так как и Eu, в эВ или кДж/моль. Сродство к электрону атомов s,d,f элементов (металлы ), как правило , близко к нулю или отрицательно; из этого следует, что для большинства из них присоединение электронов энергетически не выгодно. Сродство же к электрону атомов p-элементов (неметаллов) всегда положительно с наибольшим значением у самого типичного неметалла – фтора. Сродство к электрону зависит от заряда ядра и радиуса атома. Чем больше заряд ядра атомов и меньше радиус, тем больше сродство к электрону. Такую закономерность мы имеем слева направо по периоду. Вдоль каждого периода заряд ядра атомов увеличивается, а радиус атомов уменьшается – сродство к электрону увеличивается, усиливается окислительные свойства. Сверху вниз по группе сродство к электрону уменьшается, т.к. увеличивается радиус атомов, что приводит к увеличению восстановительных свойств. Сродство к электрону – мера неметалличности: чем больше неметалличность, тем больше сродство к электрону.

Суммируя сказанное нужно отметить что оба показателя (Eu и Ee) по периоду увеличиваются, а по группе уменьшаются. Соответственно по периоду увеличиваются окислительные свойства, а по группе – увеличиваются восстановительные свойства.

Выводы:

1. Самыми сильными восстановителями являются элементы находящиеся в начале каждого периода и в конце I подгруппы А (это Cs,Fr). Их атомы имеют самые низкие значения энергии ионизации.

2. Самым сильным окислителям являются элементы, располагающиеся в правом верхнем углу таблицы периодической системы (F,O). Атомы этих элементов обладают наивысшими значениями сродства к электрону.

Для решения вопроса какой из атомов легче присоединяет электрон следует учитывать оба показателя: Eu и Ee. Согласно Р. Малликену (США) полусумма этих величин называется электроотрицательностью (ЭО):

ЭО =

Электроотрицательность показывает на способность атома присоединить электроны: по периоду увеличиваются, а по группе – уменьшаются. Сложность использования подхода Малликена заключается в том, что нет надежных методов количественного определения энергии сродства к электрону. Поэтому Л. Полинг (США) предложил вместо абсолютных значений ЭО использовать относительные значения. Он принял за единицу ЭОLi и рассчитал ОЭО для других элементов.

Например:

Eu(Li)=5.39 эВ; E(Li)=0.22 эВ; ЭОLi==2.805 эВ

Eu(F)=17.42 эВ; E=3.62 эВ; ЭО F==10.52 эВ

ОЭО Li=1 ОЭОF== 4

Для амфотерных элементов ОЭО лежит в пределах 1.5-2.0

ОЭО по Полингу

Элемент Li Be B C N O F
ОЭО 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
Элемент Na Mg Al Si P S Cl
ОЭО 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.5 3.0

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Химия как наука и её значение в жизни человека

План.. Понятие о материи и движении Химическая форма движения материи Химия и экология Весь окружающий нас многообразный мир вс существующее вокруг нас это материя которая проявляется в двух формах вещества и поля Вещество..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Периодическое изменение свойств химических элементов

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Состав атомных ядер
В 1911 г. Резерфорд открыл в ядре протоны (+11р). В 1932г. Д. Чедвик открыл в ядре нейтральную частицу – нейтрон (01n) при реакции:

P +ē → 10n 13156Ba (ē,-) 13155Cs 4823V (ē,-) 4822Ti
  Смещение дочернего элемента влево (на клетку левее), как и при β+ распаде. 5)Спонтанное деление – самопроизвольный распад ядер тяжелых элементов на два и бо

Химическая связь и строение молекул
  План: 1. Понятие о химической связи. Основные типы химической связи. 2. Количественная характеристика химической связи. 3. Квантово-механическое объяснени

Ионная связь
Ионная связь – вид химической связи, осуществляемый за счет электростатического взаимодействия противоположно заряженных ионов. Это связь между атомами с большой разницей ЭО, например, между

Металлическая связь
Для металлов характерно наличие на внешней электронной оболочке небольшого числа валентных электронов (1-3) и значительное число вакантных орбиталей. Поэтому энергетически более выгодно, чтобы элек

Межмолекулярное взаимодействие
План: 1. Водородная связь, её свойства, значение в природе. 2. Силы Ван- дер- Вальса.- универсальное межмолекулярное взаимодействие (УММВ). Все межмолеку

Химических процессов
  План: 1. Закон сохранения массы вещества и энергии, как две составные части закона сохранения материи. 2. Внутренняя энергия системы. Энтальпия. 3. Термох

Направленность химических реакций
  План: 1. Факторы, определяющие направление протекания химических процессов. Энтропия. 2. Энергия Гиббса и направленность химических реакций. Первое начало

Скорость химических реакций и химическое равновесие. Равновесие в гетерогенных системах
  План 1.Особенности химических реакций 2.Скорость химических реакций в гомогенных и гетерогенных системах. Факторы, влияющие на скорость реакций. 3.Химичес

От природы реагирующих веществ
Влияние природы реагирующих веществ определяется их атомным составом, пространственным строением и молекулярными свойствами. Скорость химической реакции определяется скоростью разрыва одних и образ

Тепловому эффекту реакции
В простейшем случае активированный комплекс представляет собой конфигурацию атомов, в которой ослаблены старые связи и образуются новые. При

Влияние концентрации
Чтобы произошла реакция, необходимо столкновение реагирующих частиц (атомов, молекул, ионов), т.е. частицы должны сблизиться друг с другом настолько, чтобы атомы одной из них испытывали бы действие

Влияние температуры на скорость реакции
Скорость химических реакций зависит от числа активных молекул. С ростом температуры число активных молекул увеличивается, а значит, увеличивается скорость химической реакции. В результате изучения

Влияние катализатора на скорость реакции
Вещества, не расходующиеся в результате прохождения химической реакции, но изменяющие ее скорость, называются катализаторами. Явление изменения скорости реакции под действием катал

Химическое равновесие, его признаки
Все химические реакции можно разделить на две группы: необратимые и обратимые реакции. Химические реакции, которые идут в одном направлении, называются необратимыми. При э

На смещение химического равновесия
Влияние изменения концентраций веществ рассмотрим на примере реакции: СН4(г) + 2Н2О(г) СО2(г) +

Влияние изменения давления на смещение химического равновесия
Давление газа есть результат удара его молекул о стенки сосуда, т. е. давление газа тем выше, чем больше молекул заключено в данном объеме газа. Поэтому реакция, протекающая с увеличением числа мол

Химического равновесия
Равновесие подавляющего большинства химических реакций сдвигается при изменении температуры. Фактором, который определяет направление смещения равновесия, является при этом знак теплового эффекта р

Условия химического равновесия в гетерогенных химических реакциях
Гетерогенными называются химические реакции, протекающие на границе раздела фаз. Когда скорости прямой и обратной гетерогенных реакций становятся равными, то насту

Электрохимические процессы
  План: 1. Принцип работы гальванического элемента (ХИТ). 2. Электродные потенциалы ,рад напряжений металлов. 3. Концентрационные цепи. Эле

Понятие об электродном потенциале
Рассмотрим процессы, протекающие при погружении металла в раствор собственных ионов. В узлах кристаллической решетки металла расположены ионы, находящиеся в равновесии со свободными электронами:

Топливные элементы
Если окислитель и восстановитель хранятся вне элемента и в процессе работы подаются к электродам, которые не расходуются, то элемент может работать длительное время. Такие элементы называют топливн

Аккумуляторы
Химические источники тока, предназначенные для многократного использования, называются аккумуляторами. Они способны превращать накопленную химическую энергию в электрическую (при разрядке), а элект

Физические свойства металлов
Из физических свойств металлов следует отметить: высокую электро- и теплопроводность, металлический блеск, твердость, непрозрачность, ковкость, способность к пластической деформации, термоэлектронн

Действие серной кислоты на металлы
Разбавленная серная кислота растворяет только активные металлы, т.е. реакции идут аналогично реакциям с хлороводородной кислотой. В результате реакции образуется соль металла (суль

Действие азотной кислоты на металлы
Азотная кислота, являясь сильным окислителем, действует почти на все металлы (кроме Au, Pt, Ru, Rh, Ir, Os, Ta), превращая их в нитраты, а некоторые – в оксиды (пассивирование металлов). О

Действие щелочей на металлы
Щелочи действуют только на металлы, образующие амфотерные оксиды и гидроксиды. При этом выделяется водород и образуется соль очень слабой кислоты данного металла. Следует отметить, что образование

Fe2O3 + 2Al → Al2O + 2Fe + Q
В техники смесь порошков Fe2O3 и Al называют термитной. Реакция идет с выделением тепла (экзотермичная), значит, может проходить сам

Зонная теория кристаллов
Эта теория объясняет электропроводимость на основе квантовой теории строения кристаллических тел. Химическая связь в металле описывается с позиции ММО. В процессе образования кристалла происходит п

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги