Теория строения атомов объясняет периодическое измене­ние свойств элементов при увеличении порядкового номера.

Важнейшими свойствами элементов являются металличность (металлические свойства) и неметалличность (неме­таллические свойства).

Металличность — это способность атомов элемента от­давать электроны. Количественной характеристикой металличности элемента является энергия ионизации.

Энергия ионизации атома — это количество энергии, ко­торое необходимо для отрыва электрона от атома элемента, т. е. для превращения атома в положительно заряжен­ный ион:

Э – nê → Эⁿ⁺

Чем меньше энергия ионизации, тем легче атом отдает электрон, тем сильнее металлические свойства элемента.

Неметалличность — это способность атомов элемента присоединять электроны. Количественной характеристикой неметалличности эле­мента является сродство к электрону.

Сродство к элек­трону — это энергия, которая выделяется при присоедине­нии электрона к нейтральному атому, т. е. при превращении атома в отрицательно заряженный ион:

Э + nê → Э^n-

Чем больше сродство к электрону, тем легче атом присо­единяет электрон, тем сильнее неметаллические свойства элемента.

Универсальной характеристикой металличности и неметалличности элементов является электроотрицательность элемента (ЭО).

Электроотрицательностъ элемента характеризует способ­ность его атомов притягивать к себе электроны, которые участвуют в образовании химических связей с другими атомами в молекуле.

Чем больше металличностъ, тем меньше ЭО. Чем больше неметалличностъ, тем больше ЭО.

Рассмотрим, как изменяются некоторые характеристи­ки элементов в малых периодах слева направо:

Ø Заряд ядер атомов увеличивается

Ø Число электронных слоев атомов не изменяется

Ø Число электронов на внешнем, слое атомов увеличи­вается от 1 до 8

Ø Радиус атомов уменьшается

Ø Прочность связи электронов внешнего слоя с ядром увеличивается

Ø Энергия ионизации увеличивается

Ø Сродство к электрону увеличивается

Ø Электроотрицательность увеличивается

Ø Металличность элементов уменьшается

Ø Неметалличность элементов увеличивается

В больших периодах с увеличением заряда ядер электрон­ное строение атомов изменяется сложнее, чем в малых пе­риодах. Поэтому и изменение свойств элементов в больших периодах более сложное.

Рассмотрим это изменение свойств на примере четвер­того периода. Он начинается, как и малые периоды, двумя s-элементами — К и Са, в атомах которых на внешнем слое находится соответственно 1 и 2 электрона. Эти элементы имеют наибольшие радиусы атомов среди всех элементов IV периода, поэтому электроны внешнего слоя слабо свя­заны с атомами, и эти элементы являются типичными ме­таллами. Эти элементы имеют самые низкие в IV периоде значения ЭО.

В атомах следующих десяти элементов (от Sc до Zn) про­исходит заполнение d-подуровня предвнешнего слоя; на внешнем слое число электронов в атомах всех этих элемен­тов равно 2 или 1 (Сr, Сu). Радиусы атомов d-элементов мало различаются между собой. Поэтому d-элементы похожи по своим свойствам — все они являются металлами (но менее активными, чем К и Са, которые имеют меньшие заряды ядер и большие радиусы атомов). ЭО всех d-элементов IV перио­да изменяется в небольшом интервале от 1,3 до 1,9.

В атомах последних шести элементов IV периода (от Ga до Кr) заполняется p-подуровень внешнего слоя, поэтому количество электронов на внешнем слое увеличивается от 3 до 8. Радиусы атомов этих элементов уменьшаются слева направо. Уменьшение радиуса атомов и увеличение числа электронов на внешнем слое являются причиной уменьше­ния металличности и увеличения неметалличности элемен­тов слева направо. ЭО этих элементов изменяется от 1,6 у Ga до 2,8 у Вr.

Рассмотрим, как изменяются некоторые характеристи­ки элементов в главных подгруппах сверху вниз:

Ø Число электронных слоев атомов увеличивается

Ø Число электронов на внешнем слое атомов одинаково

Ø Радиус атомов увеличивается

Ø Прочность связи электронов внешнего слоя с ядром уменьшается

Ø Энергия ионизации уменьшается

Ø Сродство к электрону уменьшается

Ø Электроотрицательность уменьшается

Ø Металличность элементов увеличивается

Ø Неметалличность элементов уменьшается

В малых периодах закономерно изменяется высшая ва­лентность элементов: во втором периоде от I у Li до V у N; в третьем периоде от I у Na до VII у Сl. В большом четвертом периоде высшая валентность увеличивается от I у К до VII у Мn; у следующих элементов она понижается до II у Zn, a потом снова увеличивается от III у Ga до VII у Вr.

Периодическое изменение высшей валентности объяс­няется периодическим изменением числа валентных элект­ронов в атомах.

Валентные электроны — это электроны, которые могут участвовать в образовании химических связей.

В атомах s- и p-элементов валентными являются, как правило, все электроны внешнего слоя.

В атомах d-элементов валентными являются электроны внешнего слоя (2 или 1), а также все или некоторые d-электроны предвнешнего слоя.

Число валентных электронов для большинства элементов равно номеру группы.

Контрольные вопросы и задания

1. Сформулируйте периодический закон Д.И.Менделеева и его трактовку на основе современной квантово-механической теории строения атомов.

2. Опишите структуру периодической системы элементов, раскрывая понятия:

- периоды,

- группы,

- семейства s, p, d, f

- длиннопериодный и короткопериодный варианты

периодической системы элементов.

3. Каков характер изменения свойств атомов элементов? Охарактеризуйте следующие характеристики элементов:

- энергия ионизации,

- энергия сродства к электрону,

- относительная электроотрицательность (ОЭО),

- атомные и ионные радиусы.

4. Что такое металличность элементов? Что является коли­чественной характеристикой металличности?

5. Что такое неметалличность элементов? Что является ко­личественной характеристикой неметалличности?

6. Что характеризует электроотрицательность?

7. Как изменяются радиус атомов, энергия ионизации, срод­ство к электрону, электроотрицательность, металличность и неметалличность элементов в малых периодах?

8. Почему d-элементы одного периода похожи по свой­ствам? Почему все d-элементы являются металлами?

9. Почему в главных подгруппах сверху вниз металличность элементов увеличивается, а неметалличность уменьшает­ся? Как изменяется ЭО в главных подгруппах?

10. Какие электроны называются валентными электронами?

11. Почему высшая валентность элементов изменяется пери­одически?

12. Какие электроны являются валентными в атомах s-, р- и d-элементов?

13. Какое значение имеют периодический закон и периоди­ческая система элементов Д. И. Менделеева?

Дополнительная литература:

1. Пузаков, С.А. Общая химия [Текст] / Пузаков С.А., Попков В.А – М.: 2010 г. – 296 - 309 с.

2. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия [Текст] / Ахметов Н.С. – М.: Химия, 2009 г., 21 – 46  с.

3. Общая химия. Теоретический курс. [Текст]: учебно-методическое пособие для студентов 1 курса фармацевтического факультета / под ред. Г.М. Зубаревой. – Тверь: : Ред.-издат. центр Твер. гос. мед. унив., 2017 г. – 11 – 17  с.

Задания для самостоятельного решения

1. По положению элементов в периодической системе оп­ределите, какой элемент имеет большую ЭО; больший радиус атома. Ответ объясните.

а) йод ₅₃I или бром ₃₅Вr;

б) олово ₅₀Sn или йод ₅₃I;

в) магний ₁₂Mg или барий ₅₆Ba;

г) ртуть ₈₀Hg или астат ₈₅At;

д) фосфор ₁₅P или висмут ₈₃Bi?

2. Мышьяк ₃₃As и бром ₃₅Вr являются неметаллами. Метал­лом или неметаллом является селен ₃₄Se?

3. Какой элемент имеет самую большую ЭО? Почему?

4. Напишите символы всех металлов третьего периода, если первым неметаллом в этом периоде является кремний?

5. Напишите символы всех неметаллов второго периода, если первым неметаллом в этом периоде является бор?

6. Напишите символы всех неметаллов главной подгруппы V группы, если известно, что в этой подгруппе два эле­мента являются металлами?

7. В главных подгруппах двух групп находятся только метал­лы. Какие это группы?

8. Как изменяется число элементов-неметаллов в главных подгруппах I—VII групп?

9. Сколько металлов в четвертом периоде, если известно, что первым элементом-неметаллом в этом периоде является мышьяк ₃₃As?

10. Сколько валентных электронов в атомах следующих эле­ментов: ₄Ве, ₁₅P, ₁₇Cl, ₂₅Мn, ₅₀Sn, ₄₂Mo, ₆C, ₁₆S?

11. Атомы каких элементов — металлов или неметаллов — имеют обычно большее число электронов на внешнем электронном слое?

12. Какой из двух элементов обладает более выраженными неметаллическими свойствами: а) С или Si; б) Сl или I; в) N или As; г) S или Se?

ЗАНЯТИЕ 4