1,0
1,5
2,0
2,5
3,1
3,5
4,0
|
Na |
K |
Rb |
Cs |
|
|
ОЭО |
0,9 |
0,8 |
0,8 |
0,7 |
|
Cl |
Br |
I |
|
|
ОЭО |
3,0 |
2,8 |
2,6 |
Наибольшее значение электроотрицательности имеет фтор, наименьшее – цезий. Водород занимает промежуточное положение, т.е. при взаимодействии с одними элементами (например, с F) он отдает электрон, а при взаимодействии с другими (например, с Rb) – приобретает электрон.
г) Окислительно-восстановительные свойства нейтральных атомов. Эти свойства определяются значениями энергии ионизации и сродства к электрону. Восстановительные свойства проявляет атом, отдающий электрон, а окислительные – атом, принимающий электрон. В периоде слева направо восстановительные свойства ослабевают, т.к. потенциал ионизации возрастает. В подгруппах сверху вниз восстановительные свойства нейтральных атомов усиливаются, поскольку потенциал ионизации в этом направлении уменьшается. Окислительные свойства, напротив, усиливаются слева направо в периоде и ослабевают сверху вниз в подгруппе, что связано с тенденциями в изменении сродства к электрону.
д) Кислотно-основные свойства соединений. Свойства оксидов и гидроксидов элементов зависят главным образом от заряда и радиуса центрального атома. С ростом положительного заряда (точнее, степени окисления) центрального атома кислотный характер этих соединений становится более выраженным:
|
Na+ |
Mg2+ |
Al3+ |
Si4+ |
P5+ |
S6+ |
Cl7+ |
|
Na2O |
MgO |
Al2O3 |
SiO2 |
P2O5 |
SO3 |
Cl2O7 |
|
NaOH |
Mg(OH)2 |
Al(OH)3 |
H2SiO3 |
H3PO4 |
H2SO4 |
HClO4 |
|
основные |
амфотерный |
слабо кислотный |
средне кислотный |
сильно кислотные |
||
Сверху вниз в подгруппе при одинаковости заряда (степени окисления) центрального атома с увеличением его радиуса кислотные свойства оксидов и гидроксидов ослабевают, а основные – усиливаются:
|
B3+ |
H3BO3 |
слабая кислота |
|
Al3+ Ga3+ In3+ |
Al(OH)3 Ga(OH)3 In(OH)3 |
амфотер- ные гидрок- сиды |
|
Tl3+ |
Tl(OH)3 |
более выражены основные свойства |
Аналогичный пример можно привести для кислородсодержащих кислот элементов VI группы: сила кислот убывает в ряду H2SO4[32], H2SeO4[33], H2TeO4[34].
3.2 ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ И СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ
3.2.1 Основы теории А.М.Бутлерова
При взаимодействии атомов между ними может возникнуть химическая связь. Чем она прочнее, тем больше энергии нужно затратить для ее разрыва, поэтому энергия разрыва связи служит мерой ее прочности. Следовательно, при образовании химической связи энергия всегда выделяется за счет уменьшения потенциальной энергии взаимодействующих электронов и ядер. Химическая связь возникает благодаря взаимодействию электрических полей, создаваемых электронами и ядрами атомов.
Крупным шагом в развитии представлений о строении молекул явилась теория химического строения, выдвинутая в 1861 г. А.М. Бутлеровым. Основу этой теории составляют следующие положения.
1) Атомы в молекуле соединены друг с другом в определенной последовательности. Изменение этой последовательности приводит к новому веществу с новыми свойствами.
2) Соединение атомов происходит в соответствии с их валентностью.
3) Свойства веществ зависят не только от их состава, но и от порядка соединения атомов в молекулах и характера их взаимного влияния. Наиболее сильно влияют друг на друга атомы, непосредственно связанные между собой.
Теория химического строения объяснила явление изомерии, которое заключается в существовании соединений, обладающих одним и тем же качественным и количественным составом, но разными свойствами. Такие соединения называются изомерами, например пропилен и циклопропан, имеющие состав C3H6:
А.М. Бутлеров не ставил перед собой задачу выяснения природы химической связи. Возможность решения этой задачи появилась после выяснения электронной структуры атомов.
3.2.2 Ковалентная связь. Метод валентных связей
Образование ковалентной связи можно рассматривать в рамках двух методов квантовой химии: метода валентных связей и метода молекулярных орбиталей.
В 1916 г. американский ученый Льюис высказал предположение о том, что химическая связь * образуется за счет обобществления двух электронов. При этом электронная оболочка атома стремится по строению к электронной оболочке благородного газа. В дальнейшем эти предположения послужили основой для развития метода валентных связей. В 1927 г. Гайтлером и Лондоном был выполнен теоретический расчет энергии двух атомов водорода в зависимости от расстояния между ними. Оказалось, что результаты расчета зависят от того, одинаковы или противоположны по знаку спины * взаимодействующих электронов. При совпадающем направлении спинов сближение атомов приводит к непрерывному возрастанию энергии системы. При противоположно направленных спинах на энергетической кривой имеется минимум, т.е. образуется устойчивая система – молекула водорода Н2 (рисунок 3.4).
Рисунок 3.4 – Зависимость энергии от расстояния между атомами водорода при однонаправленных и противоположно направленных спинах.