Свойство радиуса, потенциал ионизации, сродство к электрону и электроотрицательность

Эти химические свойства и некоторые из физических свойств в элементах зависят от их электронной структуры и , в особенности о п валентных электронов (электроны внешнего уровня), понятие длина связи отличается в соединениях, но мы можем вычислить атомный радиус и ионный радиус.

Свойство радиуса

Атомный радиус не может быть рассчитан по расстоянию между ядром и самым дальним электроном , потому что невозможно определить точное местоположение электрона вокруг ядра (как показала волновая механика).

Но атомный радиус можно рассчитать, зная длину ковалентной связи, которая измеряется единицей Ангестрома (A °), длина ковалентной связи (2r) — это расстояние между ядрами двух связанных атомов, атомный радиус (r) составляет половину расстояния между центрами двух одинаковых атомов в двухатомной молекуле.

Длина ковалентной связи = сумма двух атомных радиусов молекулы.

Атомный радиус (r) = ½ × длина связи в молекуле двухатомного элемента (2r)

Ионный радиус: ионные соединения, такие как хлорид натрия, находятся в кристалле и состоят из положительных ионов (катионов) и отрицательных ионов (анионов), длина ионной связи — это расстояние между центрами ядер двух связанных ионов, ионный радиус зависит от количества электронов, потерянных или полученных для образования ионов.

Длина ионной связи = сумма двух ионных радиусов формульной единицы

Концепция эффективного ядерного заряда (Z _эфф )

На валентные электроны не влияет полный заряд ядра (заряд протонов ядра). Это связано с тем, что внутренние электроны (внутренних энергетических уровней) экранируют часть этого заряда от валентных электронов, поэтому фактический заряд действующий на электрон называется эффективным зарядом ядра Z _эфф .

Эффективный заряд ядра Z _eff  — это фактический заряд ядра (положительный заряд), который действует на электрон в атоме . Эффективный заряд ядра Z _eff всегда меньше заряда ядра (общего количества протонов, присутствующих в ядре), из-за экранирующее действие электронов внутренних энергетических уровней на часть заряда ядра, влияющую на исследуемые электроны .

Градация свойства атомного радиуса в периодической таблице

В горизонтальном периоде: атомный радиус уменьшается по мере того, как мы идем слева направо через период, увеличивая атомный номер с 1A до нулевой группы.

Это происходит из-за постепенного увеличения эффективного заряда ядра (Z _eff ), который увеличивает силу ядерного притяжения на валентные электроны, что приводит к уменьшению атомного радиуса.

В вертикальной группе: атомный радиус увеличивается по мере того, как мы спускаемся по группе, увеличивая атомный номер с первого периода до седьмого.

Это происходит из-за увеличения количества уровней энергии в каждый новый период, увеличения количества заполненных уровней энергии, которые оказывают экранирующее действие на притяжение ядерного заряда на внешние электроны , увеличения отталкивающего силы между электронами .

Атомы элементов первой группы ( щелочи ) — самые большие атомы , а атомы элементов седьмой группы ( галогены ) — самые маленькие атомы. Самый большой по размеру атом — цезий (Cs).

Пример: ₇ N , ₉ F → (N) атом больше, чем (F) атом, потому что размер атома уменьшается за тот же период, когда мы идем слева направо, увеличивая атомный номер.

₅₆ Ba , ₄ Be → (Ba) атом больше, чем атом (Be), потому что размер атома увеличивается в той же группе, когда мы спускаемся по группе за счет увеличения атомного номера.

Связь между радиусами атомов и их ионов

Радиусы атомов отличаются от радиусов их ионов. Ионный радиус уменьшается с увеличением эффективного ядерного (положительного) заряда иона.

Металлы : атомы металла имеют тенденцию терять свои валентные электроны во время химической реакции с образованием положительных ионов.

Радиус положительного иона меньше, чем его атомный радиус, потому что количество положительных протонов в катионе (положительном ионе) больше, чем количество отрицательных электронов. Таким образом, притяжение эффективного ядерного заряда на оставшиеся электроны увеличивается, что приводит к уменьшению размер .

Применение: Металл натрия имеет тенденцию терять свой валентный электрон во время химических реакций с образованием иона натрия с радиусом меньше, чем радиус его атома.

Неметаллы :атомы неметаллов имеют тенденцию приобретать электроны во время химической реакции с образованием отрицательных ионов.

Отрицательный радиус иона больше, чем его атомный радиус, потому что количество отрицательных электронов в анионе (отрицательном ионе) больше, чем количество положительных протонов, поэтому силы отталкивания между электронами увеличиваются из-за увеличения количества электронов без какого-либо увеличение ядерного заряда, приводящее к увеличению размера.

Применение: неметалл хлора имеет тенденцию приобретать электрон во время химических реакций с образованием хлорид-иона с радиусом больше, чем радиус его атома .

Применение: атомный радиус атома железа (Fe) , > ионный радиус железа (II) , ионов Fe ²⁺ > ионный радиус железа (III) ионного Fe ³⁺ , потому что атомные радиусы из металлов больше , чем радиусы их ионы. По мере уменьшения ионного радиуса положительного иона его заряд увеличивается.

Потенциал ионизации (энергия ионизации)

Если энергия подводится к атому , электроны могут быть возбуждены и переведены на более высокие энергетические уровни, но если подана достаточная энергия, наиболее слабо связанный электрон может быть полностью удален, давая положительный ион. Минимальное количество этой энергии составляет называется потенциалом ионизации.

Потенциал ионизации (энергия ионизации) — это количество энергии, необходимое для полного удаления наиболее слабосвязанного электрона из изолированного газового атома.

ΔH процесса ионизации имеет положительный знак, поскольку энергия ионизации — это поглощенная энергия.

Na _(г) + Энергия → Na ⁺ _(г) + e ^— , ΔH = + 496 кДж / моль

Атом того же элемента имеет больше энергии ионизации:

Первый потенциал ионизации — это количество энергии, необходимое для преобразования изолированного газообразного атома в ион, несущий один положительный заряд.

M _(g) + Энергия → M ⁺ _(g) + e ^— , ΔH = (+)

Второй потенциал ионизации — это количество энергии, необходимое для удаления электрона от положительного иона, несущего один положительный заряд.

M ⁺ _(g) + Энергия → M ²⁺ _(g) + e ^— , ΔH = (+)

Третий потенциал ионизации — это количество энергии, необходимое для удаления электрона от положительного иона, несущего два положительных заряда.

M ²⁺ _(г) + Энергия→M ³⁺ _(г) + e ^— , ΔH = (+)

Первый потенциал ионизации <второй потенциал ионизации <третий потенциал ионизации.

Применение: Первый потенциал ионизации благородных газов и щелочных металлов.

Первый потенциал ионизации из благородных газов очень высок, из — за стабильности их электронной конфигурации и трудно удалить электрон из полностью заполненной оболочки.

Пример: ₁₉ Ne: [ ₂ He], 2s², 2p ⁶    ,      ₁₈ Ar: [ ₁₀ Ne], 3s², 3p ^6.

Энергия первой ионизации щелочных металлов ниже, чем у всех элементов, из-за легкой потери валентного электрона.

Пример: ₁₁ Na: [ ₁₀ Ne], 3s¹,       ₁₉ K: [ ₁₈ Ar], 4s¹

Потенциалы ионизации магния: вторая энергия ионизации магния больше, чем первая, из-за увеличения эффективного ядерного заряда (Zeff), третий потенциал ионизации магния намного больше, чем у его первого и второго, потому что это приводит к разрушению полностью заполненного энергетического уровня.

Mg (г) → Mg ⁺ (г) + e ^— , ΔH ₁ = (+ 737 кДж / моль)

Mg ⁺ (г)  → Mg ²⁺ (г) + e ^— , ΔH ₂ = (+ 1450 кДж / моль)

Mg ²⁺ (г)  → Mg ³⁺ (г) + e ^— , ΔH ₃ = (+ 7730 кДж / моль)

Первый потенциал ионизации калия ₁₉ K ниже, чем у кальция ₂₀ Ca, в то время как второй потенциал ионизации калия намного больше, чем у кальция.

₁₉ K: [ ₁₈ Ar], 4s¹,    ₂₀ Ca: [ ₁₈ Ar], 4s²

Первый потенциал ионизации калия ниже, чем у кальция, из-за легкой потери валентного электрона, в то время как второй потенциал ионизации калия намного больше, чем у кальция, потому что он приводит к разрушению полностью заполненной оболочки.

Градация потенциала ионизации в периодической таблице:

В тот же период: первый потенциал ионизации увеличивается по мере того, как мы движемся слева направо. Это связано с увеличением эффективного заряда ядра и уменьшением радиуса атома, что привело бы к увеличению силы притяжения ядра на валентность. электроны, которым требуется более высокая энергия, чтобы отделить их от атома.

В той же группе: первая энергия ионизации уменьшается по мере того, как мы спускаемся по группе, это связано с добавлением дополнительных оболочек электронов , которые увеличивают атомный радиус, уменьшение силы притяжения ядра на валентные электроны, поэтому энергия необходимое для удаления валентных электронов уменьшается. Итак, потенциал ионизации обратно пропорционален радиусу атома.

Потенциал ионизации кислорода ₈ O ниже, чем у азота ₇ N, хотя кислород приходит следующим азотом в течение того же периода, потому что атом становится более стабильным, когда подуровень 2p наполовину заполнен электронами, как в атоме азота, и удаляет электрон от него снизит его стабильность.

Пример: укажите, какой атом имеет более высокий потенциал ионизации в каждой из следующих пар атомов:

₁₃ Al, ₁₆ S: потенциал ионизации ₁₆ S больше, чем у ₁₃ Al, потому что потенциал ионизации увеличивается в тот же период, когда мы перемещаемся слева направо за счет увеличения атомного номера.

₃ Li, ₅₅ Cs: потенциал ионизации  ₃ Li больше, чем у ₅₅ Cs, потому что потенциал ионизации уменьшается в той же группе, когда мы перемещаемся вниз по группе за счет увеличения атомного номера.

Электронное сродство

Удаление электрона из атома преобразует его в катион, который требует количества энергии, названного первой энергией ионизации, с другой стороны, если атом получил дополнительный электрон, он будет преобразован в отрицательный ион. , это связано с высвобождением количества энергии, названной сродством к электрону.

Сродство к электрону — это количество энергии, высвобождаемой при добавлении дополнительного электрона к нейтральному газообразному атому. Величина сродства к электрону высока, когда добавленный электрон делает подуровень наполовину заполненным или полностью заполненным, как в обоих случаях. помогает в стабильности атома.

X (g) + e ^— → X ^— (g) + Энергия, ΔH = (-)

Градация сродства к электрону в периодической таблице

В тот же период: сродство к электрону увеличивается по мере того, как мы движемся слева направо, это связано с увеличением атомного номера, что приводит к уменьшению атомного радиуса (размера атома), что облегчает ядру притягивание нового электрона. .

В той же группе: сродство к электрону уменьшается по мере того, как мы спускаемся по группе. Это связано с увеличением атомного номера, что приводит к увеличению атомного радиуса (размера атома), поэтому способность ядра привлекать новый электрон уменьшается. .

Значения сродства к электрону для бериллия , азота и неона близки к нулю,  ₄ Be: 1s², 2s ²      ,    ₇ N: 1s², 2s ² , 2p ³   ,  ₁₀ Ne: 1s², 2s ² , 2p ^6.

Поскольку атом будет более стабильным, когда подуровень: 2s заполнен полностью, как в случае атома бериллия ₄ Be, 2p заполнен наполовину, как в случае атома азота ₇ N, 2p заполнен полностью, как в случае атома неона ₁₀ Ne и добавление электрона к любому из них снизит его стабильность.

Сродство к электрону хлора (-348,6 кДж / моль) больше, чем сродство к электрону фтора (-328 кДж / моль), хотя хлор идет вслед за фтором через ту же группу.

Поскольку атом фтора меньше по размеру, так как он имеет меньший радиус, чем атом хлора, поэтому вход электрона будет испытывать сильную силу отталкивания с девятью электронами, уже существующими вокруг ядра фтора, что уменьшает выделяемую энергию из-за потребления части чтобы преодолеть эту отталкивающую силу.

Электроотрицательность

Когда два атома двух различных элементов совместно mbine вместе, способность одного атома из них , чтобы привлечь электроны химической связи к себе отличается от другого атома, Тхи сек сила притяжения назван электроотрицательности , Электроотрицательность это те ndency из атома , чтобы привлечь электроны химической связи с самим собой.

Сродство к электрону отличается от электроотрицательности , где сродство к электрону — это энергетический термин, который относится к атому в его единственном состоянии, в то время как электроотрицательность элементов представлена ​​относительными значениями и относится к объединенному атому.

Увеличение относительных значений  электроотрицательности означает увеличение способности атома элемента притягивать электроны химической связи.

Разница в электроотрицательности между элементами играет очень важную роль в определении природы связи, образующейся между ними.

Градация электроотрицательности в периодической таблице:

В тот же период: электроотрицательность увеличивается по мере того, как мы движемся слева направо, это связано с увеличением атомного номера, что приводит к уменьшению атомного радиуса, поэтому способность атома притягивать электроны связи к себе увеличивается.

В той же группе электроотрицательность уменьшается по мере того, как мы спускаемся по группе, это связано с увеличением атомного номера, приводящим к увеличению атомного радиуса, поэтому способность атома притягивать электроны связи к себе уменьшается.

Таким образом, атомы из неметаллов группы 7A (галогены) являются самыми большими в электроотрицательности   , в то время как атомы металлов группы щелочного 1А являются самыми низкими в по электронной lectronegativity .

Фтор (F) считается наиболее электроотрицательным элементом, а цезий (Cs) — самым низким электроотрицательным элементом.