S- и р-элементы

Внутренняя и вторичная периодичность

В группе (побочной подгруппе) сверху вниз

Заряд ядра	не изменяется
Радиус атома	менее значительный рост
Энергия ионизации	увеличивается
Энергия сродства электрона	уменьшается
Металлические свойства	усиливаются
Восстановительная способность	усиливается
Неметаллические свойства	ослабевают
Окислительная способность	ослабевает
Электроотрицательность	увеличивается

Выше рассмотрены общие тенденции в характере изменения значений энергии ионизации атомов, энергии сродства атомов к электрону, электроотрицательности и некоторых других характеристик от атомного номера элемента. При более глубоком изучении этих тенденций можно обнаружить, что закономерности в изменении свойств элементов в периодах и группах значительно сложнее. В характере изменения свойств элементов по периоду проявляется внутренняя периодичность, а по группе — вторичная периодичность.

Так, при переходе от s-элемента I группы к р -элементу VIII группы на кривой энергии ионизации атомов и кривой изменения их радиусов имеются внутренние максимумы и минимумы. Это свидетельствует о внутреннепериодическом характере изменения этих свойств по периоду. Объяснение отмеченных закономерностей можно дать с помощью представления об экранировании ядра. Эффект экранирования ядра обусловлен электронами внутренних слоев, которые, заслоняя ядро, ослабляют притяжение к нему внешнего электрона. Так, при переходе от бериллия Be к бору B, несмотря на увеличение заряда ядра, энергия ионизации атомов уменьшается. Это объясняется тем, что притяжение к ядру 2р -электрона атома бора ослаблено за счет экранирующего действия 2s -электронов. Понятно, что экранирование ядра возрастает с увеличением числа внутренних электронных слоев. Поэтому в подгруппах s - и р -элементов наблюдается тенденция к уменьшению энергии ионизации атомов. Уменьшение энергии ионизации от азота ₇N к кислороду ₈О объясняется взаимным отталкиванием двух электронов одной и той же орбитали. Эффектом экранирования и взаимного отталкивания электронов одной орбитали объясняется также внутреннепериодический характер изменения по периоду атомных радиусов.

В характере изменения свойств s - и р -элементов в подгруппах отчетливо наблюдается вторичная периодичность. Для её объяснения привлекается представление о проникновении электронов к ядру. Как показано, электрон любой орбитали определенное время находится в области, близкой к ядру. Иными словами, внешние электроны проникают к ядру через слои внутренних электронов. Как видно, внешний 3 s -электрон атома натрия обладает весьма значительной вероятностью находиться вблизи ядра в области внутренних К - и L -электронных слоев. Концентрация электронной плотности (степень проникновения электронов) при одном и том же главном квантовом числе наибольшая для s -электрона, меньше — для р -электрона, ещё меньше — для d -электрона и т. д. Например, при n = 3 степень проникновения убывает в последовательности 3 s >3 p >3 d. Понятно, что эффект проникновения увеличивает прочность связи внешних электронов с ядром. Вследствие более глубокого проникновения s -электроны в большей степени экранируют ядро, чем р -электроны, а последние — сильнее, чем d -электроны, и т. д. Пользуясь представлением о проникновении электронов к ядру, рассмотрим характер изменения радиуса атомов элементов в подгруппе углерода. В ряду C—Si—Ge—Sn—Pb проявляется общая тенденция увеличения радиуса атома. Однако это увеличение имеет немонотонный характер. При переходе от Si к Ge внешние р -электроны проникают через экран из десяти 3 d -электро-нов и тем самым упрочняют связь с ядром и сжимают электронную оболочку атома. Уменьшение размера 6 p -орбитали Pb по сравнению с 5 р -орбиталью Sn обусловлено проникновением 6 p -электронов под двойной экран десяти 5 d -электронов и четырнадцати 4 f -электронов. Этим же объясняется немонотонность в изменении энергии ионизации атомов в ряду C—Pb и большее значение её для Pb по сравнению с атомом Sn.

Дата добавления: 2014-01-07