ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН

ОФИЦИАЛЬНАЯ ПС ЭЛЕМЕНТОВ ИЮПАК
(2012 г.)

Структура ПС
Лантаниды (лантаноиды) – 4f-элементы (ид – от греч. следующий за; оид – от греч. подобный).
Аналогично актиниды (актиноиды) – 5f-элементы.
Галогены ─ элементы 17 группы.
Халькогены ─ элементы 16 группы.
Пниктогены ─ элементы 15 группы

Закономерности изменения свойств атомов и ионов
Одна из основных характеристик атомов и ионов – их размеры.
Строение соединений – расположение атомов
в пространстве (расстояния между атомами, углы).
Единица измерения расстояний – 1Å
Методы определения строения – рентгеноструктурный анализ (РСА), электронография, нейтронография и некоторые другие

Металлический радиус
Металлический радиус (для металлов) – половина расстояния между ядрами соседних атомов.

Ковалентный радиус
Ковалентный радиус (для неметаллов) – половина расстояния между ядрами соседних атомов.
Металлический радиус и ковалентный радиус называют атомными радиусами

Ионный радиус
Ионный радиус (для ионных соединений) – пример CsCl: из данных РСА определяют карту электронной плотности и там, где минимум электронной плотности на прямой Cs–Cl, проводят границу между Cs+ и Cl-:

Закономерности изменения атомных радиусов
Атомный радиус уменьшается в периоде при увеличении атомного номера:
Li(1s22s1) → F(1s22s22p5) – валентные электроны занимают орбитали одной оболочки, но увеличивается заряд ядра.
Атомный радиус увеличивается в группе при увеличении атомного номера:
Li([He]2s1) → Cs([Xe]5s1) – валентные электроны занимают орбитали
с большим главным квантовым числом

Закономерности изменения ионных радиусов
В таблице ионные радиусы приведены в Å, в скобках указано КЧ

Закономерности изменения ионных радиусов
Ионный радиус зависит от координационного окружения (КЧ) – чем больше КЧ, тем больше радиус.
В пределах периода размеры анионов больше размеров катионов (упрощенно: катионы – маленькие,
анионы – большие).
Ионный радиус увеличивается в группе при увеличении атомного номера: Li+ ([He] → Cs+ ([Xe]).
Изоэлектронные катионы – Na+, Mg2+, Al3+ имеют одинаковую электронную конфигурацию [Ne],
но отличаются зарядом, ионный радиус сильно уменьшается.
Изоэлектронные анионы – P3-, S2-, Cl- имеют одинаковую электронную конфигурацию [Ar], но отличаются зарядом, ионный радиус уменьшается

Закономерности изменения ионных радиусов
для переходных металлов
В периоде Ti2+ (1,00 Å) → Ni2+ (0,83 Å) – уменьшение радиуса катиона, но различия небольшие.
Зависимость от заряда: Fe2+ (0,75 Å) → Fe3+ (0,69 Å). Больше положительный заряд, меньше ионный радиус

Энергия ионизации
Энергия ионизации атома (или иона) (I, эВ) – минимальная энергия для удаления электрона от атома (или иона), находящегося в газообразном состоянии:
А(г.) → А+(г.) + е(г.); I = E(A+, г.) – E(A, г.)
Максимальное значение I имеют инертные газы,
минимальные – щелочные металлы

Энергия ионизации
Горизонтальная периодичность – в пределах одного периода значения I увеличиваются, так как увеличивается заряд ядра.
Вертикальная периодичность – в пределах одной группы значения I уменьшаются (не сильно): например, Li ([He]2s1) → Cs ([Xe]6s1).
Примеры отклонений в плавном изменении значений I:
Be – 9,32 эВ, В – 8,30 эВ. Различия в электронном строении – у В один электрон находится на 2p-орбитали, р-орбитали более диффузные по сравнению
с s-орбиталями.
N – 14,53 эВ, O – 13,62 эВ. Катион O+ имеет три электрона на 2р-уровне (p-уровень заполнен ровно на половину – это выгодно энергетически)

Электроотрицательность
Электроотрицательность (χ) – способность элемента притягивать электроны, когда элемент входит в состав химических соединений.
Определение электроотрицательности по Малликену:
χМ = ½(I+Ea)
Сродство к электрону (Ea, эВ) :
А(г.) + е(г.) → А-(г.); Ea = E(A, г.) – E(A-, г.)

Электроотрицательность
Электроотрицательность увеличивается в периоде при увеличении атомного номера элемента.
Электроотрицательность уменьшается в группе при увеличении атомного номера элемента

Закономерности изменения
кислотно-основных свойств гидроксидов элементов
Основные свойства: ЭОН → Э+ + ОН-
Кислотные свойства: ЭОН → ЭО- + Н+
Изменение по группе: увеличение ионного радиуса приводит к ослаблению связи с ОН-

Закономерности изменения
кислотно-основных свойств гидроксидов элементов
Уменьшение основных свойств коррелирует
с увеличением заряда катиона и уменьшением радиуса катиона

Кислотные свойства
бескислородных кислот
Два фактора (изменение радиуса аниона и изменение заряда аниона) действуют в противоположных направлениях.
Главным является изменение заряда аниона

Некоторые закономерности изменения окислительно-восстановительных свойств
Э + 2е + 2Н+ → Н2Э (Э – халькоген)
Окислительные свойства уменьшаются в ряду O2, S, Se, Te.
Восстановительные свойства увеличиваются в ряду:
H2O, H2S, H2Se, H2Te.
Аналогичные закономерности для галогенов:
Э2 + 2е + 2Н+ → 2НЭ (Э – галоген)

Окислительно-восстановительные свойства соединений элементов
в высших степенях окисления
Главные элементы – s и p:
14 группа: CO2, SiO2, GeO2 – практически
не являются окислителями;
PbO2 – сильный окислитель.
• Переходные металлы:
5 группа: V(V) – окислитель, Nb(V) и Ta(V)
не являются окислителями;
6 группа: Cr(VI) – окислитель, Mo(VI) и W(VI)
не являются окислителями;
7 группа: Mn(VII) – окислитель, Tc(VII) и Re(VII)
не являются окислителями