Електронегативність атомів

Електронегативність атомів (æ, кДж/моль; еВ/атом) — умовна вели­чина, що характеризує здатність атома в хімічних сполуках приєднувати електрони, які беруть участь в утворенні хімічного зв'язку.

Фізичну суть електронегативності æможна уявити як питому густину валентних електронів, тобто як електронну густину, яка припадає на оди­ницю поверхні зовнішньої оболонки (сфери) атома. Чим менший радіус атома, тим менша його сфера. Однак чим більшою є кількість електронів, що знаходяться на зовнішньому рівні, і чим меншою є поверхня сфери атома, тим більшою буде електронна густина, а отже, й електронега­тивність æатома елемента.

Зауважимо, що хімічні елементи за своєю природою двоїсті, тому поділ їх на метали і неметали умовний. Із посиленням в елементів неметалічних властивостей спостерігається послаблення металічних властивостей і на­впаки. Тому для характеристик загальної хімічної активності будь-якого з елементів потрібна кількісна характеристика, яка враховувала б обидві тенденції: як відщеплення, так і приєднання електронів.

Такою характе­ристикою запропоновано вважати енергію, яка є сумою енергії йонізації I₁ та енергії спорідненості до електрона (Е_сп), і називається електронегативністю (æ):

æ = I₁ + Е_сп

Користуватися абсолютними значеннями æ не зовсім зручно, тому вводять простіші та зручніші для зіставлення значення відносної електронегативності елементів æ, які є співвідношеннями абсолютних значень æ цього елемента та æелемента, що має найменше значення серед усіх елементів системи.

Значення відносних електронегативностей елементів, які розраховані за методом Л. Полінга, наведено в табл. 3.3.

Із даних таблиці випливає, що значення æ змінюються закономірно, підпорядковуючись періодичному закону, від æ_Cs = 0,86 до æ_f =4,1:

• у періодах (—>) значення æ зростають зі збільшенням порядкових номерів елементів, досягаючи найбільших значень в елементів VIIA групи;

• у групах елементів зверху вниз значення æ зменшуються;

• аналізуючи характер зміни значень æ у групах і періодах, можна зробити висновок, що у верхній правій частині системи елементів знаходяться найбільш електронегативні елементи (найбільше значення æу Флуору), які досить активно виявляють неметалічні (окислювальні) властивості.

Електронегативність, як одна з фундаментальних величин у хімії, досить широко використовується при вирішенні багатьох практичних і теоретичних питань як науки, так і технологічних процесів. Зокрема, різницю відносних електронегативностей (Δæ) атомів різних елементів, що утворюють хімічний зв'язок між собою, використовують для встанов­лення типу зв'язку. Якщо Δæ має значення від 1,9 до 3,24, то зв'язок між атомами йонний; якщо Δæ = 0 — ковалентний неполяр­ний; у проміжних випадках, якщо 0 < Δæ < 1,9, зв'язок — ковалентний по­лярний.

Таблиця 3.3.

Відносні електронегативності деяких елементів.

	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
	H								He
2,10							-
	Li	Be	B	C	N	O	F		Ne
0,97	1,47	2,01	2,50	3,07	3,50	4,10	-
	Na	Mg	Al	Si	P	S	Cl		Ar
1,01	1,23	1,47	1,74	2,10	2,60	2,83	-
	K	Ca	Sc	Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni
0,91	1,04	1,20	1,32	1,45	1,56	1,60	1,64	1,70	1,75
Cu	Zn	Ga	Ge	As	Se	Br		Kr
1,75	1,66	1,82	2,02	2,20	2,48	2,74	-
	Rb	Sr	Y	Zr	Nb	Mo	Tc	Ru	Rh	Pd
0,89	0,99	1,11	1,22	1,23	1,30	1,36	1,42	1,45	1,35
Ag	Cd	In	Sn	Sb	Te	In		Xe
1,42	1,45	1,49	1,72	1,82	2,01	2,21	-
	Cs	Ba	La*	Hf	Ta	W	Re	Os	Ir	Pt
0,86	0,97	1,08	1,23	1,33	1,40	1,46	1,52	1,55	1,44
Au	Hg	Tl	Pb	Bi	Po	At		Rh
1,42	1,44	1,44	1,55	1,67	1,76	1,90	-
	Fr	Ra	Ac**	*Лантаноїди 1,08 – 1,14 **Актиноїди 1,11 – 1,20
0,89	0,97	1,00

Запитання для самоконтролю

1.Назвіть хоча б одне експериментальне підтвердження хви­льової природи електрона. Хто з учених вперше висловив ідею про двоїсту природу електрона?

2.Стан кожного електрона в атомі характеризується чотирма квантовими числами — назвіть і вкажіть фізичний зміст кожного з них.

3.Відомі чотири стабільні ізотопи Барію з масовими числами 135, 136, 137 і 138. Яке число протонів і нейтронів у ядрах кожного з нуклідів?

4.Назвіть ізотопи елемента, масові числа яких відрізняються у півтора і більше раза.

5.Який атомний номер і приблизна атомна маса елемента, ядро якого складається з 81 протона і 122 нейтронів? Напишіть пов­не позначення цього нукліда, вказавши хімічний символ, атомний номер і масове число.

6. Запишіть значення усіх квантових чисел для двох елек­тронів, що містяться на 4s -орбіталі.

10.Напишіть набори усіх чотирьох квантових чисел для кожного з електронів, що містяться на Зр -орбіталях.

11.Поясніть, чому в періодичній системі елементів Аг, Co Те, Th, U розміщені відповідно перед К, Ni, I, Pa, Np, хоча і мають більшу відносну атомну масу.

12.Беручи до уваги правила квантування, виведіть формулу, що виражає місткість енергетичного електронного шару.

13.Яка максимальна кількість електронів може міститися в атомі на енергетичному рівні з п = 4?

14. Що таке ізотопи, ізобари, ізотони?

15.Чому не можна одночасно точно визначити коорди­нати електрона та його швидкість?

16.Скільки є значень магнітного квантового числа для енергетичного підрівня, що характеризується значенням орбітального квантового числа l = 2?

17.Вкажіть максимальну кількість електронів, які можуть міститись в атомі на енергетичному рівні з п = 3.

18.У якого елемента починається заповнення 5s -підрівня?

19.Яким є максимальне значення головного квантового числа n для елементів періодичної системи? Що характеризує головне квантове число?

20.Якими літерами позначають енергетичні рівні, що мають головне квантове число від 1 до 7?

21.Який фізичний зміст квадрата хвильової функції[Ψ]²?

22. Якими квантовими числами визначається енергія електрона в атомі?

23.Які значення орбітального квантового числа можливі для енергетичного рівня N (n = 4)?

24.Скільки орбіталей міститься на енергетичному підрівні l=3?

25.Яких значень може набувати магнітне квантове число для l = 2?

26.Яке обмеження накладає принцип Паулі на значення квантових чисел електронів у атомі?

27.У чому суть правил Клечковського? Проаналізуйте відносну енергію Зр-, 3d-, 4s- та 4р -орбіталей.

28. Які електронні орбіталі мають однакове значення суми (n + l) = 6? Яка послідовність зростання їх енергії?

29.Скільки неспарених електронів у збудженого атома хлору?

30.Запишіть електронну формулу атома купруму. Підкресліть валентні електрони. До якої родини елементів він належить?

31.Яке число атомних орбіталей міститься на електронних підрівнях атома: s-,p-, d-, f-; яке максимальне число електронів можуть містити: а) кожна АО; б) кожний підрівень?

32.У елементів якого періоду електрони валентного рівня характеризуються значеннями суми квантових чисел n + l = 5?

33.Вкажіть порядкові номери і назви елементів в яких: а) закінчується заповнення електронами орбіталей 4s ; б) починається заповнення підрівня 4p; Як змінюється значення суми (n + l) для цих елементів?

34.Що таке період у періодичній системі елементів? Які є періоди?

34.Що таке група у періодичній системі елементів? Які є групи?

35.Які родини елементів розрізняють у періодичній системі на підставі уявлень про енергетичні підрівні? Назвіть місткість кожної родини.