Периодические свойства элементов

Так как электронное строение атомов элементов изменяется периодически, то, соответственно, периодически изменяются и свойства элементов, определяемые их электронным строением, например радиусы атомов, энергия ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность.

Радиусы атомов. Абсолютное значение радиусов атомов определить невозможно. Поэтому за радиус принимают теоретически рассчитанное расстояние от ядра до наиболее удаленного от него максимума электронной плотности или половину расстояния между центрами 2-х взаимодействующих атомов. У элементов одного и того же периода при переходе от щелочного металла к благородному газу заряд ядра постепенно возрастает, а радиус атома уменьшается. В группах с увеличением порядкового номера элемента радиус атома увеличивается, так как увеличивается число энергетических уровней.

Энергия, необходимая для отрыва электрона от атома, называется энергией ионизации (Е_и). В результате ионизации атом превращается в положительно заряженный ион Э⁰–е→Э⁺. Е_и выражается в электрон-вольтах (эВ) и является мерой металличности и восстановительной способности элемента. Чем меньше Е_и, тем сильнее выражены металлические свойства и восстановительная способность элемента. У элементов одного и того же периода при переходе от щелочного металла к благородному газу заряд ядра постепенно возрастает, а радиус атома уменьшается. Поэтому энергия ионизации постепенно увеличивается, а металлические и восстановительные свойства ослабевают. В главных подгруппах с увеличением порядкового номера элемента радиус атома увеличивается, а энергия ионизации уменьшается. Металлические свойства и восстановительная активность s- и p-элементов увеличивается. В побочных подгруппах при увеличении порядкового номера Е_и увеличивается, металлические свойства и восстановительная активность d-элементов понижается.

Энергия, выделяющаяся при присоединении электрона к атому с превращением его в отрицательный ион, называется сродством к электрону (Е_е). Э⁰+е→Э^–. Е_е выражается в электрон-вольтах и является мерой неметалличности и окислительной способности элемента. Чем больше Е_е, тем сильнее выражены неметаллические и окислительные свойства элемента. С увеличением порядкового номера элемента Е_е по периодам возрастает, по группам уменьшается. Наибольшее сродство к электрону имеют фтор, кислород, хлор. Они же являются и самими сильными окислителями.

Электроотрицательность (ЭО) характеризует способность атома в соединении оттягивать к себе общую электронную пару. В пределах периодов ЭО элементов увеличивается. Максимальной электроотрицательностью обладает фтор. В подгруппах ЭО уменьшается с ростом порядкового номера элемента.

3. Энергетика химических процессов

Одной из важнейших задач химии является создание веществ и материалов с заранее заданными свойствами. Для решения этой задачи необходимо знать общие закономерности протекания химических процессов. Такие знания дает химическая термодинамика.

Химическая термодинамика изучает энергетические эффекты, сопровождающие химические реакции, направление и пределы их самопроизвольного протекания. Объектом изучения в химической термодинамике является система. Система – вещество или совокупность находящихся во взаимодействии веществ, мысленно или фактически обособленных от окружающей среды. Системы бывают: открытые (обмениваются с внешней средой и веществом и энергией), закрытые (обменивается с внешней средой энергией, но не обмениваются веществом), изолированные (не обмениваются с внешней средой ни веществом, ни энергией). Каждая система может быть охарактеризована термодинамическими параметрами (температура, давление, объем, концентрация), которые могут быть непосредственно измерены. Совокупность термодинамических параметров определяет состояние системы. Кроме термодинамических параметров для характеристики состояния системы в термодинамике широко используются величины, называемые функциями состояния, значения которых зависят от состояния системы, но не от способа, которым это состояние достигается. К функциям состояния относятся внутренняя энергия (U), энтальпия (H), энтропия (S), энергия Гиббса (G).