Строение атомов. Периодический закон и периодическая система химических элементов

9. Что представляет собой энергия ионизации атома? От каких факторов зависит ее величина? Проанализируйте характер изменения величины первой энергии ионизации у элементов второго периода по мере увеличения их атомных номеров.

Ответ:

Энергия ионизации – минимальная энергия, необходимая для отрыва наиболее слабосвязанного электрона от невозбужденного атома (э - элемент):

.

Энергия ионизации выражается в килоджоулях на моль (кДж/моль) или в электрон-вольтах на атом (эВ/ат).

Наименьшее напряжение электрического поля, при котором происходит отрыв электрона, называется потенциалом ионизации I (выражается в вольтах - В). Численное значение I в вольтах равно энергии ионизации Е_ион. в электрон-вольтах.

Отрыву первого электрона соответствует первый потенциал ионизации I₁, второго – I₂, и т.д. При этом I₁<I₂<…

Потенциал ионизации является сложной функцией некоторых свойств атома: заряда ядра, радиуса атома, конфигурации внешних электронных оболочек.

В периодах слева направо энергия ионизации атомов увеличивается. В группах сверху вниз – наоборот, энергия ионизации уменьшается. Из рисунка Направление увеличения энергии ионизации соответствует направлению уменьшения радиусов атомов. Следовательно, чем меньше радиус атома тем труднее отрывать электрон, тем больше затрачена энергия ионизации.

Однако характер изменения энергия ионизации не соответствует прямой линии, но имеет периодический характер. В пределах каждого периода наблюдается “местные” максимумы. Это связано с порядком заполнения электронами квантовых подуровней. Во втором периоде сначала электроны заполняют s-подуровень, поэтому при переходе от элемента с электроном ns¹ (Li) к элементу с электроном ns² (Be) энергия ионизации возрастает. Затем идет скачек вниз (уменьшение) обусловленный заполнением электронами p-подуровня, но далее энергия ионизации возрастает при переходе от элемента с np¹ (B) к элементу с nр² (С) и nр³ (N). Затем снова скачек вниз (уменьшение I).

Начинается заполнение вторыми электронами np-подуровня. И энергия ионизации снова возрастает (от кислорода к неону). Местные максимумы и минимумы на возрастающем участке кривой в пределах подуровня отражает явление вторичной периодичности. Максимумы соответствует элементам, у которых внешние подуровни заполнены полностью ns², np⁶ или наполовину np³. Это свидетельствует о повышенной устойчивости таких конфигураций.

а) Сколько энергетических уровней имеется в атомах элементов с атомными номерами 26, 38 и 52? Напишите их электронные формулы. К каким электронным семействам относятся эти элементы? Каковы минимальные и максимальные степени окисления их атомов в соединениях? Запишите формулы высших оксидов и гидроксидов указанных элементов.

Ответ:

Так как элемент железо находится в 4 периоде, то у атома железа четыре энергетических уровня

Электронная формула атома железа:

₂₆Fe1s²2s²2р⁶ 3s²3р⁶3d⁶ 4s²

Железо относится к семейству d-элементов, т.к. у него последними заполняются d-орбитали. Железо в соединениях проявляет степени окисления +2 (минимальная), +3, +4 (менее характерна), +6 (максимальная).

Оксид железа (VI) FeO₃ и железная кислота Н₂FeO₄ не получены. Степень окисления +6 железо проявляет в ферратах (Na₂FeO₄). Высшая степень окисления +8, согласно номеру группы VIII В) для железа не характерна.

Максимальная степень окисления железа в оксиде и гидроксиде +3 (Fe₂O₃, Fe(OH)₃). Оксид и гидроксид проявляют слабо выраженные амфотерные свойства.

У атома стронция 5 энергетических уровней, так как он расположен в 5 периоде.

Электронная формула атома стронция:

₃₈ Sr 1s²2s²2р⁶ 3s²3р⁶ 3d¹⁰4s² 4р⁶5s²

Стронций относится к семейству s-элементов, так как у него последние электроны располагаются на s-подуровне внешнего энергетического уровня. В соединениях стронций проявляет степень окисления +2. Высший окисид Sr⁺²O, высший гидроксид Sr⁺²(OH)₂ проявляют основные свойства.

У атома теллура 5 энергетических уровней, так как он расположен в 5 периоде.

Электронная конфигурация атома теллура:

₅₂Те1s²2s²2р⁶ 3s²3р⁶3d¹⁰ 4s² 4р⁶ 5s²4d¹⁰5р⁴

Низшая степень окисления теллура -2, так как он является неметаллом и до завершения внешнего энергетического уровня не хватает 2-х электронов. Высшая степень окисления +6 соответствует номеру группы (VIА). Высший оксид ТеО₃ (кислотный), высший гидроксид Н₂ТеО₄ (теллуровая кислота).

Т е м а III