Chimie introductivă-Ediția 1 Canadiană

obiective de învățare

1. Fiți capabili să precizați modul în care anumite proprietăți ale atomilor variază în funcție de poziția lor relativă în tabelul periodic.unul dintre motivele pentru care tabelul periodic este atât de util este faptul că structura sa ne permite să determinăm calitativ modul în care unele proprietăți ale elementelor variază față de poziția lor în tabelul periodic. Variația proprietăților față de poziția din tabelul periodic se numește tendințe periodice., Nu există niciun alt instrument în știință care să ne permită să judecăm proprietățile relative ale unei clase de obiecte ca aceasta, ceea ce face ca tabelul periodic să fie un instrument foarte util. Multe tendințe periodice sunt generale. Pot exista câteva puncte în care se observă o tendință opusă, dar există o tendință generală atunci când este luată în considerare pe un rând întreg sau pe o coloană întreagă a tabelului periodic.multe dintre proprietățile periodice ale atomilor depind de configurația electronilor; în special, electronii de valență și nivelul lor de atracție față de nucleu.,electronii de valență sunt atrași simultan de sarcina pozitivă a nucleului și ecranați (respinși) de sarcinile negative ale altor electroni. Această sarcină nucleară netă resimțită de electronii de valență este cunoscută sub numele de sarcina sa nucleară efectivă, Zeff (pronunțată „Zed-effective”)., Efective încărcătură nucleară este întotdeauna mai mică decât cea reală încărcătură nucleară, și poate fi estimat folosind următoarea ecuație:

Zeff = Z – S

Unde Z este sarcina nucleare (egal cu numărul de protoni), iar S este screening-ul constantă care poate fi aproximată cu numărul de non-valence, „de bază” de electroni.

exemplu:

aproximați încărcarea nucleară efectivă a magneziului.

soluție:

Mai întâi trebuie să determinăm configurația electronică a magneziului pentru a determina numărul de electroni de bază.,Mg = 1s2 2s2 2P6 3S2= 3S2, prin urmare magneziul are 10 electroni de bază din orbitalii săi 1s2, 2s2, 2P6.magneziul este elementul 12, deci are 12 protoni și o încărcătură nucleară de 12.

Zeff = 12 – 10

Zeff = 2+

se Deplasează de la stânga la dreapta pe o perioada de pe tabelul periodic, fiecare element ulterior are o suplimentare de proton și electron de valenta, dar nucleul electroni care sunt responsabile pentru majoritatea screening-ul rămâne același. Aceasta are ca rezultat o tendință care, în general, sarcina nucleară efectivă crește de la stânga la dreapta în orice perioadă a tabelului periodic.,deplasând de sus în jos o coloană a tabelului periodic, ne-am putea aștepta ca elementele să aibă o încărcătură nucleară eficientă similară, deoarece toate au același număr de electroni de valență. Cu toate acestea, vedem de fapt o ușoară creștere a Zeff care se deplasează în jos pe o coloană a tabelului periodic. Pe măsură ce numărul cuantic principal (n) crește, dimensiunea orbitală crește, făcând norii electronilor de bază mai răspândiți. Acești nori de electroni de bază care sunt mai difuzi nu se afișează la fel de bine, dând o ușoară creștere lui Zeff (figura 8.,22)

Figura 8.22. Tendința periodică de încărcare nucleară eficientă.

raze atomice

raza atomică este o indicație a dimensiunii unui atom. Deși conceptul unei raze definite a unui atom este puțin fuzzy, atomii se comportă ca și cum ar avea o anumită rază. Astfel de raze pot fi estimate din diferite tehnici experimentale, cum ar fi cristalografia cu raze x a cristalelor.pe măsură ce coborâți o coloană a tabelului periodic, razele atomice cresc., Acest lucru se datorează faptului că învelișul de electroni de valență devine mai mare și există un număr cuantic principal mai mare, astfel încât învelișul de valență se află fizic mai departe de nucleu. Această tendință poate fi rezumată după cum urmează:

as ↓PT, raza atomică

unde PT reprezintă tabelul periodic. Trecând peste un rând pe tabelul periodic, de la stânga la dreapta, tendința este diferită. Acest lucru se datorează faptului că, deși învelișul de valență menține același număr cuantic principal, numărul de protoni—și, prin urmare, sarcina nucleară—crește pe măsură ce treceți pe rând., Sarcina pozitivă în creștere duce la o sarcină nucleară eficientă mai mare, care aruncă o aderență mai strânsă asupra electronilor de valență, astfel încât, pe măsură ce treceți prin tabelul periodic, razele atomice scad. Din nou, putem rezuma această tendință după cum urmează:

as →PT, raza atomică↓

figura 8.23 „tendințele razelor Atomice pe tabelul Periodic” prezintă sfere reprezentând atomii blocurilor s și p de la tabelul periodic la scară, arătând cele două tendințe pentru raza atomică.figura 8.,23 Atomice, Razele Tendințe în Tabelul Periodic

Deși există unele inversări de trend (de exemplu, a se vedea Po în rândul de jos), atomi, în general, devin tot mai mici în tabelul periodic și mai mare pe măsură ce mergem pe o singură coloană. Numerele sunt razele din pm.

exemplul 9

referindu-se doar la un tabel periodic și nu la figura 8.23 „tendințe de raze Atomice pe tabelul Periodic”, care atom este mai mare în fiecare pereche?,

1. si sau s
2. s sau Te

soluție

1. si este la stânga Lui S pe tabelul periodic, deci este mai mare, deoarece pe măsură ce treceți peste rând, atomii devin mai mici.
2. S este deasupra Te pe tabelul periodic, deci Te este mai mare, deoarece pe măsură ce coborâți coloana, atomii devin mai mari.

Testați-vă

referindu-vă doar la un tabel periodic și nu la figura 8.19 „tendințe de raze Atomice pe tabelul Periodic”, care atom este mai mic, Ca sau Br?,

răspuns

Br

figura 8.24 energia de ionizare din tabelul Periodic

Valorile sunt în kJ/mol.,IE arată, de asemenea, o tendință interesantă în cadrul unui atom dat. Acest lucru se datorează faptului că mai multe IE pot fi definite prin eliminarea electronilor succesivi (dacă atomul le are de la început):

A(g) → A+(g) + E− IE1
A+(g) → A2+(g) + e− IE2
A2+(g) → A3+(g) + e− IE3

și așa mai departe.fiecare IE succesivă este mai mare decât precedentul, deoarece un electron este îndepărtat dintr-un atom cu o sarcină pozitivă progresiv mai mare. Cu toate acestea, IE are un salt mare atunci când o ionizare succesivă coboară într-o coajă nouă., De exemplu, următoarele sunt primele trei IEs de Mg, al cărui configurație electronică este 1s22s22p63s2:

Mg(g) → Mg+(g) + e− IE1 = 738 kJ/mol
Mg+(g) → Mg2+(g) + e− IE2 = 1.450 de kJ/mol
Mg2+(g) → Mg3+(g) + e− IE3 = 7,734 kJ/mol

Al doilea EXEMPLU este de două ori prima, ceea ce nu este o surpriză: prima IE implică îndepărtarea unui electron dintr-un atom neutru, în timp ce cea de-a doua implică îndepărtarea unui electron dintr-un ion pozitiv. Al treilea IE, însă, este de peste cinci ori mai mare decât cel precedent. De ce este atât de mult mai mare?, Pentru că primii doi electroni sunt eliminate din 3s subshell, dar cel de-al treilea electron trebuie să fie eliminate din n = 2 shell (în mod special, 2p subshell, care este mai mic de energie decât n = 3 shell). Astfel, este nevoie de mult mai multă energie decât ar sugera doar depășirea unei încărcări ionice mai mari. Tendințele de acest fel demonstrează că electronii sunt organizați în atomi în grupuri.

Electroni Afinitatea

opusul IE este descris de electroni afinitatea (EA), care este energia schimba atunci când un gaz-faza atom acceptă un electron:

O(g) + e−→O(g) ΔH ≡ EA

EA este, de asemenea, de obicei, exprimată în kJ/mol. Ea demonstrează, de asemenea, unele tendințe periodice, deși sunt mai puțin evidente decât celelalte tendințe periodice discutate anterior., În general, în tabelul periodic, EA crește amploarea sa:

→PT, EA

nu este o clară tendință ca te duci în jos tabelul periodic; uneori, EA crește, uneori scade. Figura 8.25 „afinitatea electronilor pe tabelul Periodic” prezintă valorile EA față de poziția pe tabelul periodic pentru elementele blocului s și P. Tendința nu este absolută, în special având în vedere valorile mari pozitive EA pentru a doua coloană. Cu toate acestea, tendința generală care traversează tabelul periodic ar trebui să fie evidentă.figura 8.,25 afinitate de electroni pe tabelul Periodic

Valorile sunt în kJ / mol.

exemplul 11

prezice care atom din fiecare pereche va avea cea mai mare magnitudine de EA.

1. C sau F
2. Na sau s

soluție

1. C și F sunt în același rând pe tabelul periodic, dar F este mai departe spre dreapta. Prin urmare, F ar trebui să aibă magnitudinea mai mare a EA.
2. Na și S se află în același rând pe tabelul periodic, dar S este mai departe spre dreapta. Prin urmare, S ar trebui să aibă magnitudinea mai mare a EA.,

Testați-vă

prezice care atom va avea cea mai mare magnitudine de EA, ca sau Br.

răspuns

Br

Takeaways cheie

• anumite proprietăți-în special sarcina nucleară eficientă, raza atomică, IE și EA—pot fi înțelese calitativ prin pozițiile elementelor din tabelul periodic.

exerciții