Основы химии
онной оболочки атома. d-элементы могут иметь
минимальную валентность выше номера группы (медь, серебро) и ниже номера
группы (железо, кобальт). Например, серебро, находящееся в побочной
подгруппе первой группы имеет соединения с валентностью III. Ag2O3, AgCl3.
Это выше номера группы. В тоже время кобальт в соединение проявляет
валентность не выше III. (Co2O3), что ниже, чем номер группы (VIII).
С понятием валентность близко соприкасается второе понятие – степень
окисления.
Степень окисления – это тот заряд, который атом имеет в ионном
соединении или имел бы, если бы общая электронная пара полностью была бы
смещена к более электроотрицательному элементу в ковалентном соединении.
Следовательно, степень окисления в отличии от валентности характеризуется
не только величиной, но и зарядом (+) или (–). Валентность имеет только
величину и не имеет знака. Например, в сульфате натрия NaI2SVIOII4
валентность натрия, серы и кислорода равны соответственно I, VI, II. А
степень окисления будет – натрия (+1), серы (+6), кислорода (–2).
Валентность и степень окисления по величине не всегда совпадают. Так, в
следующих соединениях CH4, CH3OH, HCOH, HCOOH, валентность углерода везде
равна (IV), а степень окисления –4, –2, 0, +2 соответственно.
Для определения валентности элементов в соединениях следует
использовать не только положением элемента в определенной группе в
периодической системе, но и валентным так называемых эталонных элементов. К
эталонным элементам относят такие, которые всегда имеют одинаковые значения
валентности. Среди них:
Водород Н (I), Калий К (I)
Кислород О (II), Натрий Na(I)
Магний Mg (II), Алюминий Al(III)
Фтор F (I).
Что касается степени окисления то эти элементы могут служить эталонным
для определения степени окисления других элементов в соединениях.
K+, Na+ (+1), H+ (+1) (за исключением гидридов)
Mg+2, Ca+2 (+2), F-1 (–1)
Al+3 (+3), Cl-1 (–1) (за исключением соединений с кислородом и фтором)
О-2 (–2) (за исключением соединений с фтором)
3.4.7. Характер изменения восстановительных и окислительных свойств
элементов.
Если в химических реакциях элемент отдает электроны и повышает степень
окисления, то он проявляет восстановительные свойства. Наоборот, в случае
присоединения элементом электронов и понижении степени окисления, элемент
проявляет окислительные свойства. Восстановительные и окислительные
свойства элементов зависят от радиусов атомов. Чем меньше радиус атома, тем
труднее элемент отдает электроны и слабее проявляет восстановительные
свойства. В этом случае у элемента активнее будут проявляться окислительные
свойства. В периодах слева направо восстановительные свойства элементов
уменьшается, а окислительные – увеличиваются. В группах сверху вниз
увеличиваются восстановительные свойства и уменьшаются окислительные.
Li Be B C N O F
увеличение
Na окислительных свойств
элементов
K
Rb
Cs увеличение восстановительных свойств элементов
Fr рис. 3.7.
3.4.8. Характер изменения свойств однотипных соединений.
Поместим в ряд однотипные соединения галогенов – галогенводороды и
рассмотрим, как изменяются их свойства (устойчивость соединений, степень
диссоциации, сила кислоты, восстановительные свойства) в пределах главной
подгруппы седьмой группы. Обнаруживается четкая закономерность, как и для
простых элементов.
HF HCl HBr HJ
возрастание
радиуса галогена
увеличение
прочности
соединения увеличение
степени
диссоциации
усиление
кислотных
свойств
увеличение
восстановительной
активности
галоген–иона
Так в направлении от фтора к йоду идет возрастание радиусов атомов,
следовательно в этом направлении уменьшается прочность соединений. Чем
больше радиус галогенов, тем менее прочно с ним связан водород. Сравним
энергии Гиббса образования нескольких молекул.
|?G0обр.|HF |HCl |HBr |
| | | | |
|кДж/мол| | | |
|ь | | | |
| |–273 |–95 |–53 |
Наиболее отрицательное значение энергии Гиббса образования имеет
молекула HF, следовательно, она самая прочная. При переходе от HF к HBr
?G0обр. уменьшилось более, чем в пять раз. Соответственно, прочность
молекул резко падает. Растворы галогенводородов в воде являются кислотами.
При переходе от HF к HI увеличивается степень диссоциации кислоты,
усиливаются кислотные свойства галогенводородной кислоты. (сила кислоты
определяется концентрацией ионов Н+, вернее ионов гидроксония Н3О+).
|кислота |HF |HCl |HBr |НI |
|степень диссоцации ?, % |7 |78 |89 |90 |
В направлении от фтора к йоду увеличивается восстановительная
способность галоген – иона. Так НI легко восстанавливает KMnO4 до
двухвалентного состояния марганца (Mn2+). Очень трудно справляется HCl, а
HF вообще не в состоянии востановить марганец из перманганата калия.
Аналогичное можно продемонстрировать для однотипных соединений
элементов шестой группы.
H2O H2S H2Se H2Te
увеличение радиуса атома
увеличение силы кислоты
уменьшение прочности
соединения
3.5. Закон Мозли.
Помещая в рентгеновскую трубку один за другим химические элементы и
исследуя рентгеновские спектры этих элементов английский ученый Мозли в
1913г обнаружил, что с увеличением порядкового номера элемента одни и те же
линии спектра смещаются в сторону уменьшения длин волн. При этом
рентгеновское излучение не зависит от того, в каком виде находится данный
элемент – в виде простого вещества или соединения.
Опираясь на экспериментальные данные Мозли установил, что частота
колебаний рентгеновских лучей, испускаемых химическими элементами, линейно
связана с порядковыми номерами атомов элементов. Мозли сформулировал
следующий закон, который сейчас называется его именем:
Корни квадратные из обратных значений длин волн определенной линии
характерестического рентгеновского спектра находится в линейной
зависимости от порядковых номеров элементов.
Математически закон Мозли выражается следующей формулой:
?1/x=a(Z–b)
Здесь х– выбранная длина волны рентгеновского спектра элемента; Z–
порядковый номер элемента в периодической системе; а и b– коэффициенты: а–
переменный коэффициент, который для каждой линии спектра имеет свое
значение; b– постоянная экранирования или коэффициент заслона, указывающий
на уменьшение величины заряда ядра к которому притягивается электрон (т.е.
b– учитывает число квантовых электронных уровней).
Графически закон Мозли имеет следующий вид, изображенный на рис.3.8.
?1/x
10 20 30 40 50 Z рис.3.8.
Na Ca Zn Zr Sn
Большое значение закона Мозли заключалось в том, что непосредственно из
опыта можно было найти порядковые номера элементов и доказать, что они
точно соответствуют номерам элементов в периодической системе Д.И.
Менделеева.
Таблица атомных номеров Мозли составленная в 1914г, точно совпадала с
таблицей Менделеева. В ней тоже были пустые места, как в таблице
Менделеева, соответствующие неизвестным в то время элементам.
Для неизвестных элементов Мозли точно указал строение
характеристических рентгеновских спектров, что привело к открытию в скором
времени двух неизвестных
элементов: гафния (№72) и рения (№75).
Глава 4.
Химическая связь. Строение молекул.
Свойства химических соединений зависят от состава молекул, их строения
и вида связи между атомами
Молекулой называют устойчивое образование (систему) из двух и более
атомов.
Совокупность сил, удерживающих атомы в молекулах, называют химической
связью. Прежде чем рассматривать характеристику химической связи, выясним
природу сил, обуславливающую взаимодействие атомов и образование молекул.
| | скачать работу |
Основы химии |