курсовая. Курсовая по элементам. Сравнение структуры и свойств водородных соединений s и рэлементов i и iv групп

• Название: Сравнение структуры и свойств водородных соединений s и рэлементов i и iv групп
• Анкор: курсовая
• Дата: 06.04.2023
• Размер: 259.8 Kb.
• Имя файла: Курсовая по элементам.docx
• Тип: Курсовая; #1040945
• страница: 2 из 9

1.2. Характеристика p-элементов

К р-элементам периодической таблицы относятся элементы с валентным р-подуровнем. Эти элементы встречаются в группах III, IV, V, VI, VII, VIII, основных подгруппах Д.И. Менделеев. С увеличением атомного номера радиусы орбит атомов уменьшаются, а энергия ионизации в целом увеличивается. В подгруппах элементов с увеличением числа элементов размеры атомов обычно увеличиваются, а энергия ионизации уменьшается.

К p-элементов IV группы относятся углерод C, кремний Si, германий Ge, олово Sn и свинец Pb. Общая электронная конфигурация валентных подуровней атомов p-элементов в основном состоянии ns₂np₂. Вследствие наличия 2-х неспаренных p-электронов в соединениях они могут проявлять степень окисления +2, причем эта тенденция усиливается в направлении к свинцу. Атомы могут переходить в возбужденное состояние с образованием четырех валентных электронов, что обусловливает возникновение соединений со степенью окисления +4. Это состояние является характерным для углерода и кремния, способность к выявлению степени окисления +4 ослабляется в направлении к свинцу.

Характер изменения физических свойств элементов и соответствующих простых веществ свидетельствует о закономерное ослабление неметаллических и усиление металлических свойств в ряду C – Si – Ge – Pb.

Углерод и кремний - типичные неметаллы, образующие атомные кристаллические решетки с ковалентной связью. Их простые вещества характеризуются высокими твердостью, температурами плавления и кипения. Для германия эти параметры остаются относительно большими, что вместе с хрупкостью характеризует его как алмазоподобный кристалл с ковалентным типом связи. Свинец - металл, который не проявляет полупроводниковых свойств. В то же время в германию уже обнаружено некоторое взнос металлической связи. На это указывает заметное уменьшение ширины запрещенной зоны и росту электропроводности. Для олова полупроводниковые свойства сохраняются лишь до температуры 13,2°С, при дальнейшем нагревании олово переходит в металлический состояние. 

Возрастание металлических свойств сопровождается постепенным уменьшением энергии ионизации элементов, их электроотрицательности и усилением восстановительной способности простых веществ.[3]

1.3. Сравнительная характеристика s- и p-элементов.

Элементы в периодической системе Менделеева делятся на s-, p-, d- и f-элементы. Это разделение осуществляется на основе того, сколько энэргетических уровней имеет электронная оболочка атома и каким уровнем заканчивается заполнение электронной оболочки электронами.



Рисунок 2 – Электронные оболочки элементов периодической таблицы

Блочные элементы S и p сгруппированы как s-блок или p-блок в зависимости от положения валентных электронов на их орбитах. Основное различие между элементами s- и p-блока заключается в том, что валентные электроны элементов s-блока находятся на s-орбитали, а валентные электроны элементов p-блока находятся на p-орбитали.

1) Степень окисления.

Элементы блока P: Элементы P-блока показывают ряд степеней окисления, варьирующихся от -3,0 до +5 (стабильные степени окисления).

Элементы блока S: Элементы блока S могут иметь степень окисления 0, +1 или +2.

2) Химическая связь.

Элементы блока S: Элементы блока S образуют металлические и ионные связи.

Элементы блока P: Элементы блока P образуют ковалентные или ионные связи (с металлами).

3) Металлические свойства.

Элементы блока S: Все элементы блока являются металлами.

Элементы блока P: Большинство элементов p-блока являются неметаллами, другие - металлоидами.

4) Электроотрицательность.

Элементы блока P: Электроотрицательность элементов p-блока сравнительно высока.

Элементы блока S: Электроотрицательность элементов блока s сравнительно меньше.

В характере изменения свойств элементов по периоду проявляется внутренняя периодичность, а по группе - вторичная периодичность.[4]

Электроны внутренних слоев, которые ослабляют притяжение к нему внешнего электрона, экранируя ядро. Так при переходе от бериллия Ве к бору В, несмотря на увеличение заряда ядра, энергия ионизации атомов уменьшается. Это объясняется тем, что притяжение 2р-электрона атома бора к ядру ослабляется за счет экранирующего действия 2s-электронов. Ясно, что экранирование ядра увеличивается с увеличением числа внутренних электронных слоев. Таким образом, при переходе от s-элемента группы I к р-элементу группы VIII кривая энергии ионизации атомов и кривая изменения их радиуса имеют внутренние максимумы и минимумы. Это свидетельствует о внутреннем периодическом характере изменения этих характеристик во времени. Вышеуказанные закономерности можно объяснить термином экранирование ядра. Поэтому в подгруппах s- и р-элементов наблюдается тенденция к уменьшению энергии ионизации атомов. Уменьшение энергии ионизации от азота ₇N до кислорода ₈O объясняется взаимным отталкиванием двух электронов одной орбитали. Внутренний периодический характер изменения периода атомных радиусов объясняет также эффект экранирования и взаимного отталкивания электронов на одной орбитали.

В характере изменения свойств s- и р-элементов в подгруппах отчетливо наблюдается вторичная периодичность. Например, внешний 3s-электрон атома натрия имеет очень большую вероятность оказаться вблизи ядра в области внутренних K- и L-электронных слоев. Как известно, электрон любой орбитали некоторое время находится в области вблизи ядра, т. е внешние электроны проникают в ядро ​​через слои внутренних электронов. Степень проникновения электронов (концентрация электронной плотности) при одном и том же главном квантовом числе выше у s-электрона, ниже у p-электрона.

Ясно, что эффект проникновения увеличивает прочность связи между внешними электронами и ядром. В силу более глубокого проникновения s-электроны охватывают ядро ​​в большей степени, чем p-электроны, и они сильнее, чем d-электроны и т. д. в радиусе атомов элементов углеродной подгруппы. В ряду C-Si-Ge-Sn-Pb наблюдается общая тенденция к увеличению атомного радиуса. Однако это увеличение не является монотонным. При переходе от Si к Ge внешние β-электроны проникают через сито из десяти 3d-электронов, усиливая тем самым связь с ядром и сжимая электронную оболочку атома. Уменьшение размера 6p-орбитали Pb по сравнению с 5p-орбиталью Sn обусловлено проникновением 6p-электронов под электронное облако десяти 5d-электронов и четырнадцати 4f-электронов. Таким же образом объясняется изменения энергии ионизации атомов в ряду C – Pb и более высокое ее значение для Pb по сравнению с атомом Sn. [5]