Периодические свойства сложных веществ

 

    Характеристики атомов элементов - Е_и, Е_ср, χ - непосредственно связаны с типами химических реакций, в которые способны вступать атомы этих элементов, а также с типами и свойствами веществ, ими образуемых.

    С изменением электронной конфигурации атомов элементов по периоду от ns¹ до ns²np⁶  изменяется высшая степень окисления атомов элементов (от +1 до +7 (+8)), что приводит к изменению состава и свойств высших оксидов и гидроксидов. Это изменение также носит периодический характер.

    По периоду слева направо с уменьшением металлических свойств атомов элементов и образуемых ими простых веществ происходит уменьшение основных свойствоксидов, и гидроксидов и соответственно их кислотные свойства увеличиваются.

    По группе сверху вниз с уменьшением неметаллических и усилением металлических свойств атомов элементов происходит уменьшение кислотных и увеличение основных свойств оксидов и гидроксидов.

Этот переход обычно осуществляется через так называемые амфотерные гидроксиды, способные диссоциировать и как кислота, и как основание.

    Низшая степень окисления металлов равна 0, а неметаллов - (№ группы - 8), т.е. определяется числом электронов, недостающих до завершения внешнего энергетического уровня. Значит, при изменении электронной конфигурации атома неметалла от ns²np² до ns²np⁵ низшая степень окисления изменяется от - 4 до -1. Такое изменение также периодично. Это приводит к периодическому изменению состава и свойств летучих водородных соединений неметаллов (RH₄, RH₃, H₂R, RH).

    Кислотно-основный характер их водных растворов изменяется следующим образом: по периоду слева направо кислотные свойства усиливаются вследствие увеличения ОЭО неметалла, что приводит к увеличению полярности связи R - Н; по группе сверху вниз кислотные свойства также усиливаются в следствие увеличения радиусов атомов, что приводит к увеличению длины связи R - H и ее ослаблению.

    Металлы не образуют летучих водородных соединений, их гидриды солеобразны (NaH, CaH₂) или металлоподобны.

    Изменение свойств химических элементов и их соединений можно проиллюстрировать на примере 2 и 3 периодов:

высшая с.о.	+ 1	+ 2	+ 3	+ 4	+ 5	+ 6	+ 7	-
высший оксид и характер свойств	Li2O основный Na2O основный	BeO амфотерный MgO основный	B2O3 кислотный Al2O3 амфотерный	CO2 кислотный SiO2 кислотны й	N2O5 кислотный P2O5 кислотный	-   SO3 кислотный	-   Cl2O7 кислотный	-
Высший гидроксид и характер свойств	LiOH щелочь NaOH щелочь	Be(OH)2 амфотер-ный гидроксид Mg(OH)2 нераство-римое основание	H3BO3 слабая кислота Al(OH)3 амфотер-ный гидроксид	H2CO3 слабая кислота H2SiO3 слабая кислота	HNO3 сильная кислота H3PO4 слабая кислота	-     H2SO4 сильная кислота	-     HClO4 сильная кислота	-
низшая с.о.	0	0	0	-4	-3	-2	-1	-
летуч. Водородные соединения и характер свойств	-	-	-	СH4 - SiH4 -	NH3 слабое основание PH3 очень слабое основание	H2O амфотер H2S слабая кислота	HF слабая кислота HCl сильная кислота	-

    Такой характер изменения свойств в основном повторяется во всех периодах (кроме первого), поэтому такое изменение свойств называют периодическим.

    Кислотный характер оксидов и гидроксидов, образованных атомами одного элемента, с увеличением его степени окисления увеличивается.

    Например: Mn²⁺O, , Mn⁺⁴O₂, Mn⁺⁶O₃, .

 

                     основные        амфотерный  кислотные

                       оксиды              оксид            оксиды

    Mn⁺²(OH)₂, Mn⁺³(OH)₃,   Mn⁺⁴(OH)₄, H₂Mn⁺⁶O₄, HMn⁺⁷O₄.

                           

 основания           амфотерный        кислоты

               слабые           гидроксид          сильные

                                   кислотные свойства усиливаются

 

    Для сравнения: слабые кислоты      сильные кислоты

                                 сернистая Н₂S⁺⁴O₃           серная H₂S⁺⁶O₄

                                 азотистая HN⁺³O₂           азотная HN⁺⁵O₃

 

    Такова же и закономерность изменения окислительной способности атома.

    Например: Mn^o →   Mn⁺² → Mn⁺³ → Mn⁺⁴ → Mn⁺⁶    → Mn⁺⁷

                  

    только    окислительно-восстановительная  только 

восстановитель           двойственность                  окислитель

        

окислительные свойства возрастают

 

ВТОРИЧНАЯ ПЕРИОДИЧНОСТЬ

    Изменение многих характеристик атомов зачастую не монотонно. Так, для элементов 2 периода слева направо энергия ионизации Е_и в целом растет, однако, возрастая от лития к бериллию, она уменьшается к бору, а далее растет к углероду и азоту, снова уменьшаясь к кислороду, а далее увеличивается ко фтору, достигая максимума у неона.

    При переходе к 3 периоду с ростом радиуса атома Е_и резко уменьшается, а при движении по периоду слева направо от натрия до аргона растет аналогично 2 периоду – немонотонно:

Li B Be C O N F Ne