Химия - Фролов В.В.
Скачать (прямая ссылка):
А1 1 х*2^2р"3*%Л1и[Ч*ЧрЧс1иЧ}' ,45а2б/>65</' °5/°5?"6«26/>8
Общая формула группы элементов — электронных аналогов — б,2р5. Эта формула внешнего слоя присуща всем р-элементам VII группы — галогенам.
^-Элементы: Г^е; порядковый номер 75; п = 6.
.1*0 Кч22я22/;вЗА-23//\3</,Чх24/1в4с/,,Ч;и5«25рбб(/55Гбя0б«2
Общая формула группы электронных аналогов относится ко всем {/-элементам VII группы (Мп; Тс; Не): с1582.
Строение атомов и распределение электронов у /-элементов, заполняющих свой подуровень /, мы сейчас не рассматриваем, так как это подробно будет разобрано при изучении элементов, входящих в III группу (гл. 12).
2.7. ВОЗБУЖДЕНИЕ АТОМОВ И ГИБРИДИЗАЦИЯ АТОМНЫХ ОРБИТАЛЕЙ
Атом любого элемента следует рассматривать как систему, способную возбуждаться и переходить в новое состояние, определяемое квантом поглощенной энергии. Это состояние атома создает новое расположение электронов, переход которых на следующий подуровень или уровень означает поглощение энергии, а возвращение в исходное состояние — релаксация — сопровождается выделением энергии. Время Жизни возбужденного атома чрезвычайно мало (•К)-7— 10"8с), однако если атом, находясь в возбужденном состоянии, образует новые связи (вступает в химическое соединение), то в таком случае это состояние атома может сохраняться неопре
53
деленно долго. При больших энергиях возбуждения полученное соединение будет иметь свойства окислителя (например, перманганат калия, хлорная кислота и т. д.).
При возбуждении атомов их электроны переходят на более высокие подуровни и соответственно с этим увеличивается их суммарное спиновое число (Еяё), так как при этом разрушаются уже готовые электронные пары. Энергия возбуждения атома в пределах одного и того же уровня, как правило, невелика. Возбуждение может происходить за счет изменения энергии при образовании молекул или за счет энергии химических реакций. Степень возбуждения атома определяется наличием свободных орбиталей, в пределах уровней, имеющихся в атоме. Чем больше главное квантовое число п и чем сложнее строение уровня (см. рис: 17, табл. 2.8), тем больше существует возможностей для. возбуждения атомов. Так, например, при п= 1 вообще нет возбужденных состояний, так как единственная орбиталь 1в содержит у водорода 1 электрон, а у Не 2, но при п = 2 атомы Ве, В, С уже могут изменить расположение электронов по орбиталям следующим образом:
Ве 2з2-+2з12р1 В 2522р'+25!2р2
Такая перестройка приведет к возрастанию суммарного спинового числа (25/), как это показано на рис. 22 (по оси ординат даны спиновые числа для возбужденных и невозбужденных состояний). Еще больше возможность возбуждения атомов элементов 3-го периода, так как у всех элементов здесь свободна <і-орбиталь, на которую могут переходить электроны (рис. 23, табл. 2.10).
Следует обратить внимание, что атом Аг при достаточном возбуждении является реакционноспособным, но в то же время можно заранее сказать о неустойчивости и о высокой окислитель-
2 3; +2,0
+1,0
и \
\
25і +3,0 +2,0
+1,0
и
И
и
И
А
Н Не Ц Ве В С N О Р N6.
N6 Ш Мдг лі йі Р Б С1 Аг
Рис. 22. Возбуждение атомов элементов второго периода и изменение суммарного спинового числа (возбужденные состояния атомов показаны пунктиром)
Рис. 23. Возбуждение атомов элементов третьего периода и изменение суммарного спинового числа (возбужденные состояния атомов показаны пунктиром)
54
Т а б л и ц а 2.10, Распределение электронов у элементов 3-го периода
Стабильное Возбужденное
состоя и 1С СОСТОЯ!! 1С
Элементы
Зя 3</ За-
N8 1 1
Мд 2 1 1
А1 Б1 2 2 1
2 1 1 2 3"
Р 2 3 1 3 1
2 4 1 3 2
С1 2 5 1 3 3
Аг 2 6 1 3 4
ной способности его соединений. Валентные соединения аргона до сих пор еще не получены, а соединения его электронных аналогов Кг, Хе, изучены в последние годы. Высшей степени возбуждения соответствует только соединение ксенона Хе04, представляющее собой взрывчатое вещество. При п > 4 процесс возбуждения захватывает все атомы периода, кроме элементов я1 (К, ИЬ, Сэ, Рг), как это будет показано далее.
Из анализа приведенных графиков Ея,- становится ясным, почему О и И не имеют соединений высшей валентности, в то время как у их электронных аналогов они есть, и почему изменение химических свойств в 4-м и других больших периодах имеет повторяющуюся периодичность (подробно см. гл. 12).
Возбуждение атомов приводит к тому, что у них появляются орбитали, способные к образованию химических связей (валентные орбитали), так как они не заполнены до конца электронами. Как правило, эти орбитали получаются различных типов (5, р, с1, I) и, следовательно, обладают различными значениями энергий (подуровни). Например, атом Ве в возбужденном состоянии имеет две орбитали я и р, обладающие разными энергиями. При образовании химических связей энергии усредняются и новые «гибридные» орбитали имеют другой вид (рис. 24) и располагаются на максимальном расстоянии друг от друга — в данном случае по прямой.
