元素的周期性是从原子的角度定义其物理和化学行为的元素,其原子序数除原子序数外,还可以对原子进行分类。
顾名思义,在所有属性中,这些属性具有周期性。也就是说,如果研究元素周期表,将有可能证明其大小遵循一个趋势,该趋势与元素在周期(行)和组(列)中的顺序一致并重复出现。
元素周期表中部分元素的固有周期。资料来源:加布里埃尔·玻利瓦尔(GabrielBolívar)。
例如,如果遍历一个周期,并且每个元素的周期性属性的大小减小,则在所有周期中都会发生相同的情况。另一方面,如果下降一个组或一列会增加其幅度,那么其他组也可能会发生同样的情况。
因此,它的变化被重复并显示出一种简单的趋势,该趋势与元素的原子序数一致。这些特性直接影响元素的金属或非金属特性以及它们的反应性,这有助于对其进行更深入的分类。
如果暂时不知道元素的身份并且将它们视为奇怪的“球形”,则可以使用这些属性来重建元素周期表(需要大量工作)。
这样,假定的球体将获得可以使它们在组中彼此区分的颜色(上图)。知道了它们的电子特性后,就可以将它们按周期组织起来,并且各组将揭示具有相同价电子数量的那些。
学习和推理周期性特性与了解元素为何以一种或另一种方式发生反应是相同的。要知道为什么金属元素在桌子的某些区域,而非金属元素在另一个区域。
周期特性及其特征是什么
-原子无线电
观察图像中的球体时,首先要注意的是它们的大小并不相同。有些比其他的更为庞大。如果仔细观察,您会发现这些大小根据模式而变化:在一个时期内,它的大小从左到右减小,而在一个组中,它的大小从上到下增大。
上面的也可以这样说:原子半径朝着右边的基团或列减小,并在较低的周期或行中增大。这样,原子半径是第一个周期性属性,因为其变化遵循元素内的模式。
核电荷与电子
这种模式的原因是什么?在一个时期内,原子的电子占据相同的能级,这与将它们与原子核分开的距离有关。当我们从一组移到另一组时(与经过右边的周期相同),原子核在同一能级内同时添加了电子和质子。
因此,电子无法与原子核保持更远的距离,因为它具有更多的质子,因此增加了其正电荷。因此,电子受到更大的朝核的吸引力,随着质子数量的增加,电子也越来越多地吸引它们。
这就是为什么元素周期表最右边的元素(黄色和青绿色的列)具有最小的原子半径的原因。
另一方面,当您从一个周期“跳”到另一个周期时(与说您经过一组下降相同),启用的新能级使电子可以占据距原子核更远的空间。原子核越远,质子越多,它们用较少的力吸引它们。因此原子半径增加。
离子半径
离子半径遵循与原子半径类似的模式。但是,这些与原子核无关,而与原子的中性态无关。
阳离子(Na +,Ca 2 +,Al 3+,Be 2 +,Fe 3+)显示正电荷,因为它们失去了一个或多个电子,因此,由于排斥力较小,因此原子核以更大的力吸引它们。它们之间。结果是:阳离子小于它们所衍生的原子。
和阴离子(O 2-,F -,S 2-,我- )相反,它们表现出负电荷,因为它们具有超过一个或多个电子,由核施加的吸引力上述增加其排斥到彼此。结果是:阴离子大于衍生它们的原子(下图)。
离子半径相对于中性原子的变化。资料来源:加布里埃尔·玻利瓦尔(GabrielBolívar)。
可以看出2-阴离子最大,而2+阳离子最小。当原子带负电时,半径增加,而带正电时,半径减小。
-电负性
当元素的原子半径较小时,它们的电子不仅会被非常强烈地吸引,而且当它们形成化学键时也会被邻近原子的电子吸引。这种从化合物中其他原子吸引电子的趋势称为电负性。
仅仅因为一个原子很小并不意味着它将具有更大的负电性。如果这样,元素氦和氢将是最负电的原子。据科学显示,氦气不会形成任何形式的共价键。氢在原子核中只有一个质子
当原子半径大时,原子核的强度不足以吸引其他原子的电子。因此,最具负电性的元素是原子半径较小且质子数量较多的元素。
同样,那些完全满足这些特性的元素是周期表p块的非金属元素;它们是属于第16组或氧(O,S,Se,Te,Po)的那些,而属于第17组或氟(F,Cl,Br,I,At)的那些。
趋势
根据所有所说的,负电性最强的元素尤其位于元素周期表的右上角。以氟为最负电性元素的首位
为什么?在不借助电负性标度(鲍林,穆里肯等)的情况下,尽管氟比氖(当时的稀有气体)大,但前者可以形成键,而后者则不能。同样,由于它的体积小,它的原子核有许多质子,并且在氟原子的地方,将有一个偶极矩。
-金属字符
如果元素的原子半径与其同期相比,并且也不是负电性的,则它是一种金属,并且具有很高的金属特性。
如果返回主图像,则带红色和绿色的球体(如带灰色的球体)对应于金属元素。金属具有独特的特性,从这里周期性的特性开始与物质的物理和宏观特性交织在一起。
具有高金属特性的元素的特征在于它们的原子相对较大,由于原子核几乎无法将其吸引,因此容易失去电子。
结果,它们容易被氧化或失去电子,形成阳离子M +。这并不意味着所有阳离子都是金属的。
趋势
此时,您可以预测元素周期表中的金属特性如何变化。如果已知金属具有较大的金属半径,并且它们的负电性也很少,则应该预期最重的元素(较低的周期)是最金属的;和最轻的元素(高位周期),最不金属的元素。
而且,金属特性降低,元素变得越负电。这意味着,在元素周期表右边的周期和组中,在较高的周期中,它们会发现金属元素较少的元素。
因此,金属特征通过一组下降而增加,并且在同一时期中从左到右减小。我们拥有的金属元素包括:钠(钠),锂(锂),镁(镁),钡(钡),银(银),金(金),宝(Po),铅(铅),镉(镉) ,Al(铝)等
-电离能
如果原子具有大的原子半径,则可以预期其原子核不会将电子保持在以相当大的力捕获的最外层壳中。因此,将它们从气相原子中去除(个体化)将不需要太多能量;也就是说,从其中去除电子所需的电离能EI。
EI也等同于说必须提供能量来克服原子或气态离子的原子核在其最外层电子上的吸引力。原子越小,负电性越高,EI越低;这是你的趋势。
以下等式说明了一个示例:
的Na(克)=>的Na +(G)+ E -
与第二次电离相比,实现此目标所需的EI并不是那么好:
的Na +(G)=>的Na 2+(G)+ E -
由于在Na +中,正电荷占优势,并且离子小于中性原子。因此,Na +的原子核以更大的力吸引电子,从而需要更大的EI。
-电子亲和力
最后,还有电子亲和力的周期性。这是气相中元素的原子吸收电子的能量趋势。如果原子很小并且具有一个具有大吸引力的原子核,则它很容易接受电子,形成稳定的阴离子。
阴离子相对于其中性原子越稳定,其电子亲和力越大。但是,电子之间的排斥也起作用。
例如,氮比氧具有更高的电子亲和力。这是因为它的三个2p电子是不成对的,并且彼此排斥并且入射的电子更少。在氧气中,有一对成对的电子产生更大的电子排斥力。在氟中,有两对。
出于这个原因,据说电子亲和力的趋势从周期表的第三个周期开始正常化。
参考文献
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