Мезгилдик тенденциялар: эффективдүү ядролук заряд, өлчөм жана энергия

Эффективдүү ядролук заряд жана экрандоо

Сырткы электрон ядронун толук Z зарядын сезбейт. Ядрого жакын электрондор аны жарым-жартылай жокко чыгарат, ал эми таза тартылуу эффективдүү ядролук заряд, Zeff = Z − S, менен сүрөттөлөт, мында S — экрандоо турактуусу. Төмөнкү кабаттардагы өзөк электрондору жакшы экрандайт. Бир эле кабаттагы электрондор начар экрандайт, анткени орточо алганда алар сөз болуп жаткан электронго караганда ядрого жакындабайт.

Жалпы баалоо өзөк электрондорун гана санайт. Натрийде (Z = 11) жана хлордо (Z = 17) экөөндө тең 10 өзөк электрону бар, ошондуктан натрийдин 3s электрону болжол менен +1ди, хлордун 3p электрондору болжол менен +7ни сезет. Слейтердин эрежелери муну тактайт. ns же np подкабатындагы электрон үчүн ошол эле ns жана np подкабаттарындагы ар бир башка электрон S ке 0.35 кошот (1s ичинде 0.30), n − 1 кабаттагы ар бир электрон 0.85 кошот, ал эми тереңирээк кабаттардагы ар бир электрон 1.00 кошот.

1-мисал. Натрийдин 3s электрону үчүн S = 8(0.85) + 2(1.00) = 8.80, демек Zeff = 11 − 8.80 = 2.20. Хлордун 3p электрондорунун бири үчүн S = 6(0.35) + 8(0.85) + 2(1.00) = 10.90, демек Zeff = 17 − 10.90 = 6.10. 3-мезгил боюнча ар бир кошулган протон бир кабаттагы кошулган электрон менен жарым-жартылай гана толукталат, ошондуктан n 3 бойдон калып, Zeff солдон оңго өсөт.

Атомдун радиусу жана изоэлектрондук иондор

Атомдун радиусу мезгил боюнча азаят, анткени Zeff өсөт, ал эми сырткы электрондор ошол эле кабатта калат, ошондуктан алар жакыныраак тартылат. Ал топ боюнча ылдый карай өсөт, анткени ар бир мезгил бир кабат кошуп, сырткы электрондорду алысыраак жайгаштырат, ал эми Zeff салыштырмалуу аз өзгөрөт. Эң чоң атомдор таблицанын сол төмөнкү бөлүгүндө, эң кичинелери оң жогорку бөлүгүндө.

Катион өзүнүн ата-атомунан кичине: электрондорду жоготуу түртүүнү азайтат, ал эми башкы топтун катиондору үчүн ал адатта сырткы кабатты бошотот. Анион өзүнүн ата-атомунан чоң, анткени кошулган электрон түртүүнү көбөйтөт, ядролук заряд өзгөрүүсүз калат.

2-мисал. N³⁻, O²⁻, F⁻, Na⁺, Mg²⁺ жана Al³⁺ иондорун радиусу боюнча иреттеңиз. Адегенде электрондорду санаңыз: 7 + 3, 8 + 2, 9 + 1, 11 − 1, 12 − 2 жана 13 − 3 баары 10го барабар, демек ар бир иондун неон конфигурациясы 1s² 2s² 2p⁶ бар. Электрондордун саны бирдей болгондо, бирден-бир айырма ядролук заряд, ал 7ден 13кө чейин өсөт. Протондор көбүрөөк болсо, ошол эле электрон булутун тыгыз тартат, ошондуктан тартип N³⁻ > O²⁻ > F⁻ > Na⁺ > Mg²⁺ > Al³⁺.

Биринчи иондошуу энергиясы жана анын подкабат өзгөчөлүктөрү

Биринчи иондошуу энергиясы — газ абалындагы атомдон эң начар кармалган электронду алып салууга керектүү энергия: X(g) → X⁺(g) + e⁻. Ал жалпысынан мезгил боюнча өсөт, анткени Zeff өсүп, радиус кичирейет, ал эми топ боюнча ылдый азаят. NIST иондошуу энергияларын бир атомго электронвольт менен берет; аларды eV үчүн 96.485 kJ/mol го көбөйтүү молярдык бирдиктерге айландырат.

NIST атомдук спектрлер маалымат базасынан айландырылган 2-мезгилдин мааниси: Li 520.2, Be 899.5, B 800.6, C 1086.5, N 1402.3, O 1313.9, F 1681.0 жана Ne 2080.7 kJ/mol. Эки кадам тескери жакка кетет. Бор бериллийден төмөн, анткени анын эң сырткы электрону 2pде, ал энергиясы жогорураак жана 2s жубу тарабынан жарым-жартылай экрандалат. Кычкылтек азоттон төмөн, анткени анын төртүнчү 2p электрону ээленген орбиталда жупташышы керек, ал эми кошумча түртүү аны алып салууну жеңилдетет.

Ошол эле эки түшүү 3-мезгилде да пайда болот: алюминий (577.5 kJ/mol) магнийден (737.7 kJ/mol) төмөн, ал эми күкүрт (999.6 kJ/mol) фосфордон (1011.8 kJ/mol) төмөн. Кайталануучу үлгү муну бир өзгөчө элементтен эмес, подкабат түзүлүшүнөн келип чыкканын көрсөтөт.

Удаалаш иондошуу энергиялары жана валенттик электрондор

Ар бир кийинки иондошуу энергиясы мурункусунан чоң, анткени ар бир электрон барган сайын оң иондон кетет. Ар бир секириктин өлчөмү пайдалуу маалымат. Орточо өсүү кийинки электрон ошол эле валенттик кабаттан келерин билдирет; өтө чоң секирик ал ядрого жакыныраак жана алда канча азыраак экрандалган өзөктөн келиши керек дегенди билдирет.

3-мисал. NIST магнийдин алгачкы үч иондошуу энергиясын 7.646, 15.035 жана 80.144 eV деп берет. Айландыруу: 7.646 eV × 96.485 kJ/(mol·eV) = 737.7 kJ/mol; 15.035 × 96.485 = 1450.7 kJ/mol; 80.144 × 96.485 = 7732.7 kJ/mol. IE₂/IE₁ катышы 1450.7 / 737.7 = 1.97, бирок IE₃/IE₂ 7732.7 / 1450.7 = 5.33. Экинчи электрондон кийинки чоң секирик магнийдин эки валенттик электрону бар экенин, [Ne] 3s², жана ал кадимки химияда эмне үчүн Mg²⁺ түзүп, Mg³⁺ түзбөгөнүн түшүндүрөт.

Натрий секирикти бир кадам мурун көрсөтөт. Анын экинчи иондошуу энергиясы, 4562.4 kJ/mol, биринчисинен, 495.8 kJ/mol дон, болжол менен 9.2 эсе чоң, анткени экинчи электрон 2p өзөгүнөн келиши керек.

Электронго умтулуу жана электр терсдиги

Электронго умтулуу газ абалындагы атом электрон кабыл алганда энергиянын өзгөрүүсүн сүрөттөйт: X(g) + e⁻ → X⁻(g). Белги макулдашуулары ар башка. Айрым окуу китептери, анын ичинде OpenStax, энергиянын өзгөрүүсүн берет, ал энергия бөлүнгөндө терс; башкалары бөлүнгөн энергияны оң сан катары берет. Маанилерди салыштырганга чейин макулдашууну текшериңиз. Асыл газдардан башка, мезгилдин оң жагына жакын атомдор эң көп энергия бөлүп чыгарат, анткени алардын жогорку Zeff келип жаткан электронду күчтүү тартат.

Электронго умтулуу иондошуу энергиясына караганда азыраак ырааттуу. Хлор фтордон көбүрөөк энергия бөлүп чыгарат, NIST Chemistry WebBook маанилери 3.613 жана 3.401 eV негизинде болжол менен 349 kJ/mol 328 kJ/mol го салыштырганда. Фтордун тыгыз 2p подкабатындагы кошулган электрон күчтүүрөөк түртүүгө дуушар болот. Бериллий, азот жана асыл газдардын туруктуу газ анионун түзүү тенденциясы аз же такыр жок, анткени кошулган электрон жогорураак подкабатка кирет же жарым толгон подкабатта жупташат.

Электр терсдиги — молекуладагы атомдун байланыштын электрондорун тартуу жөндөмү. Иондошуу энергиясынан айырмаланып, ал обочолонгон атомдо өлчөнбөйт; ал байланыш энергияларынан же башка маалыматтардан алынат, ал эми Полинг шкаласы эң кеңири колдонулат. Эң жогорусу фтор, болжол менен 4.0. Электр терсдиги мезгил боюнча өсөт жана топ боюнча ылдый азаят, ошондуктан байланыштын полярдуулугу H–Fден H–Cl жана H–Br аркылуу H–Iге чейин төмөндөйт.

Мезгилдик тенденцияларды түшүндүрүүдөгү кеңири таралган каталар

Тенденция суроолору адатта тартип менен гана эмес, түшүндүрмөсү менен бааланат.

Толук түшүндүрмө салыштырууну атайт (бир кабат же башка кабат), Zeff же аралык менен эмне болорун билдирет жана ал өзгөрүүнү сөз болуп жаткан электронго таасир этүүчү күч менен байланыштырат.

• Атом электрону көп болгондуктан кичине дегенди айтуу. Мезгил боюнча электрондор бир кабатка кирет; Zeff өскөндүктөн өлчөм азаят.
• Топ тенденциясын Zeff топ боюнча ылдый аз өзгөрөрүн белгилебестен, жалгыз «кабаттар көп» менен түшүндүрүү.
• Иондошуу энергиясын мезгил боюнча катуу өсүүчү деп эсептөө. 2-ден 13-топко чейинки жана 15-тен 16-топко чейинки кадамдарды текшериңиз.
• Иондорду адегенде изоэлектрондук экенин текшербей, ядролук заряд боюнча салыштыруу.
• Электронго умтулуунун белги макулдашууларын аралаштыруу жана терс саны чоңураак болгон умтулуу кичине деген жыйынтыкка келүү.
• Радиустарды ар кандай таблицалардан салыштыруу. Ковалентик, металлдык жана иондук радиустар ар башка аныкталат.
• Атом эмнени «каалаарын» айтып түшүндүрүү. Атомдордун максаты жок; тартылуу, аралык жана түртүү менен түшүндүрүңүз.