Некоторые закономерности периодической системы

Периодическая система Д.И. Менделеева – путеводная звезда для исследователей не только в химии.

Н. Бор

В предыдущих разделах рассматривались закономерности в изменении свойств s- и p-элементов и их соединений в подгруппах. А теперь кратко остановимся на их изменении в периодах.

При движении в последних слева направо за счет роста Z и снижения r значения Э.О. элементов увеличиваются, поэтому, как правило, наблюдается следующее:

1). В химических связях простых веществ снижается доля металличности за счет роста ковалентности, причем во втором и третьем периодах до подгруппы углерода это повышает прочность кристаллических решеток, а правее – наоборот. И не только за счет все большего числа НЭП в атомах элементов, но главное, из-за все меньшей координированности атомов решетки простого вещества. Так, значение к.ч. к VII группе (Г₂ ) снижается до 1, а у БГ – до нуля.

2). Восстановительные свойства веществ, содержащих Э в любой (кроме высшей) одинаковой ст.ок. (в том числе и в нулевой) снижаются, а окислительные в любой ст.ок. (кроме низшей) растут.

3). Усиливаются кислотные свойства соединений (сравним диссоциацию в воде NaOH и ClOH, т.е. HClO). И не только гидроксидов и оксидов, но и других бинарных веществ: сульфидов, галидов и т.п. Поскольку в связях: Э − O, Э − S, Э − Г и т.д., - из-за уменьшения разности Э.О. элементов снижается доля ионности за счет роста ковалентности. Поэтому становится все более обусловленным существование Э не в виде катиона (оснóвные свойства), как в случае соединений ЩМ и ЩЗМ, а в анионной форме, включающей данный Э в качестве ц.а. (AsS, ³₃⁻ IF ₄⁻ и т.п.), что указывает на кислотные свойства исходных бинарных соединений (As₂S₃ , IF ₃ и т.п.). И в случае соединений Э с водородом тоже наблюдается изменение свойств от оснóвных (гидриды ЩМ и ЩЗМ) до кислотных (HГ); отметим, что при этом меняется знак поляризации H, поскольку он имеет среднее значение Э.О. среди элементов главных подгрупп.

В основном, те же закономерности наблюдаются при движении по периодам и для d- и f-элементов (см. следующие разделы).

А завершая рассмотрение химии s- и p-элементов, подчеркнем наличие сходства в их свойствах не только в подгруппах (за счет одинакового числа валентных электронов), но и в периодах (вследствие равенства количества уровней в атомах элементов, а значит одинакового эффекта ЭЯНЭУ, и равенства числа подуровней на валентном уровне). Это проявляется в следующем:

а) в способности существовать в одинаковых валентных состояниях;

б) в особом сродстве элементов 2-го периода к водороду (из-за их малого

радиуса); а 3-го периода к кислороду и фтору (π(p-d)-стабилизация);

в) в сравнительно малой устойчивости элементов четных периодов в высшей

степени окисления (эффекты p-, d- и f-сжатий);

г) в стремлении элементов 5-го периода к октаэдрической координации (большой

радиус и большие валентные возможности).

Кроме того, за счет снижения электроотрицательности элементов в периодической таблице как справа налево, так и сверху вниз наблюдается диагональное сходство в кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойствах соответствующих веществ, т.е. функциональные аналогии.

Так, примерно одинаковы окислительные свойства хлора и кислорода; а сходство бора и кремния заключается:

а) в близких значениях I₁ (8,3 и 8,2 эВ);

б) в непрочности соединений с водородом;

в) в особой устойчивости их фторидных комплексов, а также соединений с

кислородом;

г) в способности оксидов этих элементов легко переходить при нагревании в

стеклообразное состояние;

д) в кислотном характере их гидроксидов;

е) в большом разнообразии состава и структур боратов и силикатов.

Диагональное сходство бериллия и алюминия проявляется:

a) в способности их простых веществ взаимодействовать со щелочами с

выделением водорода;

б) в пассивирующем действии оксидной пленки на поверхности металлов по отношению к воде и кислороду воздуха; в свойстве этой пленки растворяться в щелочах и кислотах, но утолщаться при действии азотной кислоты;

в) в нелетучести их оксидов и в том, что после прокаливания, они теряют свойство

растворяться в кислотах и в растворах щелочей;

г) в способности их солей в значительной степени подвергаться гидролизу, который сопровождается процессами оляции (в случае Ве до образования ионов

[Be₃(OH)₃ ⋅ 6H₂O]³⁺ со структурой, подобной бензолу);

д) в склонности образовывать анионные комплексы (Na₂[BeF₄ ] и Na₃[AlF ]₆ ) и

двойные соли (Na₂Be(SO₄ )₂ и NaAl(SO₄ )₂ );

е) в том, что их хлориды и гидриды состоят из полимеров, например:

⎡ Cl Cl ⎤

⎢⎥ n,

⎢⎥

⎢⎣ Cl Cl ⎥⎦

и растворимы в органических жидкостях.

Сходство лития и магния заключается в следующем:

а) их соединения окрашивают пламя в одинаковый (красный) цвет;

б) оксиды этих элементов реагируют с водой обратимо;

в) их фосфаты, фториды и карбонаты мало растворимы, в отличие от

соответствующих кислых солей; их растворимые соли гигроскопичны;

г) в способности образовывать металлоорганические соединения;

Диагональное сходство проявляется также в существовании границы, включающей элементы: H − Be − Al − Ge − Sb − Po, - выше которой в длиннопериодном варианте таблицы располагаются неметаллы, а ниже – металлы. Последние составляют 4/5 из 105 элементов (внесенных в таблицу Менделеева) в том числе все d- и f-металлы, которые называют переходными. (Поскольку через d – элементы, начиная с 4-го периода, а с 6го – и через f-Э, осуществляется переход от s- к р-элементам.)

Дата добавления: 2015-07-25