Общая характеристика свойств элементов главных подгрупп и их соединений

В предыдущих главах мы познакомились лишь с самыми основны* ми свойствами элементов и их соединений. Совершенно очевидно, что запомнить колоссальный объем фактического материала по свойствам всех веществ совершенно невозможно и, конечно, не нужно. Гораздо важнее представлять себе основные тенденции в изменении свойств и понимать причины, их определяющие.

Изучение химии, как и любой другой науки, не должно ограничиваться простым запоминанием фактов. Нужно научиться, используя минимальный фактический материал и периодический закон, получать общую картину химических свойств элементов и соединений.

Вспомните предсказания свойств экаалюминия и экакремния, сделанные Д И. Менделеевым. Понимание и использование периодического закона позволяет многое сказать о свойствах практически любых соединений на основании небольшого набора известных фактов.

При изложении фактического материала неорганической химии мы старались показать Вам, что причины изменения свойств элементов определяются изменениями в строении электронных оболочек их атомов, а тенденции изменений свойств определяются периодическим законом.

В гл. 3 мы говорили о том, почему монотонное увеличение заряда ядра приводит к периодичности в электронном строении атомов и таких их свойств, как энергия ионизации или электроотрицательность. Теперь имеет смысл еще раз вернуться к периодическому закону и с позиций изменения электронного строения атомов обсудить тенденции в изменении уже специфических химических свойств — устойчивости соединений, окислительной (восстановительной) способности, кислотных (основных) свойств и т. д.

Говоря об электронном строении атомов, мы по-прежнему будем основываться на одноэлектронном приближении, т. е. считать, что на любой данный электрон воздействует только центрально-симметричное поле, образуемое эффективным зарядом. Эффективный заряд есть некоторая усредненная по специальным правилам величина, слагающаяся из заряда ядра и заряда всех остальных электронов.

Величина 2_Эф, действующего на данный конкретный электрон, зависит от пространственного распределения электронной плотности не только данного, но и всех остальных, прежде всего остовных, электронов. Одним из важных факторов, определяющих поведение внешних валентных электронов, является наличие внутренних максимумов в радиальном распределении их электронной плотности. Все эти вопросы подробно обсуждались в гл. 3, которую необходимо перечесть, прежде чем двигаться дальше.

Обсуждая тенденции изменений химических свойств элементов главных подрули в зависимости от электронного строения их атомов, мы будем считать, что, кроме, конечно, числа валентных электронов, химические свойства атомов определяются:

• 1) характером углового и радиального распределения электронной плотности валентных электронов, т. е. их квантовыми числами /иш; отсюда обозначения s-элементы, р-элементы ит.д.;
• 2) размерами электронного облака валентных электронов, т. е. их квантовым числом п и Z^p ;
• 3) энергией связи валентных электронов с ядром, т. е. опять-таки п и Z₃ф [см. уравнение (3.2)]. Как уже было показано, Z^ определяется зарядом ядра и общим числом электронов. Задав /, например, рассматривая p-элементы, мы можем обсуждать либо влияние на химические свойства при постоянном л, но тогда число валентных электронов (в нейтральных атомах) будет меняться, либо влияние Z^ при постоянном числе электронов, но тогда п будет переменным.

Связывая обсуждение свойств с периодической системой, можно сказать, что, сохраняя постоянство л, мы обсуждаем свойства элементов одного периода, а сохраняя постоянным число электронов — свойства элементов одной группы. Обычно химики так и говорят: рассмотрим свойства sи p-элементов третьего периода или рассмотрим свойства p-элементов пятой группы.