Читать онлайн учебники
на ANSEVIK.RU

>>> Перейти на мобильную версию сайта >>>

Учебник для 11 класса

Химия

       

§ 4. Валентные возможности атомов химических элементов

Структура наружных энергетических уровней атомов химических элементов и определяет в основном свойства их атомов. Эти уровни называют валентными. Электроны этих уровней, а иногда и предвнешних уровней могут принимать участие в образовании химических связей. Такие электроны также называют валентными.

Валентность атома химического элемента определяется в первую очередь числом неспаренных электронов, принимающих участие в образовании химической связи.

Валентные электроны атомов элементов главных подгрупп занимают s- и р-подуровни внешнего энергетического уровня. У элементов побочных подгрупп, кроме лантаноидов и актиноидов, валентные электроны расположены на s-подуровне внешнего и d-подуровне пред-внешнего энергетического уровня.

Для того чтобы верно оценить валентные возможности атомов химических элементов, нужно рассмотреть распределение электронов в них по энергетическим уровням и подуровням и определить число неспаренных электронов в соответствии с принципом Паули и правилом Хунда для невозбужденного (основного, или стационарного) состояния атома и для возбужденного. Говорят, что атом находится в возбужденном состоянии, если он получил дополнительную энергию, в результате чего произошло распаривание электронов внешнего слоя и переход их в другие, не самые энергетически выгодные состояния. Атом в возбужденном состоянии обозначают соответствующим символом элемента со звездочкой. Например, рассмотрим валентные возможности атомов фосфора в стационарном и возбужденном состояниях:

В невозбужденном состоянии атом фосфора имеет три неспаренных электрона на р-подуровне. При переходе атома в возбужденное состояние один из пары электронов Зв-подуровня переходит на Зd-подуровень. Валентность фосфора при этом изменяется с трех (в основном состоянии) до пяти (в возбужденном состоянии).

Разъединение спаренных электронов требует затрат энергии. Вместе с тем расход энергии на перевод атома в возбужденное состояние компенсируется энергией, выделяющейся при образовании химических связей неспаренными электронами.

Так, атом углерода в стационарном состоянии имеет два неспаренных электрона. Следовательно, с их участием могут образоваться две общие электронные пары, осуществляющие две ковалентные связи. Однако вам хорошо известно, что во многих неорганических и во всех органических соединениях присутствуют атомы четырехвалентного углерода. Очевидно, что его атомы образовали четыре ковалентные связи в этих соединениях, находясь в возбужденном состоянии.

Затраты энергии на возбуждение атомов углерода с избытком компенсируются энергией, выделяющейся при образовании двух дополнительных ковалентных связей. Так, для перевода атомов углерода из стационарного состояния 2s22p2 в возбужденное — 2s12p3 требуется затратить около 400 кДж/моль энергии. Но при образовании С—Н-связи в предельных углеводородах выделяется 360 кДж/моль. Следовательно, при образовании двух молей С—Н-связей выделится 720 кДж, что превышает энергию перевода атомов углерода в возбужденное состояние на 320 кДж/моль.

В заключение следует отметить, что валентные возможности атомов химических элементов далеко не исчерпываются числом неспаренных электронов в стационарном и возбужденном состояниях атомов. Если вы вспомните донорно-акцепторный механизм образования ковалентных связей, то вам станут понятны и две другие валентные возможности атомов химических элементов, которые определяются наличием свободных атомных орбиталей и неподеленных электронных пар, способных дать ковалентную химическую связь по донорно-акцепторному механизму. Вспомните образование иона аммония NH+4. (Более подробно мы рассмотрим реализацию этих валентных возможностей атомами химических элементов при изучении химической связи.)

Сделаем общий вывод. Валентные возможности атомов химических элементов определяются:

  1. числом неспаренных электронов (одноэлектронных атомных орбиталей);
  2. наличием свободных атомных орбиталей и неподеленных пар электронов на валентном энергетическом уровне.

Вопросы и задания к § 4

  1. Какими тремя факторами определяются валентные возможности атомов химических элементов?
  2. Почему максимальная валентность атомов элементов 2-го периода не может быть больше четырех?
  3. Вспомните, чем различаются понятия «валентность» и «степень окисления». Что между ними общего?
  4. Укажите валентность и степень окисления атомов азота в ионе аммония NH+4?.
  5. Определите валентность и степень окисления атомов углерода в веществах с формулами С2Н6, С2Н4, С2Н2.
  6. Определите валентность и степень окисления атомов в веществах с формулами N2, NF3, NH3, Н2O2, OF2, O2F2.
  7. Определите валентные возможности атомов серы и хлора в основном и возбужденном состояниях.

Рейтинг@Mail.ru