Условие задачи
Что такое сродство к электрону? В каких единицах оно выражается? Как изменяется окислительная активность неметаллов в периоде и в группе периодической системы с увеличением порядкового номера? Ответ мотивируйте строением атома соответствующего элемента.
Решение
Ниже привожу подробное решение задачи, основанное на правилах химии и периодической системе элементов.
─────────────────────────────
1. Сродство к электрону
Сродство к электрону – это энергия, которая выделяется, когда к атомному ядру в газовой фазе присоединяется один электрон. Другими словами, оно характеризует склонность атома принимать дополнительный электрон, что связано с изменением его энергетического состояния. Обычно запись процесса выглядит так:
А(g) + e⁻ → А⁻(г)
При этом энергия, выделяемая в ходе реакции, называется сродством к электрону. Обратите внимание, что этот процесс является экзотермическим для большинства элементов (т.е. сопровождается выделением энергии).
Единицы измерения сродства к электрону – килоджоули на моль (кДж/моль) или, в ряде случаев, электронвольты (эВ) на атом.
─────────────────────────────
2. Окислительная активность неметаллов в периоде и в группе
Окислительная активность неметаллов во многом определяется их способностью притягивать электроны, то есть напрямую связана с их электроотрицательностью и сродством к электрону. Рассмотрим, как она изменяется в периоде и группе.
─ При увеличении атомного номера в одном периоде (движение слева направо):
• Заряд ядра (число протонов) увеличивается, в то время как число электронных оболочек остаётся примерно постоянным.
• Радиус атома уменьшается, так как сильное притяжение ядра к внешним электронам приводит к их более плотному расположению.
• Это приводит к росту электроотрицательности, сродства к электрону и, соответственно, способности атома (особенно неметалла) притягивать электроны.
Таким образом, окислительная активность неметаллов в периоде возрастает с увеличением атомного номера. Пример – элементы правой части периода (например, кислород, хлор, фтор) обладают высокой способностью принимать электроны и поэтому являются сильными окислителями.
─ При движении вниз по группе (с увеличением порядкового номера):
• Хотя общее число протонов возрастает, число электронных оболочек также значительно увеличивается.
• Дополнительные оболочки создают эффект экранирования, который ослабляет притяжение ядра к внешним электронам.
• В результате увеличение расстояния от ядра до внешнего электрона и экранирующий эффект приводят к снижению электроотрицательности и сродства к электрону.
Таким образом, при движении вниз по группе окислительная активность неметаллов несколько уменьшается.
─────────────────────────────
3. Мотивация с точки зрения строения атома
• В пределах одного периода атомы имеют одинаковое количество электронных оболочек, поэтому разница в энергетическом состоянии определяется в основном изменением заряда ядра и эффективного ядерного заряда, действующего на внешние электроны. При движении слева направо увеличение протонов (при слабом изменении экранирования) позволяет ядру сильнее притягивать электроны, что делает атомы более электроотрицательными и улучшает их способность захватывать дополнительный электрон.
• При движении вниз по группе число оболочек возрастает, что приводит к увеличению размера атома. Несмотря на большее количество протонов, внешние электроны находятся дальше от ядра и экранируются внутренними электронами, вследствие чего эффективное ядерное притяжение внешних электронов снижается, а их способность принимать дополнительный электрон уменьшается. Таким образом, атомы являются менее эффективными окислителями.
─────────────────────────────
Вывод:
1. Сродство к электрону – это энергия, выделяемая при присоединении электрона к атомному ядру в газовой фазе, измеряется в кДж/моль (или эВ на атом).
2. Окислительная активность неметаллов:
– В периоде (при движении слева направо) возрастает – атомы становятся компактнее, электроотрицательность и сродство к электрону увеличиваются.
– В группе (при движении сверху вниз) уменьшается – рост числа оболочек и экранирование приводят к ослаблению притяжения ядра к внешнему электрону.
Эти тенденции напрямую вытекают из строения атома – увеличения заряда ядра, уменьшения атомного радиуса в периоде и увеличения экранирования при движении вниз по группе.