Электроотрицательность металлов и неметаллов

Обновлено: 04.10.2024

Окисление и восстановление — что это за процесс в химии?

Рассмотреть данные процессы можно на примере опыта. Раствор хлорида меди (II) подвергают воздействию электрического тока. При этом катод покрывается медным налетом, а на аноде образуется хлор.

Схема процесса на катоде электрода:

Схема химической реакции на аноде электрода:

Катион меди превращается в электронейтральный атом меди, когда катод передает ему два элетрона. Образование молекулы хлора из пары анионов хлора происходит при отдаче двух электронов.

Восстановление меди на катоде:

C u 2 + + 2 е → C u

Окисление хлора на аноде:

2 C l - - 2 е → С l 2

Восстановление является процессом, при котором элемент принимает электроны.

Окислением называют процесс отдачи электронов.

Восстановитель — вещество, которое отдает электроны.

Окислителем называют вещество, которое принимает электроны.

В процессе приема электронов происходит восстановление окислителя. При отдаче восстановителем электронов вещество окисляется.

Окислительно-восстановительные реакции — процессы окисления и восстановления, которые не могут протекать раздельно друг от друга.

Электронный баланс

При окислительно-восстановительном процессе количество электронов, которые были приняты окислителем, совпадает с числом электронов, отданных восстановителем. В рамках рассматриваемого опыта электронный баланс имеет следующий вид:

F e + C u S O 4 = F e S O 4 + C u

C u 2 + + 2 e = C u

Функцию восстановителя при этом выполняет простое вещество в виде железа, которое окисляется до двухзарядного катиона.

F e – 2 e = F e 2 +

Электролиз — окислительно-восстановительная реакция, протекающая при воздействии электрического тока.

Процесс электролиза являлся предметом исследований ученого Майкла Фарадея. В настоящее время электролиз нашел широкое применение в промышленной сфере. Данная реакция позволяет получать копии разнообразных деталей, покрывать стальные компоненты кузова автомобилей защитной оболочкой из другого металла.

Понятие электроотрицательности элементов

Все элементы Периодической таблицы классифицируют на две группы:

Металлами называют элементы, атомы которых обладают способностью отдавать электроны.

Неметаллы являются элементами, атомы которых более склонны принимать электроны.

В процессе контакта металла и неметалла атом первого лишается электронов, а атом второго — присоединяет электроны.

Атомы разных элементов обладают различной способностью притягивать к себе общие электронные пары.

Электроотрицательность — способность атомов элементов притягивать к себе общие электронные пары в химических соединениях.

Зная, что общие электронные пары образованы валентными электронами, можно заключить следующее: электроотрицательность представляет собой способность атома оттягивать к себе валентные электроны от других атомов. С увеличением электроотрицательности неметаллические свойства элемента становятся более выраженными.

В связи с тем, что абсолютные параметры электроотрицательности являются неудобными для расчетов, принято использовать в работе относительную электроотрицательность, согласно шкале Полинга. За единичное значение электроотрицательности в данном случае принято значение электроотрицательности лития.

Максимальной электроотрицательностью (4) обладает фтор. Наименьшая электроотрицательность отмечена у франция (0,7). В случае остальных химических элементов данный показатель соответствует интервалу от 0,7 до 4.

В распространенных случаях неметаллы обладают электроотрицательностью более 2. Металлы характеризуются значениями до 2. Определенные элементы, в том числе, B, Si, Ge, As, Te, электроотрицательность которых составляет около 2, могут проявлять промежуточные свойства. Если значение электроотрицательности элемента очень высокое или низкое, то такой элемент называют активным. Высокая электроотрицательность от 3 до 4 характерна для активных неметаллов, а низкие значения, близкие к 1, — для активных металлов.

При увеличении порядкового номера элементов электроотрицательность изменяется периодически. В периоде можно наблюдать рост показателя слева направо при повышении числа электронов на внешнем слое. В группе данная характеристика уменьшается по направлению вниз с увеличением количества электронных слоев и атомных радиусов. Максимальная электроотрицательность в каждом периоде характерна для наиболее маленьких атомов, которые имеют семь внешних электронов, то есть атомов галогенов. Минимальный показатель можно наблюдать в периоде у самого крупного атома, обладающего одним внешним электроном, то есть у атома щелочного металла.

Определение степени окисления элементов в соединениях

Степенью окисления называют условный заряд, который приобретает атом в соединении, если рассматривать связь в соединении как ионную, т. е. предположить, что электроны полностью переходят к более электроотрицательному атому.

Степень окисления соответствует количеству электронов, которые были смещены от атома или к атому.

При положительной степени окисления наблюдается смещение электронов от атома. Характерна для атома с меньшей электроотрицательностью.

Отрицательная степень окисления является степенью окисления, при которой электроны смещаются к атому.

В случае простых веществ сдвиг электронов отсутствует. При этом степень окисления атомов принимает нулевое значение.

Степень окисления находят и записывают над знаком химического элемента:

Примеры задач с решением

Требуется определить степень окисления, которой обладает сера в кислотах с формулами:

H 2 S O 3
H 2 S 2 O 5
H 2 S 3 O 10

Водород обладает степенью окисления +1, для кислорода данный показатель равен -2. За обозначение степени окисления серы можно принять х. Таким образом:

Необходимо рассчитать степень окисления хлора в следующих соединениях:

K C l O 3
C a ( C l O 4 ) 2
A l ( C l O 2 ) 3

В первую очередь требуется определить заряд, которым обладают сложные ионы.

Нужно определить, какими степенями окисления обладают элементы в аммиаке N H 3 .

Водород характеризуется степенью окисления +1. Необходимо рассчитать данный параметр для азота. Предположим, что х является искомой степенью окисления. Можно записать простое уравнение:

Ответ: N - 3 H 3 + 1

Определите степени окисления всех атомов всех элементов в молекуле H 2 S O 4 ?

В первую очередь нужно записать известные степени окисления для водорода и кислорода:

Далее требуется составить краткое уравнение, чтобы определить возможную степень окисления серы:

2 * ( + 1 ) + х + 4 * ( - 2 ) = 0

Ответ: H 2 + 1 S + 6 O 4 - 2 .

Необходимо определить степени окисления, которыми обладают все элементы в составе вещества A l ( N O 3 ) 3 .

Руководствуясь стандартным алгоритмом, рассмотрим формульную единицу нитрата алюминия. В ее состав входит один атом Al(+3), 9 атомов кислорода (-2) и 3 атома азота, для которого нужно искать степень окисления. Решим уравнение:

1 * ( + 3 ) + 3 x + 9 * ( - 2 ) = 0

Ответ: A l + 3 ( N + 5 O 3 - 2 ) 3 .

Имеется ион ( A s O 4 ) - 3 . Нужно определить степень окисления всех его атомов.

В этом примере сумма степеней окисления обладает не нулевым значением, а соответствует заряду иона, то есть -3. Уравнение примет вид:

Требуется рассчитать степени окисления, которыми обладают все элементы в ( N H 4 ) 2 S O 4 .

Известны значения степеней окисления для водорода и кислорода. Необходимо рассчитать данные показатели в случае серы и азота. В этом случае целесообразно принять сульфат аммония не в виде единой формульной единицы, а как пару объединенных ионов:

В каждом ионе, заряды которых известны, расположен один атом со степенью окисления, которую требуется определить. Как в предыдущих примерах, можно найти данные величины:

Электроотрицательность элементов по таблице Менделеева

Электроотрицательность — это характеристика атома, показывающая, насколько высока его способность притягивать к себе электроны. Когда химическая связь образована двумя разными элементами, электроны у одного из них всегда расположены более плотно, чем у другого. Тот атом, у которого электронная плотность выше, называется электроотрицательным, тот, у кого ниже — соответственно, электроположительным.

Как определить электроотрицательность

Существует несколько шкал, ориентируясь на которые, можно определить электроотрицательность того или иного элемента. Попробуем их перечислить:

Таблица Менделеева.
Шкала Малликена.
Шкала Полинга.
Шкала Олреда-Рохова.

Чтобы определить параметр «электроотрицательность» по таблице Менделеева, нужно всего лишь знать, что наиболее электроотрицательные свойства имеют те элементы, которые располагаются вверху таблицы и в правой ее части. То есть, чем выше и правее элемент находится в таблице Менделеева, тем выше у него электроотрицательность и наоборот, чем ниже и левее — тем выше у него электроположительность.

Шкала Полинга — наиболее часто используемая таблица электроотрицательности. Названа она в честь американского химика Лайнуса Полинга, который впервые ввел понятие электроотрицательности. Согласно шкале Поллинга, электроотрицательность всех имеющихся в природе элементов лежит в интервале от 0,7 (таковой она является у щелочного металла франция) до 4,0 (у газа-галогена фтора). В таблице приводятся относительные и неточные величины.

Шкала Малликена рассматривает электроотрицательность как величину энергии связи между валентными электронами. Приводятся максимально точные расчеты.

Расположение элементов в каждой из таблиц является идентичным, несмотря на то, что методы определения отличаются друг от друга, и величины тоже.

Самые высокие значения электроотрицательности

Фтор, один из галогенов — это элемент, обладающий наивысшей электроотрицательностью, а точнее — 3,98. Его химическая активность невероятно высока, настолько, что химики называют его не иначе как «все разгрызающий».

Следом за фтором идет кислород. Электроотрицательность кислорода немного пониже — 3,44, но тоже достаточно высока.

Следом за ними (спускаясь все ниже по правой части таблицы Менделеева) идут:

хлор (3,16);
азот (3,04);
бром (2,96);
йод (2,66);
ксенон (2,60);
и так далее.

Большая часть неметаллов имеет электроотрицательность, колеблющуюся между значениями 2 и 3. У отличающихся наиболее высокой активностью металлов, от франция до бериллия, она колеблется от значения 0,7 до 1,57.

Как определить валентные электроны

Валентностью называют способность атома вступать во взаимодействие с другими атомами, образуя с ними определенные химические связи. Валентными электронами именуются электроны, непосредственно участвующие в образовании химической связи. Основными создателями, внесшими в теорию валентности наибольший вклад, являются русский ученый Бутлеров и немецкий ученый Кекуле. Электроны, которые принимают участие в образовании химической связи, называют валентными.

Атом, как мы все знаем из школьного курса, устроен таким образом, что довольно-таки напоминает по своему устройству Солнечную систему. В центре атома находится огромное ядро, чья масса чуть менее, чем полностью равняется массе всего атома, а вокруг него по орбиталям вращаются мелкие электроны, неодинаковые по своим внутренним характеристикам. Ядро атома окажется не таким уж и большим, если сравнить его размеры с длиной расстояния до орбиталей, по которым вращаются атомы. Чем дальше от ядра и чем ближе к внешней электронной оболочке находится электрон конкретно взятого атома, тем быстрее он вступает во взаимодействие с электронами других атомов.

Итак, перед нами таблица Менделеева. Найти на ней нужно третий период. Последовательно перебираем элементы главных подгрупп в нем. Существует правило, согласно которому валентность элемента определяется по номеру его группы и равняется количеству электронов на внешней оболочке его атома.

У щелочного металла натрия на внешней оболочке всего только один электрон, принимающий участие в химической связи между элементами. Исходя из этого, мы определяем, что он одновалентен.
У щелочноземельного металла на внешней оболочке уже два электрона. Это означает, что его валентность равна двум.
У амфотерного металла алюминия ровно три электрона на внешней оболочке. Его валентность так же, как и у предыдущих элементов, соответствует этому числу.
У кремния четыре электрона, он четырехвалентен.
Фосфор может образовывать различные связи и иметь разные валентности, но высшая валентность фосфора равна пяти.
Сера точно так же, как и фосфор, может иметь разные валентности, но высшая равняется шести.
Возьмем хлор. Когда, к примеру, он состоит в молекуле соляной кислоты (HCl), он находится в одновалентном состоянии. А вот в молекуле хлорной кислоты (HClO4) он сразу же становится семивалентным.

Помимо главных, есть еще и побочные подгруппы. Когда дело касается их, учитываются еще и d-электроны на предыдущем подуровне. В таблице Менделеева все эти значения легко можно отыскать. Попробуем определить высшую валентность хрома. На внешнем уровне у хрома находится 1 электрон, на d-подуровне — 5. Следовательно, его высшая валентность равна 6. У марганца на внешнем уровне 2 электрона, на d-подуровне — 5. Значит, его высшая валентность — 7.

Все вышеописанное, за некоторыми исключениями, действительно для элементов всех других побочных подгрупп (помимо тех, в которые включены марганец и хром). Вот исключения:

кобальт;
платина;
палладий;
родий;
иридий.

Видео

Это видео поможет вам лучше усвоить такое понятие, как электроотрицательность.

Электроотрицательность химических элементов

При взаимодействии элементов образуются электронные пары за счёт принятия или отдачи электронов. Способность атома оттягивать электроны была названа Лайнусом Полингом электроотрицательностью химических элементов. Полинг составил шкалу электроотрицательности элементов от 0,7 до 4.

Что такое электроотрицательность?

Электроотрицательность (ЭО) – количественная характеристика элемента, показывающая, с какой силой притягиваются электроны ядром атома. ЭО также характеризует способность удерживать валентные электроны на внешнем энергетическом уровне.

Рис. 1. Строение атома.

Возможность отдавать или принимать электроны определяет принадлежность элементов к металлам или неметаллам. Ярко выраженными металлическими свойствами обладают элементы, легко отдающие электроны. Элементы, принимающие электроны проявляют неметаллические свойства.

Электроотрицательность проявляется в химических соединениях и показывает смещение электронов в сторону одного из элементов.

Электроотрицательность увеличивается слева направо и уменьшается сверху вниз в периодической таблице Менделеева.

Как определить

Определить значение можно с помощью таблицы электроотрицательности химических элементов или шкалы Полинга. За единицу принята электроотрицательность лития.

Наибольшей ЭО обладают окислители и галогены. Значение их электроотрицательности больше двух. Рекордсменом является фтор с электроотрицательностью 4.

Рис. 2. Таблица электроотрицательности.

Наименьшую ЭО (меньше двух) имеют металлы первой группы периодической таблицы. Активными металлами считаются натрий, литий, калий, т.к. им легче расстаться с единственным валентным электроном, чем принять недостающие электроны.

Некоторые элементы занимают промежуточное положение. Их электроотрицательность близка к двум. Такие элементы (Si, B, As, Ge, Te) проявляют металлические и неметаллические свойства.

Для удобства сравнения ЭО используется ряд электроотрицательности элементов. Слева располагаются металлы, справа – неметаллы. Чем ближе к краям, тем активнее элемент. Самый сильным восстановителем, легко отдающим электроны и имеющим наименьшую электроотрицательность, является цезий. Активным окислителем, способным притягивать электроны, является фтор.

Рис. 3. Ряд электроотрицательности.

В неметаллических соединениях притягивают электроны элементы с большей ЭО. Кислород с электроотрицательностью 3,5 притягивает атомы углерода и серы с электроотрицательностью 2,5.

Что мы узнали?

Электроотрицательность показывает степень удержания ядром атома валентных электронов. В зависимости от значения ЭО элементы способны отдавать или принимать электроны. Элементы с большей электроотрицательностью оттягивают электроны и проявляют неметаллические свойства. Элементы, атомы которых легко отдают электроны, обладают металлическими свойствами. Некоторые элементы имеют условно нейтральную ЭО (около двух) и могут проявлять металлические и неметаллические свойства. Степень ЭО увеличивается слева направо и снизу вверх в таблице Менделеева.

Усиление металлических и неметаллических свойств в таблице

Периодическая таблица Дмитрия Ивановича Менделеева очень удобна и универсальна в своём использовании. По ней можно определить некоторые характеристики элементов, и что самое удивительное, предсказать некоторые свойства ещё неоткрытых, не обнаруженных учёными, химических элементов (например, мы знаем некоторые свойства предполагаемого унбигексия, хотя его ещё не открыли и не синтезировали).

Что такое металлические и неметаллические свойства

Эти свойства зависят от способности элемента отдавать или притягивать к себе электроны. Важно запомнить одно правило, металлы – отдают электроны, а неметаллы – принимают. Соответственно металлические свойства – это способность определённого химического элемента отдавать свои электроны (с внешнего электронного облака) другому химическому элементу. Для неметаллов всё в точности наоборот. Чем легче неметалл принимает электроны, тем выше его неметаллические свойства.

Металлы никогда не примут электроны другого химического элемента. Такое характерно для следующих элементов;

натрия;
калия;
лития;
франция и так далее.

С неметаллами дела обстоят похожим образом. Фтор больше всех остальных неметаллов проявляет свои свойства, он может только притянуть к себе частицы другого элемента, но ни при каких условиях не отдаст свои. Он обладает наибольшими неметаллическими свойствами. Кислород (по своим характеристикам) идёт сразу же после фтора. Кислород может образовывать соединение с фтором, отдавая свои электроны, но у других элементов он забирает отрицательные частицы.

Список неметаллов с наиболее выраженными характеристиками:

Неметаллические и металлические свойства объясняются тем, что все химические вещества стремятся завершить свой энергетический уровень. Для этого на последнем электронном уровне должно быть 8 электронов. У атома фтора на последней электронной оболочке 7 электронов, стремясь завершить ее, он притягивает ещё один электрон. У атома натрия на внешней оболочке один электрон, чтобы получить 8, ему проще отдать 1, и на последнем уровне окажется 8 отрицательно заряженных частиц.

Благородные газы не взаимодействуют с другими веществами именно из-за того, что у них завершён энергетический уровень, им не нужно ни притягивать, ни отдавать электроны.

Как изменяются металлические свойства в периодической системе

Периодическая таблица Менделеева состоит из групп и периодов. Периоды располагаются по горизонтали таким образом, что первый период включает в себя: литий, бериллий, бор, углерод, азот, кислород и так далее. Химические элементы располагаются строго по увеличению порядкового номера.

Группы располагаются по вертикали таким образом, что первая группа включает в себя: литий, натрий, калий, медь, рубидий, серебро и так далее. Номер группы указывает на количество отрицательных частиц на внешнем уровне определённого химического элемента. В то время, как номер периода указывает на количество электронных облаков.

Металлические свойства усиливаются в ряду справа налево или, по-другому, ослабевают в периоде. То есть магний обладает большими металлическими свойствами, чем алюминий, но меньшими, нежели натрий. Это происходит потому, что в периоде количество электронов на внешней оболочке увеличивается, следовательно, химическому элементу сложнее отдавать свои электроны.

В группе все наоборот, металлические свойства усиливаются в ряду сверху вниз. Например, калий проявляется сильнее, чем медь, но слабее, нежели натрий. Объяснение этому очень простое, в группе увеличивается количество электронных оболочек, а чем дальше электрон находится от ядра, тем проще элементу его отдать. Сила притяжения между ядром атома и электроном в первой оболочке больше, чем между ядром и электроном в 4 оболочке.

Сравним два элемента – кальций и барий. Барий в периодической системе стоит ниже, чем кальций. А это значит, что электроны с внешней оболочки кальция расположены ближе к ядру, следовательно, они лучше притягиваются, чем у бария.

Сложнее сравнивать элементы, которые находятся в разных группах и периодах. Возьмём, к примеру, кальций и рубидий. Рубидий будет лучше отдавать отрицательные частицы, чем кальций. Так как он стоит ниже и левее. Но пользуясь только таблицей Менделеева нельзя однозначно ответить на этот вопрос сравнивая магний и скандий (так как один элемент ниже и правее, а другой выше и левее). Для сравнения этих элементов понадобятся специальные таблицы (например, электрохимический ряд напряжений металлов).

Как изменяются неметаллические свойства в периодической системе

Неметаллические свойства в периодической системе Менделеева изменяются с точностью до наоборот, нежели металлические. По сути, эти два признака являются антагонистами.

Неметаллические свойства усиливаются в периоде (в ряду справа налево). Например, сера способна меньше притягивать к себе электроны, чем хлор, но больше, нежели фосфор. Объяснение этому явлению такое же. Количество отрицательно заряженных частиц на внешнем слое увеличивается, и поэтому элементу легче закончить свой энергетический уровень.

Неметаллические свойства уменьшаются в ряду сверху вниз (в группе). Например, фосфор способен отдавать отрицательно заряженные частицы больше, чем азот, но при этом способен лучше притягивать, нежели мышьяк. Частицы фосфора притягиваются к ядру лучше, чем частицы мышьяка, что даёт ему преимущество окислителя в реакциях на понижение и повышение степени окисления (окислительно-восстановительные реакции).

Сравним, к примеру, серу и мышьяк. Сера находится выше и правее, а это значит, что ей легче завершить свой энергетический уровень. Как и металлы, неметаллы сложно сравнивать, если они находятся в разных группах и периодах. Например, хлор и кислород. Один из этих элементов выше и левее, а другой ниже и правее. Для ответа придётся обратиться к таблице электроотрицательности неметаллов, из которой мы видим, что кислород легче притягивает к себе отрицательные частицы, нежели хлор.

Периодическая таблица Менделеева помогает узнать не только количество протонов в атоме, атомную массу и порядковый номер, но и помогает определить свойства элементов.

Видео поможет вам разобраться в закономерности свойств химических элементов и их соединений по периодам и группам.

Поставь лайк, это важно для наших авторов, подпишись на наш канал в Яндекс.Дзен и вступай в группу Вконтакте

Таблица электроотрицательности химических элементов

Выяснить активность простых веществ можно с помощью таблицы электроотрицательности химических элементов. Обозначается как χ. Подробнее о понятии активности читайте в нашей статье.

Что такое электроотрицательность

Свойство атома химического элемента притягивать к себе электроны других атомов называется электроотрицательностью. Впервые понятие ввёл Лайнус Полинг в первой половине ХХ века.

Все активные простые вещества можно разделить на две группы в соответствии с физическими и химическими свойствами:

Все металлы являются восстановителями. В реакциях они отдают электроны и обладают положительной степенью окисления. Неметаллы могут проявлять свойства восстановителей и окислителей в зависимости от значения электроотрицательности. Чем выше электроотрицательность, тем сильнее свойства окислителя.

Рис. 1. Действия окислителя и восстановителя в реакциях.

Полинг составил шкалу электроотрицательности. В соответствии со шкалой Полинга наибольшей электроотрицательностью обладает фтор (4), наименьшей – франций (0,7). Это значит, что фтор является самым сильным окислителем и способен притягивать электроны большинства элементов. Напротив, франций, как и другие металлы, является восстановителем. Он стремится отдать, а не принять электроны.

Электроотрицательность является одним из главных факторов, определяющих тип и свойства образованной между атомами химической связи.

Свойства элементов притягивать или отдавать электроны можно определить по ряду электроотрицательности химических элементов. В соответствии со шкалой элементы со значением более двух являются окислителями и проявляют свойства типичного неметалла.

Номер элемента

Элемент

Символ

Электроотрицательность

Вещества с электроотрицательностью два и меньше являются восстановителями и проявляют металлические свойства. Переходные металлы, обладающие переменной степенью окисления и относящиеся к побочным подгруппам таблицы Менделеева, имеют значения электроотрицательности в пределах 1,5-2. Ярко выраженными свойствами восстановителя обладают элементы с электроотрицательностью равной или меньше одного. Это типичные металлы.

В ряде электроотрицательности металлические и восстановительные свойства увеличиваются справа налево, а окислительные и неметаллические свойства – слева направо.

Рис. 2. Ряд электроотрицательности.

Помимо шкалы Полинга узнать, насколько выражены окислительные или восстановительные свойства элемента можно с помощью периодической таблицы Менделеева. Электроотрицательность увеличивается в периодах слева направо с увеличением порядкового номера. В группах значение электроотрицательности уменьшается сверху вниз.

Рис. 3. Таблица Менделеева.

Электроотрицательность показывает способность элементов отдавать или принимать электроны. Эта характеристика помогает понять, насколько выражены свойства окислителя (неметалла) или восстановителя (металла) у конкретного элемента. Для удобства Полингом была разработана шкала электроотрицательности. Согласно шкале максимальными окислительными свойствами обладает фтор, минимальными – франций. В периодической таблице свойства металлов увеличиваются справа налево и сверху вниз.

Читайте также: