Энергетические характеристики атомов

Химические свойства атомов определяются в основном свойствами электронов, находящихся на внешнем энергетическом уровне. Именно эти электроны участвуют в химических реакциях. Важнейшие энергетические характеристики атомов следующие:

• • удержание принадлежащих атому электронов — энергия ионизации;
• • присоединение новых электронов — сродство к электрону;
• • способность к поляризации химической связи — электроотрицательность.

Поляризация в химии — это пространственное разделение электрических зарядов разного знака в рамках единой структурной единицы: атома, молекулы, иона.

Энергия ионизации Е, — минимальная энергия, которую необходимо затратить для того, чтобы оторвать от свободного атома, находящегося в основном состоянии, один электрон с образованием положительного иона (катиона). Чем меньше эта энергия, тем легче атом окисляется, соответственно, тем лучшим восстановителем он является.

Сродство к электрону Е_А — минимальная энергия, которая выделяется или затрачивается при присоединении электрона к свободному атому, находящемуся в основном состоянии, с образованием отрицательного иона (аниона). В отличие от отрыва электрона, всегда требующего затраты (поглощения) энергии, присоединение электрона может сопровождаться как выделением (положительное сродство), так и поглощением (отрицательное сродство) энергии. При положительном сродстве к электрону атом может быть окислителем.

Электроотрицательность х (греч. буква «хи») — способность данного атома смещать в направлении своего ядра электронные орбитали, участвующие в образовании ковалентной химической связи. Данный атом при этом приобретает в молекуле частичный отрицательный заряд. Электроотрицателыюсть атома химического элемента не является постоянной и меняется в разных соединениях этого элемента. Однако относительные величины электроотрицательностей атомов элементов в любой шкале сохраняются (электроотрицательность фтора всегда больше, чем натрия).

Существует несколько шкал электроотрицателыюстей. В качестве примера укажем шкалу электроотрицательности по Малликену:

В ней электроотрицательность принимается как полусумма энергии ионизации и сродства к электрону. Смысл этой шкалы состоит в том, что чем сильнее атом удерживает электрон на внешнем энергетическом уровне (чем больше Е,) и чем больше энергии выделяется при присоединении электрона к атому (чем больше Е_Л), тем более он способен смещать в сторону своего ядра электроны химической связи.

Помимо данной шкалы, разработанной Робертом Малликеном (1896— 1986), существует более 20 различных шкал электроотрицательности, среди которых шкала Л. Полинга (основана на энергии связи при образовании сложного вещества из простых), шкала Олреда — Рохова (основана на электростатической силе, действующей на внешний электрон) и др. Единицами измерения энергии ионизации и сродства к электрону являются кДж/моль или эВ/атом. Электроотрицателыюсть — как правило, безразмерная величина. Измеряют этот параметр в относительных единицах. Обычно электроогрицатсльность одного из элементов принимается за условную единицу. В шкале Л. Полинга электроотрицательность атома лития принимается за сравнительную величину в относительных единицах — Х (1л) = 1; у кислорода она примерно в 3,5 раза больше, поэтому х (О) ⁼ 3,5.