Сродство к электрону – энергия, выделяемая или поглощаемая (отрицательное сродство) при присоединении электрона к нейтральному несвязанному атому, находящемуся в газовой фазе, с образованием отрицательно заряженного иона. Наибольшим сродством к электрону обладают галогены.
Например:
F (г.) + e = F– (г.) + 345,7 кДж/моль.
1.8. Размеры атома
Определение размера атома, а следовательно, и атомного радиуса (атом считается сферически симметричным) связано с некоторыми проблемами. Во-первых, электронное облако атома не заключено внутри сферы со строго определенной поверхностью и радиусом. Вероятность обнаружения электрона (электронная плотность) по мере удаления от ядра постепенно возрастает до некоторого максимума, а затем постепенно уменьшается, но становится равной нулю только на бесконечно большом расстоянии. Во-вторых, радиус индивидуального атома, находящегося в газовой фазе, по-видимому, нельзя измерить экспериментально, его можно только рассчитать, используя квантово-химические методы решения уравнения Шредингера.
Эксперимент позволяет определять только межъядерные расстояния (длины связей). Для этого используется рентгеноструктурный анализ или метод электронографии, основанный на дифракции электронов. Радиус атома полагают равным половине межъядерного расстояния.
На основе анализа литературных источников можно выделить пять различных подходов к определению размера атома.
1. За радиус атома (ri) принимается такое расстояние от ядра, при котором учитывается 90% его электронной плотности .
2. Квантово-химические методы позволяют рассчитать расстояние от ядра, соответствующее максимуму электронной плотности на последней заполненной электронами орбитали, – это орбитальный радиус (ro) (рис. 1.14).
Рис. 1.14.
Зависимость электронной плотности в атоме
от расстояния от ядра
3. Металлический радиус равен половине межъядерного расстояния между соседними атомами в кристаллической решетке металла.
4. Ковалентный (атомный) радиус определяется как половина межъядерного расстояния между двумя одинаковыми атомами, связанными ковалентной связью.
5. Возможны измерения и расчеты радиусов соседних ионов в соли.
Металлические и ковалентные радиусы определяются, как правило, экспериментально и называются еще эффективными.
1.9. Упражнения
1. Какие модели электронного строения атома предлагались, кто их авторы, на каких экспериментальных данных они основаны?
2. Что такое атомные спектры и как они получаются?
3. Чему соответствует каждая линия атомного спектра?
B Что такое основное и возбужденное состояние атома?
5. На каких экспериментальных данных основана теория Бора? Какие постулаты были им выдвинуты?
6. Как связаны между собой электромагнитное излучение и переходы электронов с одной орбитали на другую?
7. Чем отличается атомный спектр испускания от атомного спектра поглощения, каково соответствие между двумя этими видами спектров?
8. Какие серии линий имеются в спектре атома водорода и какими переходами они обусловлены?
9. В чем состояли недостатки модели атома, предложенной Бором?
10. Какими основополагающими уравнениями воспользовался Луи де Бройль? Сформулируйте его гипотезу.
11. Что означает выражение «нахождение электрона на 2s-орбитали» в современной квантовой теории? Как он взаимодействует с электронами, находящимися на 1s-орбитали?
12. Запишите электронные конфигурации He, Ne и Li в основном и первом возбужденном состояниях.
13. В чем состоит принцип неопределенности Гейзенберга? Какие два важных следствия из него вытекают?
14. Что такое диамагнитные и парамагнитные атомы? Поясните на конкретных примерах.
15. Что такое энергия ионизации и сродство к электрону? Какие атомы обладают наименьшей и наибольшей энергией ионизации, наибольшим сродством к электрону?
16. Поясните, в чем состоит отличие терминов «орбиталь» и «орбита».
17. Как измеряют или рассчитывают размеры атома? Какие виды радиусов атомов вы знаете и чем они отличаются?
