Решение. Заданные координаты означают, что элемент находится в VА-группе и 4 периоде системы

Заданные координаты означают, что элемент находится в VА -группе и 4 периоде системы. По этим координатам находим заряд его ядра Z = 33, равный порядковому номеру элемента As. Элемент находится в главной подгруппе, это указывает на неметаллический характер многих из его соединений и, в частности, кислотный характер его оксида и гидроксида. В соответствии с последовательностью (5.1) тридцать три электрона атома мышьяка размещаются следующим образом:

₃₃As 1 s ²2 s ²2 p ⁶3 s ²3 p ⁶4 s ²3 d ¹⁰4 p ³.

Поскольку 3 d -подуровень является внутренним и заполнен полностью, то справедлива и другая форма записи:

₃₃As 1 s ²2 s ²2 p ⁶3 s ²3 p ⁶3 d ¹⁰ 4 s ²4 p ³.

Здесь подчеркнута валентная конфигурация атома. В образовании химических связей участвуют электроны внешних и незастроенных предвнешних оболочек. Поэтому часто записывают сокращенные электронные формулы – конфигурации атомов:

₃₃As [Ar] 3 d ¹⁰4 s ²4 p ³ или ₃₃As … 4 s ²4 p ³.

В первой записи подчеркивается, что внутренние оболочки построены так же, как у предшествующего инертного газа [Ar]. В последней сокращенной формуле (конфигурации) выделены только валентные электроны. Для них обычно и строится электронная структура:

Обратите внимание, что распределение электронов на 4 p -подуровне произведено в соответствии с правилом Гунда. Высшие и низшие степени окисления атомов обычно возможны при таком распределении электронов, когда атом приобретает устойчивую электронную оболочку. Высшая положительная степень окисления As проявляется тогда, когда от атома оттягиваются все внешние электроны:

As⁰ – 5ē = As⁺⁵.

Этому процессу соответствует перестройка внешней оболочки атома:

4 s ²4 p ³ – 5ē = 4 s ⁰4 p ⁰.

Электронная структура возникшего при этом иона имеет вид:

Образуемые этим элементом оксид As⁺⁵₂O^–2₃ и гидроксид H⁺₃As⁺⁵O^–2₄ имеют кислотный характер.

Аналогично, для отрицательной степени окисления превращение оболочки в устойчивую может быть записано так:

4 s ²4 p ³ + 3ē = 4 s ²4 p ⁶.

Отрицательная степень окисления проявляется при взаимодействии с электроположительными атомами, например, в As^–3H⁺¹₃.

Анализ большого фактического материала о свойствах элементов позволяет сгруппировать элементы по типу застраиваемой оболочки в s-, p-, d-, f- элементы, которые образуют соответствующие электронные семейства. Для каждого электронного семейства характерен определенный набор свойств.

Таблица периодической системы может рассматриваться как своеобразная матрица физико-химических свойств атомов. При изучении этого вопроса обратите внимание на то, что по положению элемента в периодической системе можно прогнозировать физические и химические свойства атомов и их соединений (преобладание металлических или неметаллических свойств, валентность, кислотно-оснó вный характер оксидов и гидроксидов, окислительно-восстановительные свойства соединений и т. д.).

Важными количественными характеристиками свойств атомов являются радиусы их атомов R, потенциалы ионизации I, сродство к электрону E и электроотрицательность ЭО. Они тесно связаны со значением главного квантового числа. Указанные характеристики необходимо внимательно изучить по учебникам [1, 2]. Обратите внимание на характер изменения этих величин в периодической системе в пределах групп и периодов. В частности, при изучении закономерностей изменения атомных радиусов необходимо обратить внимание на различие ковалентных и орбитальных радиусов.

Ковалентный радиус – это размер области, приходящейся на один атом в кристаллической решетке с ковалентной связью. Его величина зависит от конкретного вещества. Орбитальный радиус – это радиус главного максимума радиальной электронной плотности. Его значение лишь отчасти определяет размеры области нахождения электрона. Размеры атомов характеризуют способность электронов к перераспределению, то есть окислительно-восстановительные свойства. Количественной мерой этих свойств являются энергия ионизации и сродство к электрону.

При изучении вопроса об электроотрицательности атомов обратите внимание на физический смысл этого понятия, существование нескольких шкал электроотрицательностей. В частности, по одной из них электроотрицательность вычисляется так:

.

(5.2)

Закономерности изменения количественных характеристик свойств атомов тесно связаны со строением их электронных оболочек. В частности, сопоставляя табличные данные, нетрудно обнаружить, что относительные экстремумы свойств приходятся на устойчивые электронные конфигурации.

Пример 5. Рассмотрите закономерность изменения сродства к электрону для элементов с Z = 49 – 54 и на основании электронных конфигураций объясните особенности поведения данных элементов.