Валентные (обобществленные) электроны и величина химических компонент связи элементов в гомо- и гетероядерных соединениях

Современное понимание того, что химическая связь - это те же самые обобществленные (валентные в преимущественно ковалентных соединениях) электроны (а не все электроны атомного остова), позволяет подкрепить данную единую модель связи и фундаментальным закономерным изменением массы обобществленных электронов. А законы периодичности и на этом уровне должны себя проявить. Влияние количества, массы или заряда валентных (обобществленных) электронов на соотношение химических компонент гомо- (Ск и См) и гетероядерного (Ск, См и Си) взаимодействия элементов соединений позволяет оценить специфику локализации - делокализации ОЭ и электронной плотности в целом и ее влияние на структуру и свойства гомо- и гетероядерных химических соединений [41].

В результате было показано, что во 2-6 периодах ПС в гомоядерных соединениях элементов при переходе слева направо при увеличении доли валентных электронов растет Ск или локализация обобществленных электронов между элементами (рис. 4.11). Это является следствием того, что при одинаковом числе электронных слоев в периоде с ростом атомного номера возрастают заряд ядра, число электронов (как раз за счет валентных электронов) и, следовательно, притяжение между ними (что ведет к уменьшению радиуса атомного остова и росту его электроотрицательности).

Зависимость степени ковалентности связи в гомоядерных соединениях от доли валентных электронов в периодах Периодической системы

Рис. 4.11. Зависимость степени ковалентности связи в гомоядерных соединениях от доли валентных электронов в периодах Периодической системы

В группах (для элементов, составляющих главные подгруппы) при увеличении доли валентных электронов (снизу вверх) Ск также в целом растет, хотя тенденция является менее выраженной, чем в периодах (рис. 4.12).

Зависимость степени ковалетности связи в гомоядерных соединениях, образованных элементами основных подгрупп Периодической системы, от доли

Рис. 4.12. Зависимость степени ковалетности связи в гомоядерных соединениях, образованных элементами основных подгрупп Периодической системы, от доли

валентных электронов

Это является следствием уменьшения радиуса элемента, уменьшением экранирования валентных электронов и, как следствие, меньшим ростом электроотрицательности и энергии ионизации (по сравнению с периодами), определяющими степень локализации - делокализации обобществленных электронов в межъядерном пространстве через соотношение Ск и См.

Зависимость степеней ковалентности, металличности и ионности связи в гетероядерных соединениях, образованных оксидами элементов 3 периода, от доли валентных электронов

Рис. 4.13. Зависимость степеней ковалентности, металличности и ионности связи в гетероядерных соединениях, образованных оксидами элементов 3 периода, от доли валентных электронов

Зависимость степеней ковалентности, металличности и ионности связи в гетероядерных соединениях, образованных оксидами элементов подгруппы углерода, от доли валентных электронов

Рис. 4.14. Зависимость степеней ковалентности, металличности и ионности связи в гетероядерных соединениях, образованных оксидами элементов подгруппы углерода, от доли валентных электронов

При рассмотрении гетеоросоединений, на примере оксидов, образованных кислородом с элементами 3 периода (рис. 4.13 и табл. 4.10) и элементами подгруппы углерода (рис. 4.14 и табл. 4.7), можно видеть тенденцию, аналогичную для гомоядерных соединений: с ростом доли валентных электронов Ск гетероядерной связи возрастает, а См и Си падает.

Общий характер изменения количества (пс) и доли (nc/Z) валентных электронов, их массы (приходящейся на один элемент (Э)) (шс), заряда (приходящегося на один Э) (qc) и Ск в гомоядерных соединениях на основе элементов 2-6 периодов ПС свидетельствует (табл. 4.9) о симбатном характере влияния этих перечисленных характеристик валентных электронов на Ск и периодическом характере их изменения в ПС.

Причем, начиная с четвертого периода (табл. 4.9) наблюдается вторичная периодичность (при достижении 12 валентных электронов) в изменении этих характеристик при переходе от соединений ^-элементов к ^-элементам, связанная прежде всего с резким уменьшением валентных электронов при этом переходе. Причем, если количество валентных электронов, их масса и заряд гомоядерных соединений внутри разных периодов ПС изменяются в абсолютно одинаковом интервале значений, то значения доли валентных электронов и интервал их изменения в каждом периоде отличен. Отсюда очевиден вывод о возможности большей корреляции Ск с этой характеристикой, т.е. с ростом доли валентных электронов растет и Ск или локализация химической связи.

Таблица 4.9

Характеристики обобществленных (валентных) электронов и значение Ск гомоядерных связей элементов ПС

Z

Э

Пе

ne/Z

me,

Ю-30 кг

qe,

10-18 Кл

Ск,%

1

2

3

4

5

6

7

3

Li

1

0,33

0,91

-0,16

23,42

4

Be

2

0,50

1,82

-0,32

39,69

5

В

3

0,60

2,73

-0,48

51,03

6

С

4

0,67

3,64

-0,64

68,35

7

N

5

0,71

4,55

-0,8

78,8

8

О

6

0,75

5,46

-0,96

89,4

9

F

7

0,78

6,37

-1,12

100

11

Na

1

0,09

0,91

-0,16

22,51

12

Mg

2

0,17

1,82

-0,32

33,26

13

А1

3

0,23

2,73

-0,48

44,52

14

Si

4

0,29

3,64

-0,64

50,27

15

Р

5

0,33

4,55

-0,8

56,62

16

S

6

0,38

5,46

-0,96

65,75

17

Cl

7

0,42

6,37

-1,12

73,79

19

к

1

0,06

0,91

-0,16

20,67

z

Э

ne

ne/Z

Ше,

10-30 кг

qe,

10-18 Кл

Ск,%

20

Са

2

0,10

1,82

-0,32

26,51

21

Sc

3

0,14

2,73

-0,48

32,25

22

Ti

4

0,18

3,64

-0,64

35,62

23

V

5

0,22

4,55

-0,8

41,16

24

Cr

6

0,25

5,46

-0,96

43,51

25

Mn

7

0,28

6,37

-1,12

43,84

26

Fe

8

0,31

7,28

-1,28

44,02

27

Co

9

0,33

8,19

-1,44

46,67

28

Ni

10

0,36

9,1

-1,6

46,8

29

Cu

11

0,38

10,01

-1,76

49,33

30

Zn

12

0,40

10,92

-1,92

46,54

31

Ga

3

0,10

2,73

-0,48

44,24

32

Ge

4

0,13

3,64

-0,64

49,46

33

As

5

0,15

4,55

-0,8

54,29

34

Se

6

0,18

5,46

-0,96

65,29

35

Br

7

0,20

6,37

-1,12

71,06

37

Rb

1

0,03

0,91

-0,16

19,5

38

Sr

2

0,05

1,82

-0,32

24,31

39

Y

3

0,08

2,73

-0,48

30,36

40

Zr

4

0,10

3,64

-0,64

33,16

41

Nb

5

0,12

4,55

-0,8

36,43

42

Mo

6

0,14

5,46

-0,96

38,71

43

Tc

7

0,16

6,37

-1,12

41,54

44

Ru

8

0,18

7,28

-1,28

41,51

45

Rh

9

0,20

8,19

-1,44

44,22

46

Pd

10

0,22

9,1

-1,6

38,65

47

Ag

11

0,23

10,01

-1,76

39,11

48

Cd

12

0,25

10,92

-1,92

42,12

49

In

3

0,06

2,73

-0,48

43,64

50

Sn

4

0,08

3,64

-0,64

47,67

51

Sb

5

0,10

4,55

-0,8

50,07

52

Те

6

0,12

5,46

-0,96

54,92

53

I

7

0,13

6,37

-1,12

59,24

55

Cs

1

0,02

0,91

-0,16

18,59

56

Ba

2

0,04

1,82

-0,32

23,98

57

La

3

0,05

2,73

-0,48

30,15

72

Hf

4

0,06

3,64

-0,64

32,71

73

Та

5

0,07

4,55

-0,8

35,64

74

W

6

0,08

5,46

-0,96

38,48

Z

э

Пе

ne/Z

Ше,

10-30 кг

qe,

10-18 Кл

Ск,%

75

Re

7

0,09

6,37

-1,12

41,18

76

Os

8

0,11

7,28

-1,28

41,21

77

Ir

9

0,12

8,19

-1,44

43,69

78

Pt

10

0,13

9,1

-1,6

38,6

79

Au

11

0,14

10,01

-1,76

38,43

80

Hg

12

0,15

10,92

-1,92

41,13

81

T1

3

0,04

2,73

-0,48

42,52

82

Pb

4

0,05

3,64

-0,64

44,98

83

Bi

5

0,06

4,55

-0,8

47,71

84

Po

6

0,07

5,46

-0,96

49,38

Примечание'. Z - общее число электронов элемента.

Интересно (табл. 4.10), что для гетероядерных соединений, на примере соединений элементов 3 периода ПС со связями Э-0 (оксиды), влияние увеличения количества валентных электронов на все производные характеристики аналогично, приводя в итоге к росту Ск связи и уменьшению См и Си. Характер же изменения количества валентных электронов на эти характеристики гетеросвязи внутри группы углерода (табл. 4.10) подтверждает (ввиду постоянных значений количества валентных электронов, их массы и заряда) сделанный выше вывод об определяющем влиянии доли валентных электронов на Ск, См и Си связей. То есть с ростом этой характеристики растет Ск и падают См и особенно Си (табл. 4.10).

Рассмотренные зависимости компонент химической связи от количества или массы (заряда) валентных электронов свидетельствует о корректности использования в качестве количественных характеристик химического взаимодействия степеней ковалентности (Ск), металличности (См) и ионно- сти (Си). Последние, помимо хорошей корреляции с классическими физическими характеристиками (масса, энергия и т.д.) вещества, более полно раскрывают химический смысл данных зависимостей через характер локализации - делокализации ОЭ в межъядерном пространстве химически связанных элементов.

Причем становится очевидным [40], что структура (молекулярная, ее разновидности и немолекулярная) индивидуальных химических соединений (химических веществ) определяется количеством или массой валентных, или обобществленных, электронов (а, если хотите, и зарядом), также как и их свойства, так как с ростом Ск (и соответственно доли ОЭ) в гомоядерных соединениях имеет место и закономерное периодическое изменение их свойств.

Таблица 4.10

Характеристики валентных (обобществленных) электронов и значения компонент гетероядерных связей Э-О элементов группы углерода

и 3 периода ПС

Z

Э

Sne

Ine/Z

Ше,

10'30 кг

о

00 "ф1

я"

и

Ск,%

См,%

Си,%

Оксиды элементов подгруппы углерода

14

С-0

10

0,71

4,55

-0,8

70,6

18,9

10,5

22

Si-0

10

0,45

4,55

-0,8

51,7

22,4

25,9

40

Ge-0

10

0,25

4,55

-0,8

51

22,5

26,5

58

Sn-0

10

0,17

4,55

-0,8

49,4

22,7

27,9

90

PbO

10

0,11

4,55

-0,8

47,1

23

29,9

Оксиды элементов 3 периода

19

Na-0

7

0,37

3,19

-0,56

32,6

25,7

41,7

20

Mg-0

8

0,40

3,64

-0,64

38,6

24,4

37

21

A1-0

9

0,43

4,10

-0,72

46,7

23,1

30,2

22

Si-0

10

0,45

4,55

-0,80

51,7

22,4

25,9

23

P-0

11

0,48

5,01

-0,88

57,9

21,4

20,7

24

S-0

12

0,50

5,46

-0,96

67,7

19,6

12,7

25

Cl-0

13

0,52

5,92

-1,04

76,5

17,3

6,2

Примечание: Z - общее число электронов двух элементов; Iiie - сумма валентных электронов двух элементов.

 
Посмотреть оригинал