овням (см. § 34), Переход электрона в атоме меди с подуровня 45 на подуровень 3d (и аналогичные переходы в атомах серебра и золота) приводит к образованию целиком заполненного d-подуровпя и поэтому оказывается энергетически выгодным.

Как будет показано в § 34, повышенной энергетической устойчивостью обладают н электронные конфигурации с ровно наполовину заполненным подуровнем (например, структуры, содержащие три р-электрона во внешнем слое, пять (/-электронов в предвнешнем слое или семь f-электронов в еще более глубоко расположенном слое). Этим объясняется «проскок» одного 45-электрона в атоме хрома (Z — 24) на З^-подуровень, в результате которого атом хрома приобретает устойчивую электронную структуру (b22s22p63s23p63tf54s') с ровно наполовину заполненным З^-подуровнем; аналогичный переход 55-электрона на 4^-подуровемь происходит и в атоме молибдена (2 = 42).

Упомянутые выше нарушения «нормального» порядка заполнения энергетических состояний в атомах лантана (появление 5d-, а не 4/-электрона) и церия (появление сразу двух 4/-электропов) и аналогичные особенности в построении электронных структур атомов элементов седьмого периода объясняются следующим. При увеличении заряда ядра электростатическое притяжение к ядру электрона, находящегося на данном энергетическом подуровне, становится более сильным, и энергия электрона уменьшается. При этом энергия электронов, находящихся на разных подуровнях, изменяется неодинаково, поскольку по отношению к этим электронам заряд ядра экранируется в разной степени. В частности, энергия 4/-электропов уменьшается с ростом заряда ядра более резко, чем энергия 5^-электронов (см. рис. 24). Поэтому оказывается, что у лантана (Z = 57) энергия 5^-электроноз ниже, а у церия (Z = 58) выше, чем энергия 4f-электронов. В соответствии с этим, электрон, находившийся у лантана на подуровне 5d, переходит у церия на подуровень 4f.

33. Размеры атомов и ионов. Рассмотрим зависимость некоторых свойств атомов от строения их электронных оболочек. Остановимся, прежде всего, на закономерностях изменения атомных и ионных радиусов.

Электронные облака не имеют резко очерченных границ. Поэтому понятие о размере атома не является строгим. Но если представить себе атомы в кристаллах простого вещества в виде соприкасающихся друг с другом шаров, то расстояние между центрами соседних шаров (т. е. между ядрами соседних атомов) можно принять равным удвоенному радиусу атома. Так, наименьшее межъядерное расстояние в кристаллах меди равно 0,256 нм; это позволяет считать, что радиус атома меди равен половине этой величины, т. е. 0,128 нм.

Зависимость атомных радиусов от заряда ядра атома Z имеет

периодический характер. В пределах одного периода с увеличе-

нием Z проявляется тенденция к уменьшению размеров атома, что

особенно четко наблюдается в коротких периодах (радиусы ато-

мов приведены в нм); ^ к1 /; г^

Li Be в С N 0 F

0,155 о.пз 0,091 0,077 0,071 0,066 0,064

Na Al Si P s CI

0,189 0,160 0,143 0,134 0,130 0,104 0,099

Это объясняется увеличивающимся притяжением электронов внешнего слоя к ядру по мере возрастания его заряда.

С началом застройки нового электронного слоя, более удаленного от ядра, т. е. при переходе к следующему периоду, атомные радиусы возрастают (сравните, например, радиусы атомов фтора и натрия). В результате в пределах подгруппы с возрастанием заряда ядра размеры атомов увеличиваются. Приведем в качестве примера значения атомных радиусов (в нм) элементов некоторых главных подгрупп;

I группа И группа V группа

U 0,155 Be 0,113 N 0,071

Na 0,189 0,160 Р 0,130

К 0,236 Са 0,197 As 0,148

РЬ 0,248 Sr 0,215 Sb 0,161

Cs 0,268 Ва 0,221 т 0,182

Электроны наружного слоя, наименее прочно связанные с яд* ром, могут отрываться от атома и присоединяться к другим ато-

мам, входя в состав наружного слоя последних. Атомы, лишившиеся одного или нескольких электронов, становятся заряженными положительно, так как заряд ядра атома превышает сумму заря-доз оставшихся электронов. Наоборот, атомы, присоединившие к себе лишние электроны, заряжаются отрицательно. Образующиеся заряженные частицы называются нонам н.

Ионы обозначают теми же символами, что и атомы, указывая справа вверху их заряд: например, положительный трехз а рядный ион алюминия обозначают А13+, отрицательный однозарядный ион хлора — С1~.

Потеря атомов электронов приводит к уменьшению его эффективных размеров^ а присоединение избыточных электронов — к увеличению. Поэтому радиус положительно заряженного иона (катиона) всегда меньше, а радиус отрицательно заряженного иона (аниона) всегда больше радиуса соответствующего электронейтрального атома. Так, радиус атома калия составляет 0,236 нм, а радиус иона К+—0,133 нм; радиусы атома хлора и иона Ci" соответственно равны 0,099 и 0,181 нм. При этом радиус иона тем сильней отличается от радиуса атома, чем больше заряд иона. Например, радиусы атома хрома и ионов Сг2+ и Сг3+ составляют соответственно 0,127, 0,083 и 0,064 нм.

II группа VI группа VII группа