С целью количественной оценки способности атомов отдавать или присоединять электроны были введены понятия «энергии ионизации » и «сродство к электрону».
Энергией ионизации называется количество энергии, необходимое для отрыва электрона от атома. Чем меньше энергия ионизации, тем легче атом отдает электрон. Самую низкую энергию ионизации имеют щелочные металлы, а самую высокую - N, O, галогены и инертные газы.
В каждом периоде величина энергии ионизации с увеличением порядкового номера возрастает, а в пределах одной группы с увеличением атомного веса уменьшается. Энергия ионизации служит количественной мерой металличности элемента.
Сродством к электрону называется количество энергии, которая выделяется при присоединении электрона к нейтральному атому с превращением его в отрицательный ион. Сродство к электрону есть количественная мера способности элемента проявлять неметаллические свойства. Наибольшим сродством к электрону обладают атомы с электронной конфигурацией s2p5 7 группы, т.е. галогены. Наименьшим сродством к электрону обладают атомы элементов с конфигурацией s1, s2 (щелочные и щелочноземельные металлы) и s2p6 (инертные газы).
Полусумма «энергии ионизации» и «сродства к электрону» получила название электроотрицательности.
Электроотрицательность характеризует стремление данного атома к присоединению электрона при образовании химической связи.
Практически пользуются не абсолютными значениями электроотрицательности, а относительными электроотрицательностями (ОЭО). ОЭО атома фтора принята равной 4.
Важнейшие неметаллы можно расположить в ряд по усилению их электроотрицательности (ряд электроотрицательности):
Наибольшими ОЭО обладают неметаллы 6 и 7 группы, а наименьшими - щелочные металлы. Исходя из понятия ОЭО можно объяснить образование двух основных типов химической – ионной и ковалентной. Ниже приводится таблица ОЭО. Для металлов электроотрицательность, как правило, меньше двух, а у неметаллов – больше двух. Электроотрицательность элементов возрастает в периодах слева направо, а в главных подгруппах – снизу вверх.
Ионная химическая связь – это связь, образующаяся между противоположно заряженными ионами за счет электростатического притяжения.
В соединениях, состоящих из двух элементов, ионная связь возникает в том случае, если один из элементов представляет собой типичный металл, а другой – типичный неметалл.
Схему образования ионной связи в хлориде натрия NaCl можно представить так:
Два разноименно заряженных иона, связанных силами взаимного притяжения, не теряют способности взаимодействовать и с другими противоположно заряженными ионами. В результате образуются кристаллические соединения.
Ковалентная химическая связь – это связь, возникающая между атомами за счет образования общих электронных пар.
Если встречаются два одинаковых атома водорода, то они объединяют свои электроны, обобществляют их, т.е. создают общую электронную пару:
Таким образом, возникает ковалентная связь у всех двухатомных молекул простых веществ (Cl2, N2 и др.):
Если ковалентной связью соединены одинаковые атомы, т.е. атомы одного и того же элемента, общая электронная пара расположена строго посередине между центрами ядер двух атомов и в равной мере принадлежит каждому из них. Такая ковалентная связь называется неполярной.
Ковалентной связью могут быть соединены атомами разных элементов, например двух неметаллов:
Если ковалентной связью соединены атомы разных химических элементов, то общая электронная пара смещена к атому элемента, проявляющему более выраженные неметаллические свойства, т.е. обладающему большей электроотрицательностью. Такую ковалентную связь называют полярной.
Для веществ с ковалентной связью характерны два типа кристаллических решеток – молекулярные и атомные.
Металлической связью называют связь в металлах и сплавах между атом - ионами металлов, осуществляемую совокупностью валентных электронов.
Элементы металлы образуют простые вещества – металлы. В обычных условиях – это кристаллические вещества (кроме ртути).
При сближении атомов металлов их электронные облака перекрываются, и валентные электроны получают возможность перемещаться с электронного облака одного атома на близкие по энергии облака соседних атомов. Атом, от которого «ушел» электрон, превращается при этом в положительный ион. В результате этого в металле формируется совокупность свободных электронов, которые непрерывно перемещаются между ионами. При этом, притягиваясь к положительным ионам металла, электроны вновь превращают их в атомы, затем снова отрываются, превращая в ионы, и так бесконечно. Следовательно, в простых веществах металлах, происходит бесконечный процесс превращения атом ион, который осуществляют валентные электроны, а частицы, из которых состоят металлы, так и называются атом-ионами:
Обобществленные электроны в металле называют «электронным газом». Металлическая связь определяет особое кристаллическое строение металлов и сплавов – металлическую кристаллическую решетку.
Металлическая кристаллическая решетка и металлическая связь определяют и все наиболее характерные свойства металлов: ковкость, пластичность, тягучесть, электро- и теплопроводность, металлический блеск, способность к образованию сплавов.