Η ΧΗΜΕΙΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΕΙ ΤΗΝ ΥΛΗ. ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΧΗΜΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ. Η ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΧΗΜΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ Η ΧΗΜΙΚΗ ΣΥΓΓΕΝΕΙΑ

Δήμητρα Σπανού συνταξιούχος χημικός καθηγήτρια  Βθμιας Εκπαίδευσης 

υπό κατασκευή

ΧΗΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ

Οι χημικές ιδιότητες των στοιχείων σχετίζονται με την ικανότητά τους να συμμετέχουν σε χημικές αντιδράσεις να σχηματίζουν ενώσεις και να αλλάζουν τη δομή τους. Η ικανότητά τους αυτή σχετίζεται με: α. την αντιδαστικότητά τους  β. την ηλεκτραρνητικότητά τους  γ. τις οξειδοαναγωγικές τους ιδιότητες  δ. τις  επιδράσεις της θερμότητας στις αντιδράσεις.

ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΧΗΜΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ

Η αντιδραστικότητα χημικών στοιχείων περιγράφει την ικανότητα των χημικών στοιχείων να εισέρχονται σε χημικές αντιδράσεις και να αλληλοεπιδρούν με άλλα άτομα όπως και να υφίστανται  χημικούς μετασχηματισμούς .

Αν ένα στοιχείο δεν έχει αρκετά ηλεκτρόνια σθένους ή  τον κατάλληλο αριθμό , ώστε να διαμορφώσει μια σταθερή κατάσταση στην εξωτερική του στοιβάδα, που του εξασφαλίζουν ενεργειακή ισορροπία 

τότε, τείνει να αντιδρά με άλλα άτομα για να το επιτύχει. Αυτό μπορεί να γίνει είτε με πλήρη απομάκρυνση ηλεκτρονίων (ιοντική ή ετεροπολική σύνδεση) ή με δημιουργία κοινού ζεύγους ηλεκτρονίων (ομοιοπολικός δεσμός)

 Η σταθερότερη κατάσταση που επιδιώκει το άτομο είναι η συμπλήρωση της εξωτερικής στοιβάδας με 8 ηλεκτρόνια (δηλαδή 4 ζεύγη) ή 2 για μικρά άτομα  που έχουν μόνο την πρώτη στοιβάδα

Τότε  έχουμε την μεγαλύτερη σταθερότητα με την μικρότερη ηλεκτρονιακή ροπή του φλοιού.  (ευγενή αέρια)

Η σύνδεση των ατόμων με την μετακίνηση ηλεκτρονίων περιγράφεται ακόμη πληρέστερα  

 με την θεωρία των  τροχιακών στα οποία δίνεται ο χώρος κίνησης των ηλεκτρονίων του ατόμου 

(ατομικά τροχιακά σχήμα αριστερά) αλλά και η σύνδεσή τους με την δημιουργία μοριακών τροχιακών (σχήμα δεξιά)

Τα άτομα αντιδρούν μεταξύ τους προσπαθώντας  με την δημιουργία μοριακών τροχιακών να σταθεροποιήσουν τα τυχόν ασύζευκτα ηλεκτρόνιά τους ή άλλα μισογεμάτα εκφυλισμένα μοριακά τροχιακά

Η αντιδραστικότητα χημικών στοιχείων  αναφέρεται και στην τάση ενός στοιχείου να αντιδράσει αλλά και σε δύο ή περισσότερα στοιχεία που αλληλοεπιδρούν μεταξύ τους

Έχουν γίνει πολλές καταγραφές και μετρήσεις της αντιδραστικότητας 

Η αντιδραστικό

Από τον παρακάτω πίνακα μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι:

 Στοιχεία με υψηλή αντιδραστικότητα είναι της 1ης και της 17ης ομάδας στις οποίες η πρόσληψη ηλεκτρονίων εξισορροπεί τις στοιβάδες σθένους αμφοτέρων.

Στη μέση του περιοδικού πίνακα η αντιδραστικότητα είναι χαμηλότερη

Όπως  στα ευγενή αέρια λ.χ. που  μηδενίζεται η συνολική ηλεκτρονιακή ροπή έχουμε την ελάχιστη αντιδραστικότητα 

ΑΠΟ ΤΙ ΚΑΘΟΡΙΖΕΤΑΙ Η ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΧΗΜΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΜΕΤΑΞΥ ΤΟΥΣ

Έτσι η αντιδραστικότητα,

 καθορίζεται από τις δομικές και ηλεκτρονικές ιδιότητες των στοιχείων και την τάση τους να επιτύχουν την σταθερότερη δυνατή διαμόρφωση, γεμίζοντας όλα τα ενεργειακά επίπεδα με ηλεκτρόνια

 Μπορεί να σχετίζεται με τον αριθμό των εξωτερικών ηλεκτρονίων τους, την ενέργειά τους την θέση τους στον περιοδικό πίνακα κ.α.

Πιο συγκεκριμένα, οι παράγοντες που επιρρεάζουν την αντιδραστικότητα είναι: η ηλεκτροσυγγένεια, η ατομική ακτίνα, η ηλεκτρονιακή διαμόρφωση,  η ενέργεια ιονισμού

 Πιο συνοπτικά έχουμε μια εικόνα στο ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ στον Πίνακα1

Αλλά επίσης, η ηλεκτραρνητικότητα, οι οξειδοαναγωγικές ιδιότητες, το θερμικό και χημικό περιβάλλον κ.α.Αλλά επίσης, η ηλεκτραρνητικότητα, οι οξειδοαναγωγικές ιδιότητες, το θερμικό και χημικό περιβάλλον κ.α.

 ΜΕΡΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΙΡΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑ

Αναλυτικότερα,  παράγοντες που επιρρεάζουν την αντιδραστικότητα 

Η ατομική ακτίνα : Όσο μικρότερη είναι η ατομική ακτίνα του στοιχείου τόσο μεγαλύτερη είναι η αντιδραστικότητά του, γιατί τα εξωτερικά ηλεκτρόνια είναι πιο κοντά στον πυρήνα και σχηματίζουν πιο εύκολα δεσμούς με άλλα στοιχεία και χημικές ενώσεις . Από τα στοιχεία της 1ης ομάδας (αλκάλια) με ένα ηλεκτρόνιο στην στοιβάδα σθένους το κάλιο στην 4η περίοδο, αντιδρά πολύ εντονότερα με το νερό από το Li στην 2η περίοδο

Η ηλεκτραρνητικότητα: Είναι το μέτρο της ικανότητας ενός στοιχείου να προσελκύει ηλεκτρόνια σε έναν χημικό δεσμό

¨Όσο μεγαλύτερη είναι η ηλεκτραρνητικότητα τόσο μεγαλύτερη και η αντιδραστικότητά ενός στοιχείου. Στοιχεία με μεγάλη ηλεκτραρνητικότητα έχουν μεγάλη ικανότητα να προσελκύουν ηλεκτρόνια και να σχηματίζουν χημικούς δεσμούς Ακόμη, η ηλεκτραρνητικότητα 

 καθορίζει και την οξειδωτική ικανότητα του ατόμου.

Οξειδοαναγωγικές ιδιότητες Είναι η ικανότητα ενός στοιχείου να δίνει και να λαμβάνει ηλεκτρόνια κατά τη διάρκεια χημικών αντιδράσεων, αλλάζοντας ταυτόχρονα τον αριθμό οξείδωσής του. Με τον τρόπο αυτό μπορεί να μπαίνει και σε διαφορετικούς τύπους αντιδράσεων. Το στοιχείο που χάνει ηλεκτρόνια είναι το οξειδωτικό ενώ αυτό που προσλαμβάνει ηλεκτρόνια είναι το αναγωγικό. Είναι δυνατόν ένα στοιχείο να έχει διαφορετικές καταστάσεις οξείδωσης σε διαφορετικές χημικές ενώσεις που αντικατοπτρίζουν τον αριθμό των ηλεκτρονίων που συνέβαλλαν π.χ. το εξασθενές   χρώμιο στον κροκϊτη PbCrO4 δίνει ένα σπάνιο ορυκτό (χαμηλή αντιδραστικότητα) ενώ στον χρωμίτη του τρισθενούς χρωμίου   και Fe(Mg)Cr2O4, έχουμε ένα κοινό άλας

Οι επιδράσεις της θερμότητας στις αντιδράσεις. Οι αντιδράσεις συνδέονται με την θερμότητα. Εκλύουν ή απορροφούν ποσότητες ενέργειας υπό μορφή θερμότητας και ως εκ τούτου ευνοούνται ή όχι σε ανάλογα θερμικά περιβάλλοντα. Παράδειγμα, μια ενδόθερμη αντίδραση ευνοείται και πραγματοποιείται ευκολοτερα σε θερμότερο περιβάλλον.

Η ΧΗΜΙΚΗ ΣΥΓΓΕΝΕΙΑ ΓΙΑ ΔΥΟ Ή ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΑ ΧΗΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΠΟΥ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΟΥΝ

Όπως αναφέρθηκε,

Η αντιδραστικότητα χημικών στοιχείων  αναφέρεται και στην τάση ενός στοιχείου να αντιδράσει αλλά και σε δύο ή περισσότερα στοιχεία που αλληλοεπιδρούν μεταξύ τους

Εάν πρόκειται για την δεύτερη περίπτωση  αντιδραστικότητα των χημικών στοιχείων σχετίζεται με την δυνατότητά τους να αντιδρούν και να σχηματίζουν ενώσεις μεταξύ τους.  Η εκδήλωσή της αντιδραστικότητας είναι η έκλυση θερμότητας που συνοδεύει μια χημική αντίδραση.

Σύμφωνα με τις σύγχρονες αντιλήψεις, το ποσό της θερμότητας αποτελεί το μέτρο της χημικής συγγένειας  των ατόμων,, όμως αυτό δεν ισχύει απόλυτα.

Έτσι η χημική συγγένεια μπορεί να έχει σαν μέτρο την μείωση της ελεύθερης ενθαλπίας σε μια αντίδραση σύνθεσης μεταξύ αντιδρώντων ατόμων και προϊόντων. 

Επίσης, συνδέεται και με τον αριθμό των χημικών δεσμών που μπορεί να κάνει ένα στοιχείο  ώστε να διαμορφώσει  σταθερότερη ενεργειακή κατάσταση 

(Αυτό καθορίζεται από τον τον αριθμό των ηλεκτρονίων σθένους, αλλά και άλλους παράγοντες όπως η ηλεκτροσυγγένεια που θα δούμε στη συνέχεια).

ΗΛΕΚΤΡΟΣΥΓΓΕΝΕΙΑ

Ενώ στην χημική συγγένεια έχουμε την αλληλεπίδραση στοιχείων μεταξύ τους και πιθανόν την  συνένωση στοιχείων προς δημιουργίία χημικής ένωσης με αντίστοιχη μεταβολή στην ελεύθερη ενθαλπία,  εδώ, στην ηλεκτροσυγγενεια  έχουμε την σύνδεση ενός ηλεκτρονίου με ένα άτομο (ή μόριο) με αντίστοιχη μεταβολή της ελεύθερης ενθαλπίας

 Στοιχεία με χαμηλή ηλεκτροσυγγένεια είναι άτομα με συμπληρωμένη την υποστοιβάδα σθένους s υποστοιβάδα s² 

Αν η υποστοιβάδα σθένους d έχει  τροχιακά όπου εξισορροπούνται οι ηλεκτρονιακές ροπές τους,  αυτό  σταθεροποιεί τα άτομα και μειώνει την ενέργεια  συγγένειας  (Αργίλιο) 

Τιμές για ηλεκτροσυγγένια δίνονται στο παράρτημα στον ΠΙΝΑΚΑ2

Ακόμα παρατηρούμε στον παρακάτω πίνακα τα ευγενή αέρια, έχοντας συμπληρωμένη και την υποστοιβάδα σθένους s αλλά και την p και έχοντας έτσι ελαχιστοποιήσει τις ηλεκτρονιακές ροπές και την εσωτερική ενέργεια. έχουν αρνητική (ενδοεργική) ενέργεια συγγένειας

Οι χημικές επιδράσεις του περιβάλλοντος. Παράδειγμα τα όξινα ή τα αλκαλικά χημικά περιβάλλοντα επιρρεάζουν διαφορετικά την δραστικότητα χημικών στοιχείων

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ

ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΑΡΑΓΟΝΤΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ (1)

ΠΙΝΑΚΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΣΥΓΓΕΝΕΙΑΣ ΑΤΟΜΩΝ ΜΕ ΤΟ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟ ΣΕ eV  (2)

Δήμητρα Σπανού

ΠΗΓΕΣ

Στοιχείο: Όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε για τα χημικά στοιχεία και τις ιδιότητές τους

Ποια είναι η αντιδραστικότητα ενός χημικού στοιχείου

Ο ΚΥΚΛΟΣ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ ΣΤΗΝ ΥΛΗ: Κεφ 1.Τι είναι τα ηλεκτρόνια των ατόμων, Ενέργεια ιοντισμού, ηλεκτροσυγγένεια, μεταβολή ενθαλπίας ΔΗ και ελεύθερης ενέργειας ΔG

Энергия сродства к электрону — Википедия

Περιοδικός Πίνακας - Ptable

Ενέργεια συγγένειας ηλεκτρονίων - Βικιπαίδεια

Μεταβολές περιοδικών ιδιοτήτων. - ppt κατέβασμα

Реакционная способность химических соединений. Лекция 9 - презентация ...

Ηλεκτρικό Ρεύμα στα Μέταλλα - Διαδικτυακή Παρουσίαση

ΗΛΕΚΤΡΑΡΝΗΤΙΚΟΤΗΤΑ

• v
• t
• e

Periodic table of electronegativity by Pauling scale

→ Atomic radius decreases → Ionization energy increases → Electronegativity increases →

	1	2		3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
Group →
↓ Period
1	H 2.20																		He
2	Li 0.98	Be 1.57												B 2.04	C 2.55	N 3.04	O 3.44	F 3.98	Ne
3	Na 0.93	Mg 1.31												Al 1.61	Si 1.90	P 2.19	S 2.58	Cl 3.16	Ar
4	K 0.82	Ca 1.00		Sc 1.36	Ti 1.54	V 1.63	Cr 1.66	Mn 1.55	Fe 1.83	Co 1.88	Ni 1.91	Cu 1.90	Zn 1.65	Ga 1.81	Ge 2.01	As 2.18	Se 2.55	Br 2.96	Kr 3.00
5	Rb 0.82	Sr 0.95		Y 1.22	Zr 1.33	Nb 1.6	Mo 2.16	Tc 1.9	Ru 2.2	Rh 2.28	Pd 2.20	Ag 1.93	Cd 1.69	In 1.78	Sn 1.96	Sb 2.05	Te 2.1	I 2.66	Xe 2.60
6	Cs 0.79	Ba 0.89		Lu 1.27	Hf 1.3	Ta 1.5	W 2.36	Re 1.9	Os 2.2	Ir 2.20	Pt 2.28	Au 2.54	Hg 2.00	Tl 1.62	Pb 1.87	Bi 2.02	Po 2.0	At 2.2	Rn 2.2
7	Fr >0.79[en 1]	Ra 0.9		Lr 1.3[en 2]	Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg	Cn	Nh	Fl	Mc	Lv	Ts	Og
				La 1.1	Ce 1.12	Pr 1.13	Nd 1.14	Pm –	Sm 1.17	Eu –	Gd 1.2	Tb 1.1	Dy 1.22	Ho 1.23	Er 1.24	Tm 1.25	Yb –
				Ac 1.1	Th 1.3	Pa 1.5	U 1.38	Np 1.36	Pu 1.28	Am 1.3	Cm 1.28	Bk 1.3	Cf 1.3	Es 1.3	Fm 1.3	Md 1.3	No 1.3

See also: Electronegativities of the elements (data page)

Η  ενέργεια συγγένειας

 Είναι η ενέργεια που απελευθερώνεται ή απορροφάται κατά την προσκόλληση ενός ηλεκτρονίου σε ένα άτομο, μόριο ή πολυατομικό σύστημα. Εκφράζεται σε Kj/mol και μπορεί να παίρνει θετικές και αρνητικές τιμές. 

σχετίζεται με την  διαμόρφωση ηλεκτρονίων και το σθένος 

  Στην φυσική και στην χημεία η ενέργεια συγγένειας υπολογίζεται με την προσκόλληση ενός ηλεκτρονίου σε ελεύθερο άτομο στην θεμελιώδη κατάσταση (ελαχίστη ενέργεια). Είναι ίση και με αντίθετο πρόσημο με την ενέργεια ιοντισμού ενός αντίστοιχου  απομονωμένου μονοφορτισμένου ανιόντος. 

Na + e-   ->  Na-  + 0,548

Na-   -> Na  +e-  -0,548