Теория:
По шкале Полинга электроотрицательность мышьяка (As) равна (2,18), это значение характерно для типичных полуметаллов (металлоидов) 4-го периода.
Определяя проявление им как неметаллических, так и слабых металлических (амфотерных) свойств.
Мышьяк — элемент 15-й (VA) группы, занимающий место в 4-м периоде между германием и селеном.
Если представить эту характеристику как «силу притяжения» чужих электронов, то у атома мышьяка эта способность выражена значительно сильнее, чем у металлов, но уступает типичным галогенам и халькогенам.
Его валентные электроны удерживаются ядром достаточно прочно, однако атом способен как принимать, так и отдавать электроны при взаимодействии с другими элементами.
Наличие пяти валентных электронов (4s24p3) влечёт три основных химических следствия:
- Характерные степени окисления -3, +3 и +5 в сложных соединениях.
- Проявление амфотерных и кислотных свойств оксидов и гидроксидов мышьяка.
- Преимущественное образование ковалентных полярных связей в соединениях с неметаллами и металлами.

Содержание страницы
- 1. Как определяют электроотрицательность: основные шкалы
- 1.1. Шкала Полинга
- 1.2. Шкала Малликена
- 1.3. Шкала Олреда–Рохова
- 1.4. Шкала Аллена
- 2. Почему у мышьяка умеренно высокая электроотрицательность
- 3. Как свойства мышьяка влияют на тип химической связи
- 4. Сравнение мышьяка с другими элементами VA группы
- 5. Положение в периодической системе и электронная структура
- 6. Физические и энергетические характеристики
- 7. Степень окисления мышьяка: роль электронной структуры
- 8. Валентность мышьяка: особенности элемента
- 9. Как электронная конфигурация мышьяка объясняет его свойства
- 10. Химическая активность и применение
- 11. Особенности, отличающие мышьяк от соседних элементов
- 12. Вывод
- 13. Проверка знаний
- 14. Часто задаваемые вопросы
Как определяют электроотрицательность: основные шкалы
Электроотрицательность (ЭО) — условная величина, отражающая способность атома в молекуле смещать к себе общие электронные пары.
Для полуметаллов различие между значениями в разных шкалах отражает двойственную химическую природу элемента.
| Шкала | Что измеряется | Значение для As |
|---|---|---|
| Полинга | Энергии химических связей | 2,18 |
| Малликена | Энергия ионизации + сродство к электрону | 2,26 |
| Олреда–Рохова | Эффективный заряд ядра и ковалентный радиус | 2,20 |
| Аллена | Средняя энергия валентных электронов | 2,211 |
Шкала Полинга
Шкала Полинга является наиболее распространенной и традиционно применяется в школьных и университетских программах.
Значение для мышьяка составляет (2,18). Оно показывает, что мышьяк по электроотрицательности близко к фосфору и водороду.
Благодаря этому связи As–H в арсине (AsH3) практически неполярны, а само вещество проявляет химическую активность, отличную от аммиака.
Смотреть полную таблицу электроотрицательности для всех элементов.
Шкала Малликена
Шкала Малликена основана на энергетических характеристиках изолированного атома:
Первая энергия ионизации I = 947,0 кДж/моль — энергия, необходимая для отрыва первого валентного 4p-электрона.
Сродство к электрону E = 78,0 кДж/моль — энергия, выделяющаяся при присоединении электрона.
Формула: χ = ½ (I + E). В пересчете на относительные единицы шкала Малликена дает значение около (2,26), подтверждающее неметаллический характер элемента.
Шкала Олреда–Рохова
Олред и Рохов рассчитывают ЭО исходя из кулоновской силы притяжения внешних электронов к ядру:

где Zэфф — эффективный заряд ядра, r — радиус атома.
Из-за ковалентного радиуса (120 пм) и значительного эффективного заряда ядра (+33 с учетом d-сжатия) расчетное значение составляет (2,20).
Шкала Аллена
Шкала Ларри Аллена рассчитывается через среднюю энергию валентных электронов:

где Ei — энергии ионизации валентных электронов, n — их количество. Для мышьяка с его пятью валентными (4s24p3) электронами шкала Аллена дает значение (2,211).
По шкале Аллена мышьяк удерживает валентные электроны гораздо сильнее металлов своего периода, что объясняет преобладание неметаллических свойств.
Почему у мышьяка умеренно высокая электроотрицательность
Мышьяк — элемент 15-й группы 4-го периода с атомным номером 33. Конфигурация — 1s22s22p63s23p63d104s24p3 (или [Ar]3d104s24p3).
Пять валентных электронов находятся на 4-м энергетическом уровне.
Заряд ядра (+33) существенно сжимает электронное облако благодаря прохождению 3d-подуровня (d-сжатие).
Атомный радиус мышьяка составляет около 120 пм, что обуславливает высокое притяжение внешних p-электронов к ядру.
Сравнение с элементами 4-го периода:
| Элемент | ЭО (Полинг) | Электронная конфигурация |
|---|---|---|
| Ga (галлий) | 1,81 | [Ar] 3d10 4s2 4p1 |
| Ge (германий) | 2,01 | [Ar] 3d10 4s2 4p2 |
| As (мышьяк) | 2,18 | [Ar] 3d10 4s2 4p3 |
| Se (селен) | 2,55 | [Ar] 3d10 4s2 4p4 |
| Br (бром) | 2,96 | [Ar] 3d10 4s2 4p5 |
По мере движения слева направо по периоду от галлия к брому ЭО закономерно возрастает из-за увеличения заряда ядра и уменьшения атомного радиуса.
Как свойства мышьяка влияют на тип химической связи
Значение электроотрицательности мышьяка определяет преимущественно ковалентный характер его связей в различных соединениях:
- Ковалентная полярная связь: образуется в оксидах (As2O3, As2O5) и галогенидах (AsCl3, AsF5), где электронная плотность смещена к более электроотрицательному атому (кислороду, фтору или хлору).
- Ковалентная практически неполярная связь: в водородном соединении (арсин AsH3) из-за близких значений ЭО (As = 2,18; H = 2,20).
- Кислотные и амфотерные оксиды: высший оксид As2O5 проявляет кислотные свойства, формируя мышьяковую кислоту (H3AsO4), а As2O3 — амфотерные с преобладанием кислотных.
Характерные особенности мышьяка:
- Существование аллотропных модификаций: серый (металлический) мышьяк обладает полупроводниковой проводимостью, а жёлтый мышьяк имеет молекулярное строение (As4).
- Высокая токсичность: соединения мышьяка благодаря близости свойств к фосфору легко встраиваются в биохимические процессы.
Сравнение мышьяка с другими элементами VA группы
| Элемент | ЭО (Полинг) | Первая энергия ионизации, кДж/моль | Атомный радиус, пм |
|---|---|---|---|
| N (азот) | 3,04 | 1402,3 | 65 |
| P (фосфор) | 2,19 | 1011,8 | 100 |
| As (мышьяк) | 2,18 | 947,0 | 120 |
| Sb (сурьма) | 2,05 | 834,0 | 140 |
| Bi (висмут) | 2,02 | 703,0 | 160 |
При переходе сверху вниз по группе от азота к висмуту ЭО естественным образом снижается, однако у фосфора и мышьяка она практически одинакова из-за d-сжатия у мышьяка.
Положение в периодической системе и электронная структура
- Группа: 15-я (VA).
- Период: 4-й.
- Конфигурация: 1s22s22p63s23p63d104s24p3.
- Валентные электроны: 5 на внешнем уровне.
- Свойства: способность принимать 3 электрона до завершения оболочки (степень окисления -3) или отдавать/обобществлять 3 и 5 электронов (степени окисления +3 и +5).
Физические и энергетические характеристики
- Суммарная энергия ионизации (1–5) — около 9400 кДж/моль.
- Атомный радиус — около 120 пм.
- Окислительно-восстановительная двойственность — проявляет свойства окислителя в реакциях с металлами и восстановителя в реакциях с галогенами и кислородом.
Степень окисления мышьяка: роль электронной структуры
Значение ЭО по Полингу (2,18) определяет разнообразие степеней окисления мышьяка в химических реакциях.
Эта характеристика обуславливает ключевые состояния элемента:
- Степень окисления -3: при взаимодействии с активными металлами и водородом (арсиды, арсин AsH3).
- Степень окисления +3: при распаривании или участии только 4p-электронов (As2O3, AsCl3).
- Степень окисления +5: при вовлечении всех 5 валентных электронов 4s24p3 (As2O5, H3AsO4).
- Степень окисления 0: в простых веществах (As).
Главное правило: мышьяк проявляет отрицательные степени окисления с менее электроотрицательными элементами (металлами) и положительные — с более электроотрицательными (O, F, Cl).
Валентность мышьяка: особенности элемента
На внешнем уровне у атома мышьяка находится 3 неспаренных 4p-электрона и неподелённая пара 4s-электронов.
В основном состоянии мышьяк проявляет валентность III.
При распаривании 4s-электронов и переходе одного из них на свободный d-орбиталь мышьяк проявляет валентность V.
Краткий итог: электронное строение 4s24p3 определяет характерные валентности мышьяка, равные III и V.
Как электронная конфигурация мышьяка объясняет его свойства
Электроотрицательность мышьяка вытекает из строения его электронной оболочки.
Электронная формула мышьяка: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p3
На внешнем энергетическом уровне находятся 5 валентных электронов.
Два ключевых фактора:
- Полузаполненный p-подуровень. Конфигурация 4p3 обладает повышенной устойчивостью, что усложняет отрыв электронов и повышает ЭО.
- d-сжатие. Заполнение 3d-орбиталей 10 электронами слабо экранирует заряд ядра (+33), сжимая 4s- и 4p-орбитали и усиливая их притяжение.
Значение электроотрицательности (2,18) — это прямое следствие формулы [Ar]3d104s24p3.
Химическая активность и применение
Благодаря полупроводниковым свойствам и значению ЭО мышьяк применяется:
- В микроэлектронике и полупроводниках в виде арсенида галлия (GaAs) для производства светодиодов и микросхем.
- В металлургии в качестве легирующей добавки к свинцовым сплавам (для производства дроби и аккумуляторов).
- В фармацевтике и химическом синтезе в производстве пестицидов и специальных препаратов.
Особенности, отличающие мышьяк от соседних элементов
В отличие от германия и селена:
- мышьяк занимает промежуточное положение между полупроводниками и неметаллами;
- образует чрезвычайно токсичный газ арсин (AsH3) с нейтрально-слабой полярностью связей;
- его электроотрицательность практически равна электроотрицательности фосфора (2,18 против 2,19).
Вывод
Электроотрицательность мышьяка (по Полингу равна 2,18):
- Отражает высокую способность ядра удерживать 4s- и 4p-электроны.
- Обуславливает его (полуметаллические и амфотерно-кислотные свойства).
- Фиксирует его (характерные степени окисления -3, +3 и +5).
- Объясняет образование (преимущественно ковалентных полярных связей).
Таким образом, мышьяк выступает классическим примером полуметалла с умеренно высокой электроотрицательностью.
Проверка знаний
Показать ответы
Правильные ответы: 1, 3, 4, 5.
Разбор ошибок:
2 — неверно: электроотрицательность мышьяка (2,18) выше, чем у германия (2,01).
Часто задаваемые вопросы
По шкале Полинга электроотрицательность мышьяка равна 2,18.
Из-за d-сжатия (заполнения 3d-подуровня 10 электронами), которое компенсирует увеличение радиуса атома мышьяка по сравнению с фосфором.
Мышьяк образует преимущественно ковалентную полярную и ковалентную неполярную химическую связь.

Добавить комментарий
Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.