Теория:
По шкале Полинга электроотрицательность алюминия (Al) равна (1,61). Это умеренное значение для металлов 3-го периода, определяющее его амфотерный характер и способность образующих им соединений проявлять как металлические, так и неметаллические свойства.
Алюминий — элемент 13-й (IIIА) группы, занимающий место в 3-м периоде между магнием и кремнием.
Если представить эту характеристику как «силу притяжения» чужих электронов, то у атома алюминия эта способность выражена значительно сильнее, чем у щелочных и щелочноземельных металлов.
Его валентные электроны удерживаются ядром достаточно прочно, однако атом легко отдаёт их при взаимодействии с более электроотрицательными элементами.
Наличие трех валентных электронов (3s23p1) влечёт три основных химических следствия:
Содержание страницы
Электроотрицательность (ЭО) — условная величина, отражающая способность атома в молекуле смещать к себе общие электронные пары.
Для амфотерных металлов различие между значениями в разных шкалах отражает постепенный переход от типично металлических свойств к проявлению неметаллических черт.
| Шкала | Что измеряется | Значение для Al |
|---|---|---|
| Полинга | Энергии химических связей | 1,61 |
| Малликена | Энергия ионизации + сродство к электрону | 1,37 |
| Олреда–Рохова | Эффективный заряд ядра и ковалентный радиус | 1,47 |
| Аллена | Средняя энергия валентных электронов | 1,470 |
Шкала Полинга является наиболее распространенной и традиционно применяется в школьных и университетских программах.
Значение для алюминия составляет (1,61). Оно наглядно показывает, что алюминий занимает промежуточное положение между активными металлами и неметаллами.
В отличие от щелочных металлов, алюминий способен образовывать связи с ощутимой долей ковалентности.
Смотреть полную таблицу электроотрицательности для всех элементов.
Шкала Малликена основана на энергетических характеристиках изолированного атома:
Первая энергия ионизации I = 577,5 кДж/моль — энергия, необходимая для отрыва первого валентного 3p-электрона.
Сродство к электрону E = 42,5 кДж/моль — энергия, выделяющаяся при присоединении электрона.
Формула: χ = ½ (I + E). В пересчете на относительные единицы шкала Малликена дает значение около (1,37), отражающее промежуточную удерживающую способность ядра.
Олред и Рохов рассчитывают ЭО исходя из кулоновской силы притяжения внешних электронов к ядру:
где Zэфф — эффективный заряд ядра, r — радиус атома.
Из-за уменьшенного атомного радиуса (143 пм) и возросшего заряда ядра (+13) расчетное значение составляет(1,47).
Шкала Ларри Аллена рассчитывается через средняя энергию валентных электронов:
где Ei — энергии ионизации валентных электронов, n — их количество. Для алюминия с его тремя валентными (3s23p1) электронами шкала Аллена дает значение (1,470).
По шкале Аллена алюминий заметнее удерживает валентные электроны, чем натрий и магний, что объясняет его переходные химические свойства.
Алюминий — элемент 13-й группы 3-го периода с атомным номером 13. Конфигурация — 1s22s22p63s23p1 (или [Ne]3s23p1).
Три валентных электрона находятся на 3-м энергетическом уровне. Заряд ядра (+13) сжимает электронную оболочку сильнее, чем у натрия (+11) и магния (+12).
При этом атомный радиус алюминия меньше (около 143 пм), а эффективный заряд ядра выше.
Атому энергетически выгодно отдавать валентные электроны при химических реакциях, однако сильное притяжение ядра придаёт связям с неметаллами ковалентный характер.
Сравнение с элементами 3-го периода:
| Элемент | ЭО (Полинг) | Электронная конфигурация |
|---|---|---|
| Na (натрий) | 0,93 | [Ne] 3s1 |
| Mg (магний) | 1,31 | [Ne] 3s2 |
| Al (алюминий) | 1,61 | [Ne] 3s2 3p1 |
| Cl (хлор) | 3,16 | [Ne] 3s2 3p5 |
По мере движения слева направо по периоду от натрия к хлору ЭО закономерно возрастает из-за увеличения заряда ядра и уменьшения атомного радиуса.
Умеренное значение электроотрицательности алюминия определяет двойственный характер его связей в различных соединениях:
Характерные особенности алюминия:
| Элемент | ЭО (Полинг) | Первая энергия ионизации, кДж/моль | Атомный радиус, пм |
|---|---|---|---|
| B (бор) | 2,04 | 800,6 | 85 |
| Al (алюминий) | 1,61 | 577,5 | 143 |
| Ga (галлий) | 1,81 | 578,8 | 135 |
| In (индий) | 1,78 | 558,3 | 167 |
| Tl (таллий) | 1,62 | 589,4 | 170 |
При переходе от бора к алюминию ЭО снижается, однако дальше по группе наблюдаются аномалии из-за d- и f-сжатия электронных оболочек.
Значение ЭО по Полингу (1,61) определяет устойчивое химическое поведение алюминия в химических реакциях.
Эта характеристика обуславливает ключевые свойства элемента:
Причина проста: после отдачи трёх валентных электронов атом алюминия приобретает устойчивую электронную конфигурацию инертного газа неона (1s22s22p6).
Главное правило: при участии в реакциях с неметаллами алюминий отдаёт три электрона, проявляя в соединениях степень окисления +3.
На внешнем уровне у атома алюминия в основном состоянии находится 1 неспаренный 3p-электрон и пара 3s-электронов.
При переходе в возбужденное состояние один 3s-электрон переходит на свободную 3p-орбиталь, что даёт 3 неспаренных электрона. По этой причине валентность алюминия в соединениях всегда равна III.
Краткий итог: электронное строение 3s23p1 с учётом распаривания определяет постоянную валентность алюминия, равную III.
Электроотрицательность алюминия вытекает из строения его электронной оболочки.
Электронная формула алюминия: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1
На внешнем энергетическом уровне находятся 3 валентных электрона.
Два ключевых фактора:
Значение электроотрицательности (1,61) — это прямое следствие формулы 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1.
Благодаря своей электронной структуре и значению ЭО алюминий широко используется:
В отличие от натрия и магния:
Электроотрицательность алюминия (по Полингу равна 1,61):
Таким образом, алюминий выступает классическим примером амфотерного металла с умеренной электроотрицательностью.
Правильные ответы: 1, 3, 4.
Разбор ошибок:
2 — неверно: электроотрицательность алюминия (1,61) выше, чем у натрия (0,93).
5 — неверно: алюминий проявляет характерную степень окисления +3.
По шкале Полинга электроотрицательность алюминия равна 1,61.
Из-за промежуточного значение ЭО (1,61) алюминий занимает переходное положение между металлами и неметаллами, образуя амфотерные оксиды и гидроксиды.
В зависимости от электроотрицательности второго элемента алюминий образует ионные или преимущественно ковалентные полярные связи.