Теория:
По шкале Полинга электроотрицательность висмута (Bi) составляет 2,02 — это умеренное значение для тяжелых p‑элементов 15-й группы, отражающее постепенное усиление металлических свойств при переходе от азота к висмуту.
Висмут — p‑элемент 15‑й (VА) группы 6‑го периода с валентной конфигурацией 6s26p3.
Если рассматривать эту характеристику как способность притягивать электронную плотность, у атома висмута она выражена умеренно: выше, чем у ранних переходных металлов, но ниже, чем у легких неметаллов группы (азота и фосфора).
Это обусловлено тем, что пара внешних 6s‑электронов («инертная пара») прочно удерживается ядром из‑за слабого экранирования глубокими f‑ и d‑орбиталями (лантаноидное и сжатие d-оболочек).
Завершённая внутренняя структура и конкретная величина ЭО определяют три ключевых химических следствия:
Содержание страницы
Электроотрицательность (ЭО) — условный параметр, характеризующий склонность атома в структуре химической связи смещать к себе общие электронные пары.
Различные методики расчёта дают близкие цифровые результаты, опираясь на фундаментальные энергетические константы атома.
| Шкала | Что измеряется | Значение для Bi |
|---|---|---|
| Полинга | Энергии химических связей | 2,02 |
| Малликена | Энергия ионизации + сродство к электрону | ~1,90 |
| Олреда–Рохова | Эффективный заряд ядра и ковалентный радиус | 1,67 |
| Аллена | Средняя энергия валентных электронов | 2,010 |
Данная система расчёта является классической и наиболее часто цитируется в справочной литературе.
Цифровой показатель 2,02 подтверждает пограничный характер элемента между типичными металлами и легкими аналогами-неметаллами.
Это объясняет наличие ковалентных связей в соединениях висмута с галогенами и халькогенами, а также склонность к гидролизу его солей.
Смотреть полную таблицу электроотрицательности для всех элементов.
Методика базируется на квантово-химических характеристиках изолированной газовой фазы:
Первая энергия ионизации I = 703,0 кДж/моль — работа, необходимая для удаления первого внешнего p‑электрона.
Сродство к электрону E — энергия присоединения дополнительного заряда.
Формула: χ = ½ (I + E).
С учётом расчётных коэффициентов метод Малликена выдает результат около 1,90.
Авторы вычисляют показатель через электростатическое кулоновское притяжение периферийных орбит ядром:
где Zэфф — эффективный заряд ядра, r — радиус атома.
С учётом ковалентного радиуса около 152 пм расчётное значение составляет 1,67.
Подход основан на вычислении усреднённой энергии всех валентных подуровней:
где Ei — энергии ионизации валентных электронов, n — их количество.
Для конфигурации 6s26p3 расчет по Аллену дает 2,010.
Полученная величина демонстрирует стабильность удержания внешней электронной оболочки тяжелого атома.
Висмут — элемент 15‑й группы 6‑го периода с атомным порядковым номером 83.
Конфигурация внешней оболочки — [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p3.
Присутствие заполненных f- и d-слоев формирует сильный эффект экранирования, однако массивный заряд ядра (+83) компенсирует его, удерживая валентные электроны на среднем уровне.
В подгруппе азота сверху вниз радиус атомов увеличивается, из-за чего способность притягивать чужую электронную плотность закономерно падает, приводя ЭО висмута к значению 2,02.
Сравнение с элементами 15‑й (VА) группы:
| Элемент | ЭО (Полинг) | Электронная конфигурация |
|---|---|---|
| N (азот) | 3,04 | [He] 2s2 2p3 |
| P (фосфор) | 2,19 | [Ne] 3s2 3p3 |
| As (мышьяк) | 2,18 | [Ar] 3d10 4s2 4p3 |
| Sb (сурьма) | 2,05 | [Kr] 4d10 5s2 5p3 |
| Bi (висмут) | 2,02 | [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p3 |
Закономерное уменьшение ЭО в подгруппе сверху вниз отражает усиление металлических свойств и ослабление неметаллических характеристик.
Умеренная величина ЭО задает особенности межатомного взаимодействия:
Характерные физико‑химические свойства:
| Элемент | ЭО (Полинг) | Первая энергия ионизации, кДж/моль | Атомный радиус, пм |
|---|---|---|---|
| Ba (барий) | 0,89 | 502,9 | 215 |
| La (лантан) | 1,10 | 538,1 | 187 |
| Pt (платина) | 2,28 | 870,0 | 136 |
| Bi (висмут) | 2,02 | 703,0 | 152 |
| Po (полоний) | 2,00 | 812,1 | 153 |
В пределах шестого периода висмут занимает промежуточную ступень, существенно превосходя по электроотрицательности щелочноземельные и переходные элементы начала периода.
Показатель ЭО (2,02) и особенности строения определяют стабильность валентных состояний:
Причина кроется в феномене инертной пары: для тяжелых p-элементов отрыв двух s-электронов требует больших затрат энергии.
Главное правило: в подавляющем большинстве химических соединений висмут выступает в трехвалентном состоянии (+3).
На внешнем подуровне нейтрального атома находятся три неспаренных p-электрона и пара связанных s-электронов (6s26p3).
В стандартных условиях реализуется валентность III, однако при распаривании s-пары в экзотермических процессах валентность может достигать V.
Краткий итог: электронное конфигурация 6s26p3 обуславливает преобладающую валентность III и возможную валентность V.
Строение электронной оболочки задает физико-химический профиль. Формула: [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p3.
На внешнем слое располагаются 5 валентных электронов.
Два ключевых фактора:
Величина ЭО (2,02) напрямую вытекает из указанной электронной конфигурации.
Специфические свойства элемента находят технологическое применение:
Электроотрицательность висмута (по Полингу — 2,02):
Таким образом, висмут представляет собой классический тяжелый p-металл с умеренной электроотрицательностью и ярким проявлением эффекта инертной пары.
Правильные ответы: 1, 3, 4.
Разбор ошибок:
2 — неверно: у висмута (2,02) ЭО значительно ниже, чем у азота (3,04).
5 — неверно: висмут стоит в электрохимическом ряду напряжений правее водорода и не вытесняет его из неокисляющих кислот.
По шкале Полинга электроотрицательность висмута составляет 2,02.
Это связано с эффектом инертной пары: прочное удержание 6s2-электронов затрудняет их полный отрыв до состояния +5.
В галогенидах висмута преобладают полярно-ковалентные связи из-за сопоставимых значений электроотрицательностей.