Теория:
По шкале Полинга электроотрицательность калия (K) равна (0,82). Это одно из наименьших значений среди химических элементов.
Определяющее его типичные металлические свойства и высочайшую химическую активность.
Калий — элемент 1-й (IА) группы, занимающий место в 4-м периоде между натрием и рубидием.
Если представить эту характеристику как «силу притяжения» чужих электронов, то у атома калия эта способность выражена крайне слабо.
Он является классическим щелочным металлом с сильными восстановительными свойствами.
Его единственный валентный электрон слабо удерживается ядром и чрезвычайно легко отдаётся при взаимодействии с большинством неметаллов.
Наличие одного валентного электрона (4s1) влечёт три основных химических следствия:
Содержание страницы
Электроотрицательность (ЭО) — условная величина, отражающая способность атома в молекуле смещать к себе общие электронные пары.
Для активных щелочных металлов низкие значения во всех шкалах подчеркивают их выраженную способность отдавать, а не притягивать электроны.
| Шкала | Что измеряется | Значение для K |
|---|---|---|
| Полинга | Энергии химических связей | 0,82 |
| Малликена | Энергия ионизации + сродство к электрону | 1,03 |
| Олреда–Рохова | Эффективный заряд ядра и ковалентный радиус | 0,91 |
| Аллена | Средняя энергия валентных электронов | 0,734 |
Шкала Полинга является наиболее распространенной и традиционно применяется в школьных и университетских программах.
Значение для калия составляет (0,82). Оно наглядно показывает, что калий входит в число самых активных металлов Периодической системы.
В отличие от элементов 3-го и последующих периодов с большей ЭО, калий образует практически чисто ионные связи в соединениях с галогенами и кислородом.
Смотреть полную таблицу электроотрицательности для всех элементов.
Шкала Малликена основана на энергетических характеристиках изолированного атома: Первая энергия ионизации I = 418,8 кДж/моль — энергия, необходимая для отрыва валентного 4s-электрона.
Сродство к электрону E = 48,4 кДж/моль — энергия, выделяющаяся при присоединении электрона.
Формула: χ = ½ (I + E). В пересчете на относительные единицы шкала Малликена дает значение около (1,03), отражающее минимальную удерживающую способность ядра.
Олред и Рохов рассчитывают ЭО исходя из кулоновской силы притяжения внешних электронов к ядру:
Из-за большого атомного радиуса (227 пм) и значительного экранирования ядра внутренними слоями расчетное значение составляет (0,91).
Шкала Ларри Аллена рассчитывается через среднюю энергию валентных электронов:
Для калия с его единственным валентным (4s1) электроном шкала Аллена дает значение (0,734).
По шкале Аллена калий значительно слабее удерживает валентный электрон, чем натрий и литий, что объясняет его более высокую химическую активность.
Калий — элемент 1-й группы 4-го периода с атомным номером 19. Конфигурация — 1s22s22p63s23p64s1 (или [Ar]4s1).
Единственный валентный электрон находится на 4-м энергетическом уровне на значительном удалении от ядра.
Три внутренних электронных слоя эффективно экранируют заряд ядра (+19). При этом атомный радиус калия весьма велик (около 227 пм).
Атому энергетически выгодно отдавать валентный электрон при химических реакциях для достижения устойчивой восьми электронной конфигурации аргона.
Сравнение с элементами 4-го периода:
| Элемент | ЭО (Полинг) | Электронная конфигурация |
|---|---|---|
| K (калий) | 0,82 | [Ar] 4s1 |
| Ca (кальций) | 1,00 | [Ar] 4s2 |
| Ga (галлий) | 1,81 | [Ar] 3d10 4s2 4p1 |
| Br (бром) | 2,96 | [Ar] 3d10 4s2 4p5 |
По мере движения слева направо по периоду от калия к брому ЭО закономерно возрастает из-за увеличения заряда ядра и уменьшения атомного радиуса.
Низкое значение электроотрицательности калия определяет выраженный ионный характер его связей в большинстве соединений:
Характерные особенности калия:
| Элемент | ЭО (Полинг) | Первая энергия ионизации, кДж/моль | Атомный радиус, пм |
|---|---|---|---|
| Li (литий) | 0,98 | 520,2 | 152 |
| Na (натрий) | 0,93 | 495,8 | 186 |
| K (калий) | 0,82 | 418,8 | 227 |
| Rb (рубидий) | 0,82 | 403,0 | 248 |
| Cs (цезий) | 0,79 | 375,7 | 265 |
При движении сверху вниз по подгруппе от лития к цезию ЭО закономерно уменьшается в связи с ростом атомного радиуса и усилением металлических свойств.
Значение ЭО по Полингу (0,82) определяет химическое поведение калия во всех реакциях. Эта характеристика обуславливает ключевые свойства элемента:
Причина проста: после отдачи внешнего электрона атом калия приобретает устойчивую электронную конфигурацию инертного газа аргона (1s22s22p63s23p6).
Главное правило: при участии в химических реакциях калий отдаёт один электрон, проявляя в соединениях степень окисления +1.
На внешнем уровне у атома калия в основном состоянии находится 1 неспаренный 4s-электрон.
Так как на внешнем уровне присутствует только один электрон, валентность калия во всех его химических соединениях всегда постоянна и равна I.
Краткий итог: электронное строение 4s1 определяет постоянную валентность калия, равную I.
Электроотрицательность калия вытекает из строения его электронной оболочки.
Электронная формула калия: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 На внешнем энергетическом уровне находится 1 валентный электрон.
Два ключевых фактора:
Значение электроотрицательности (0,82) — это прямое следствие формулы 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1.
Благодаря своей электронной структуре и низкому значению ЭО калий широко используется:
В отличие от кальция и последующих элементов 4-го периода:
Электроотрицательность калия (по Полингу равна 0,82):
Таким образом, калий выступает классическим примером чрезвычайно активного щелочного металла с очень низкой электроотрицательностью.
По шкале Полинга электроотрицательность калия равна 0,82.
Из-за низкой ЭО (0,82) и большого атомного радиуса калий легко отдаёт свой единственный валентный 4s-электрон.
Из-за низкой электроотрицательности калий образует преимущественно ионные химические связи с неметаллами.