Теория:
По шкале Полинга электроотрицательность криптона (Kr) равна (3,00), это относительно высокое значение для инертного (благородного) газа 4-го периода.
Определяющее его способность в жестких условиях вступать в химические реакции и образовывать соединения с наиболее электроотрицательными элементами (в первую очередь с фтором).
Криптон — элемент 18-й (VIIIА) группы, занимающий место в 4-м периоде между бромом и рубидием.
Если представить эту характеристику как «силу притяжения» чужих электронов, то у атома криптона эта способность выражена примерно так же, как у азота или хлора.
Из-за завершенного внешнего электронного слоя (8 электронов) криптон крайне неохотно вступает в химические связи.
Его валентные электроны удерживаются ядром очень прочно, поэтому в обычных условиях криптон существует в виде одноатомного газа.
Наличие завершенного внешнего энергетического уровня (4s24p6) влечёт три основных химических следствия:
Содержание страницы
Электроотрицательность (ЭО) — условная величина, отражающая способность атома в молекуле смещать к себе общие электронные пары.
Для благородных газов определение ЭО долгое время оставалось сложной задачей, так как они долгое время считались химически абсолютно инертными.
Современные шкалы рассчитывают ЭО криптона на основе теоретических расчетов и энергий ионизации.
| Шкала | Что измеряется | Значение для Kr |
|---|---|---|
| Полинга | Энергии химических связей (экстраполяция) | 3,00 |
| Малликена | Энергия ионизации + сродство к электрону | 3,01 |
| Олреда–Рохова | Эффективный заряд ядра и ковалентный радиус | 2,94 |
| Аллена | Средняя энергия валентных электронов | 3,250 |
Шкала Полинга является наиболее распространенной и традиционно применяется в учебной литературе.
Экстраполированное значение для криптона составляет (3,00).
Оно показывает, что при вынужденном образовании связей криптон притягивает электронное облако сильнее многих металлов и неметаллов.
Тем не менее, из-за более высокой ЭО фтора (3,98) в фторидах криптона электронная плотность смещена от атома криптона к атомам фтора.
Смотреть полную таблицу электроотрицательности для всех элементов.
Шкала Малликена основана на фундаментальных энергетических свойствах изолированного атома:
Первая энергия ионизации I = 1350,8 кДж/моль — энергия, необходимая для отрыва первого внешнего 4p-электрона.
Сродство к электрону E ≈ 0 кДж/моль — присоединение электрона к завершенному октету энергетически невыгодно.
Формула: χ = ½ (I + E).
В пересчете на относительные единицы шкала Малликена дает значение около (3,01), отражающее сильное удерживание собственных электронов.
Олред и Рохов рассчитывают ЭО исходя из кулоновской силы притяжения внешних электронов к ядру:
где Zэфф — эффективный заряд ядра, r — ковалентный радиус атома.
При ковалентном радиусе около 112 пм и высоком эффективном заряде ядра расчетное значение составляет (2,94).
Шкала Ларри Аллена рассчитывается через среднюю энергию валентных электронов:
где Ei — энергии ионизации валентных электронов, n — их количество.
Для криптона с его 8 валентными электронами (4s24p6) шкала Аллена дает значение (3,250).
Высокое значение по Аллену объясняется глубоким залеганием 4s- и 4p-орбиталей и высокой энергией ионизации.
Криптон — элемент 18-й группы 4-го периода с атомным номером 36. Электронная конфигурация — 1s22s22p63s23p63d104s24p6 (или [Ar]3d104s24p6).
Восемь валентных электронов образуют прочный октет на 4-м энергетическом уровне. Высокий заряд ядра (+36) эффективно удерживает электронную оболочку.
Атомный радиус криптона относительно небольшой (около 112 пм), а эффективный заряд ядра велик.
Отдать электроны атому крайне трудно (высокая энергия ионизации 1350,8 кДж/моль), а принять новые не позволяет полностью заполненный внешний слой.
Сравнение с элементами 4-го периода:
| Элемент | ЭО (Полинг) | Электронная конфигурация |
|---|---|---|
| K (калий) | 0,82 | [Ar] 4s1 |
| Ge (германий) | 2,01 | [Ar] 3d10 4s2 4p2 |
| Br (бром) | 2,96 | [Ar] 3d10 4s2 4p5 |
| Kr (криптон) | 3,00 | [Ar] 3d10 4s2 4p6 |
В пределах 4-го периода слева направо электроотрицательность растет от щелочного металла калия до благородного газа криптона.
Особенности электронной оболочки криптона делают его химические соединения редкими и специфическими:
Характерные особенности криптона:
| Элемент | ЭО (Полинг) | Первая энергия ионизации, кДж/моль | Атомный радиус, пм |
|---|---|---|---|
| He (гелий) | — | 2372,3 | 31 |
| Ne (неон) | — | 2080,7 | 38 |
| Ar (аргон) | — | 1520,6 | 71 |
| Kr (криптон) | 3,00 | 1350,8 | 112 |
| Xe (ксенон) | 2,60 | 1170,4 | 130 |
| Rn (радон) | 2,20 | 1037,0 | 145 |
С увеличением радиуса атома сверху вниз по группе энергия ионизации снижается, а химическая активность благородных газов возрастает от криптона к ксенону и радону.
Значение ЭО по Полингу (3,00) и высокий потенциал ионизации определяют крайне ограниченное химическое поведение криптона.
Эта характеристика обуславливает ключевые свойства элемента:
Причина проста: распаривание электронов внешнего слоя требуют очень больших затрат энергии, которые компенсируются только при связывании с самым электроотрицательным элементом — фтором.
Главное правило: криптон проявляет химическую активность исключительно с сильнейшими окислителями, образуя соединения со степенью окисления +2.
На внешнем энергетическом уровне у атома криптона в основном состоянии все 8 электронов спарены (4s24p6), поэтому в нормальных условиях его валентность равна 0.
При воздействии электрического разряда или жесткого излучения атом переходит в возбужденное состояние с распариванием пары 4p-электронов на 4d-орбиталь, что обеспечивает валентность II.
Краткий итог: электронное строение 4s24p6 определяет стандартную валентность 0, а в жестко синтезированных соединениях — II.
Электроотрицательность криптона вытекает из строения его электронной оболочки.
Электронная формула криптона: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6
На внешнем энергетическом уровне находятся 8 валентных электронов (октет).
Два ключевых фактора:
Значение электроотрицательности (3,00) — это прямое следствие строения 4s2 4p6.
Благодаря высокой инертности и специфическим физическим свойствам криптон широко применяется:
В отличие от галогена брома и щелочного металла рубидия:
Электроотрицательность криптона (по Полингу равна 3,00):
Таким образом, криптон выступает классическим примером тяжелого благородного газа с высокой электроотрицательностью и низкой химической активностью.
Правильные ответы: 1, 3, 4.
Разбор ошибок:
2 — неверно: криптон крайне инертен и не реагирует с водой или щелочами.
5 — неверно: в дифториде KrF2 криптон имеет степень окисления +2, так как фтор более электроотрицателен.
По шкале Полинга электроотрицательность криптона составляет 3,00.
Высокая ЭО криптона связана с сильным удерживанием собственных электронов устойчивым октетом (4s24p6).
Из-за отсутствия свободных мест на внешнем уровне атом не стремится принимать чужие электроны, а высокая энергия ионизации препятствует их отдаче.
Наиболее изученным и стабильным соединением является дифторид криптона KrF2, получаемый при воздействии электрического разряда на смесь криптона и фтора при низких температурах.