Теория:
По шкале Полинга электроотрицательность рубидия (Rb) равна (0,82), это одно из наименьших значений среди всех химических элементов.
Определяющее его типичные металлические свойства и чрезвычайно высокую химическую активность.
Рубидий — элемент 1-й (IA) группы, щелочной металл, занимающий место в 5-м периоде между криптоном и стронцием.
Если представить эту характеристику как «силу притяжения» чужих электронов, то у атома рубидия эта способность выражена крайне слабо. Он является сильнейшим восстановителем.
Его единственный валентный электрон слабо удерживается ядром и крайне легко отдаётся при взаимодействии с большинством неметаллов.
Наличие одного валентного электрона на удаленном 5s-уровне (5s1) 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 подтверждают их исключительно металлическую природу и стремление легко отдавать электрон.
| Шкала | Что измеряется | Значение для Rb |
|---|---|---|
| Полинга | Энергии химических связей | 0,82 |
| Малликена | Энергия ионизации + сродство к электрону | 0,99 |
| Олреда–Рохова | Эффективный заряд ядра и ковалентный радиус | 0,89 |
| Аллена | Средняя энергия валентных электронов | 0,706 |
Шкала Полинга является наиболее распространенной и традиционно применяется в школьных и университетских программах.
Значение для рубидия составляет (0,82). Оно наглядно показывает, что рубидий относится к группе наиболее активных металлов Periodic таблицы.
В отличие от элементов средних групп, рубидий практически никогда не образует ковалентных связей с неметаллами.
Смотреть полную таблицу электроотрицательности для всех элементов.
Шкала Малликена основана на энергетических характеристиках изолированного атома:
Первая энергия ионизации I = 403,0 кДж/моль — низкая энергия, необходимая для отрыва валентного 5s-электрона.
Сродство к электрону E = 46,9 кДж/моль — незначительная энергия, выделяющаяся при присоединении электрона.
Формула: χ = ½ (I + E). В пересчете на относительные единицы шкала Малликена дает значение около (0,99), отражающее минимальную 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 большого атомного радиуса (248 пм) и значительного экранирования ядра внутренними слоями расчетное значение составляет (0,89).
Шкала Ларри Аллена рассчитывается через среднюю энергию валентных электронов:
где Ei — энергии ионизации валентных электронов, n — их количество. Для рубидия с его одним валентным (5s1) электроном шкала Аллена дает значение (0,706).
По шкале Аллена рубидий связывает свой внешний электрон значительно слабее, чем литий, натрий или калий, что объясняет его чрезвычайно высокую реакционную способность.
Рубидий — элемент 1-й группы 5-го периода с атомным номером 37. Конфигурация — 1s22s22p63s23p63d104s24p65s1 (или [Kr]5s1).
Единственный валентный электрон находится на 5-м энергетическом уровне. Он сильно удален от ядра и экранируется 36 внутренними электронами.
При этом атомный радиус рубидия очень велик (около 248 пм), поэтому притяжение внешнего электрона к ядру крайне слабое.
Атому энергетически чрезвычайно выгодно отдавать валентный электрон при химических реакциях, переходя в устойчивый катион Rb+.
Сравнение с элементами 5-го периода:
| Элемент | ЭО (Полинг) | Электронная конфигурация |
|---|---|---|
| Rb (рубидий) | 0,82 | [Kr] 5s1 |
| Sr (стронций) | 0,95 | [Kr] 5s2 |
| In (индий) | 1,78 | [Kr] 4d10 5s2 5p1 |
| I (иод) | 2,66 | [Kr] 4d10 5s2 5p5 |
По мере движения слева направо по периоду от рубидия к иоду ЭО закономерно возрастает из-за увеличения заряда ядра и уменьшения атомного радиуса.
Низкое значение электроотрицательности рубидия определяет характер его связей в различных соединениях:
Характерные особенности рубидия:
| 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 перехождении сверху вниз по группе от лития к цезию ЭО закономерно уменьшается из-за роста атомного радиуса и увеличении числа электронных слоев.
Значение ЭО по Полингу (0,82) определяет устойчивое химическое поведение рубидия в химических реакциях.
Эта характеристика обуславливает ключевые свойства элемента:
Причина проста: после отдачи одного валентного электрона атом рубидия приобретает устойчивую электронную конфигурацию инертного газа криптона (1s22s22p63s23p63d104s24p6).
Главное правило: при участии в реакциях с неметаллами рубидий всегда отдаёт один электрон, проявляя в соединениях степень окисления +1.
На внешнем уровне у атома рубидия в основном состоянии находится 1 неспаренный 5s-электрон.
Поскольку единственный валентный электрон отдаётся крайне легко, валентность рубидия во всех химических соединениях строго постоянна и равна I.
Краткий итог: электронное строение 5s1 определяет постоянную валентность рубидия, равную I.
Электроотрицательность рубидия вытекает из строения его электронной оболочки.
Электронная формула рубидия: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 5s1
На внешнем энергетическом уровне находится 1 валентный электрон.
Два ключевых фактора:
Значение электроотрицательности (0,82) — это прямое следствие формулы [Kr]5s1.
Благодаря своей электронной структуре и чрезвычайно низкой ЭО рубидий широко используется:
В отличие от металлов главных групп 2–3 периодов:
Электроотрицательность рубидия (по Полингу равна 0,82):
Таким образом, рубидий выступает классическим примером щелочного металла с чрезвычайно низкой электроотрицательностью.
Правильные ответы: 1, 3, 4.
Разбор ошибок:
2 — неверно: электроотрицательность рубидия (0,82) ниже, чем у лития (0,98).
5 — неверно: рубидий всегда проявляет степень окисления +1.
По шкале Полинга электроотрицательность рубидия равна 0,82.
Из-за большого атомного радиуса и низкой ЭО (0,82) атом рубидия чрезвычайно легко отдаёт свой единственный 5s-электрон.
Из-за низкой электроотрицательности в реакциях с неметаллами рубидий образует практически чисто ионные химические связи.