Химия Электроотрицательность химических элементов Электроотрицательность селена (Se): значение, факторы и влияние в реакциях

Электроотрицательность селена (Se): значение, факторы и влияние в реакциях

Теория:

По шкале Полинга электроотрицательность селена (Se) равна (2,55), это характерное значение для халькогенов (элементов 16-й группы).

Определяющее его выраженные неметаллические свойства и способность образовывать соединения как с положительными, так и с отрицательными степенями окисления.

Селен — элемент 16-й (VIA) группы, занимающий место в 4-м периоде между мышьяком и бромом, непосредственно под серой.

Если представить эту характеристику как «силу притяжения» чужих электронов, то у атома селена эта способность выражена намного сильнее, чем у металлов, но уступает галогенам и более лёгким аналогам по подгруппе (кислороду и сере).

Его валентные электроны удерживаются ядром достаточно прочно, что позволяет атому легко притягивать электроны от элементов с меньшей ЭО или обобществлять их при образовании ковалентных связей.

Наличие шести валентных электронов (4s24p4) влечёт три основных химических следствия:

  1. Проявление характерных степеней окисления −2, +4 и +6 в сложных соединениях.
  2. Образование кислотных оксидов (SeO2, SeO3) и соответствующих им кислот (H2SeO3, H2SeO4).
  3. Преимущественное образование полярных и неполярных ковалентных связей с неметаллами и металлами.

Электроотрицательность Селена (Se): значение по Полингу — 2,55, по Аллену — 2,424, по Малликену — 2,48. Что влияет на ЭО селена: радиус атома (120 пм), шест валентных электронов 4s²4p⁴, заряд ядра +34. Расположен в ряду ЭО между мышьяком и бромом.

Как определяют электроотрицательность: основные шкалы

Электроотрицательность (ЭО) — условная величина, отражающая способность атома в молекуле смещать к себе общие электронные пары.

Для селена различие между значениями в разных шкалах отражает его промежуточное положение между яркими неметаллами и полуметаллами.

Шкала Что измеряется Значение для Se
Полинга Энергии химических связей 2,55
Малликена Энергия ионизации + сродство к электрону 2,48
Олреда–Рохова Эффективный заряд ядра и ковалентный радиус 2,48
Аллена Средняя энергия валентных электронов 2,424

Шкала Полинга

Шкала Полинга является наиболее распространенной и традиционно применяется в школьных и университетских программах.

Значение для селена составляет (2,55). Оно наглядно показывает, что селен относится к категории неметаллов со средней электроотрицательностью (близкой к углероду и водороду).

В отличие от металлов, селен преимущественно образует соединения с ковалентными связями.

Смотреть полную таблицу электроотрицательности для всех элементов.

Шкала Малликена

Шкала Малликена основана на энергетических характеристиках изолированного атома:

Первая энергия ионизации I = 941,0 кДж/моль — энергия, необходимая для отрыва первого валентного 4p-электрона.

Сродство к электрону E = 195,0 кДж/моль — энергия, выделяющаяся при присоединении электрона.

Формула: χ = ½ (I + E). В пересчете на относительные единицы шкала Малликена дает значение около (2,48), отражающее высокую способность удержания и притяжения электронов.

Шкала Олреда–Рохова

Олред и Рохов рассчитывают ЭО исходя из кулоновской силы притяжения внешних электронов к ядру:

Формула Олреда–Рохова для определения электроотрицательности селена

где Zэфф — эффективный заряд ядра, r — радиус атома.

Благодаря относительно небольшому атомному радиусу (120 пм) и значимому эффективному заряду ядра (+34) расчетное значение составляет (2,48).

Шкала Аллена

Шкала Ларри Аллена рассчитывается через среднюю энергию валентных электронов:

Формула шкалы Аллена для определения электроотрицательности селена

где Ei — энергии ионизации валентных электронов, n — их количество. Для селена с его шестью валентными (4s24p4) электронами шкала Аллена дает значение (2,424).

По шкале Аллена селен удерживает валентные электроны значительно сильнее, чем элементы начала 4-го периода, что объясняет его неметаллический химический характер.

Почему у селена высокая электроотрицательность

Селен — элемент 16-й группы 4-го периода с атомным номером 34. Конфигурация — 1s22s22p63s23p63d104s24p4 (или [Ar]3d104s24p4).

Шесть валентных электронов находятся на 4-м энергетическом уровне. Заряд ядра (+34) сжимает электронную оболочку сильнее, чем у калия (+19), кальция (+20) и галлия (+31).

При этом ковалентный радиус селена невелик (около 120 пм), а эффективный заряд ядра высок.

Атому энергетически выгодно принимать два электрона до завершения 8-электронного внешнего слоя (октета), либо обобществлять их при взаимодействии с неметаллами.

Сравнение с элементами 4-го периода:

Элемент ЭО (Полинг) Электронная конфигурация
K (калий) 0,82 [Ar] 4s1
Ga (галлий) 1,81 [Ar] 3d10 4s2 4p1
Se (селен) 2,55 [Ar] 3d10 4s2 4p4
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.

Как свойства селена влияют на тип химической связи

Значение электроотрицательности селена определяет характер его связей в различных соединениях:

  • Ковалентная полярная связь: в соединениях с более электроотрицательными элементами (например, O или F) электронная плотность смещена от селена (SeO2, SeF6). В соединениях с водородом (H2Se) или металлами электронная плотность смещена к селену.
  • Ковалентная неполярная связь: образуется в простом веществе (молекулы Se8 и цепные структуры) благодаря одинаковой ЭО атомов.
  • Кислотные оксиды и гидроксиды: оксиды селена (SeO2, SeO3) растворяются в воде с образованием селенистой (H2SeO3) и селеновой (H2SeO4) кислот.

Характерные особенности селена:

  • Полупроводниковые свойства: селен проявляет фотопроводимость (резкое увеличение электропроводности на свету).
  • Аллотропия: существует в нескольких аллотропных модификациях (серый гексагональный, красный моноклинный и аморфный селен).

Сравнение селена с другими элементами VIA группы (халькогенами)

Элемент ЭО (Полинг) Первая энергия ионизации, кДж/моль Атомный радиус, пм
O (кислород) 3,44 1313,9 60
S (сера) 2,58 999,6 100
Se (селен) 2,55 941,0 120
Te (теллур) 2,10 869,3 140
Po (полоний) 2,00 812,1 167

При движении сверху вниз по подгруппе от кислорода к полонию ЭО закономерно уменьшается ввиду увеличения радиуса атома и числа электронных слоев.

Положение в периодической системе и электронная структура

  • Группа: 16-я (VIA).
  • Период: 4-й.
  • Конфигурация: 1s22s22p63s23p63d104s24p4.
  • Валентные электроны: 6 на внешнем уровне.
  • Свойства: наличие свободных 4d-орбиталей позволяет атому селена переходить в возбужденные состояния с распариванием электронных пар и увеличением валентности до IV и VI.
Важно: здесь показаны только основные параметры. Полное описание положения селен в периодической системе доступно по ссылке — с разбором всех деталей.

Физические и энергетические характеристики

  • Суммарная энергия ионизации (1–6) — около 13 300 кДж/моль.
  • Атомный радиус — около 120 пм.
  • Окислительно-восстановительная двойственность — проявляет свойства окислителя с металлами и водородом, и восстановителя с кислородом и галогенами.

Степень окисления селена: роль электронной структуры

Значение ЭО по Полингу (2,55) определяет разнообразное химическое поведение селена в химических реакциях.

Эта характеристика обуславливает ключевые степени окисления элемента:

  • Отрицательная степень окисления (−2): при взаимодействии с металлами и водородом (H2Se, Na2Se).
  • Степень окисления 0: наблюдается в простом веществе.
  • Положительные степени окисления (+4, +6): при взаимодействии с более электроотрицательными элементами (SeO2, SeO3, H2SeO4).

Главное правило: при реакции с более электроотрицательными элементами (O, F, Cl) селен отдаёт или смещает свои электроны, проявляя положительные степени окисления (+4, +6).

Смотреть правила и как определить степень окисления селена с примерами и объяснениями.

Валентность селена: особенности элемента

На внешнем уровне у атома селена в основном состоянии находится 2 неспаренных 4p-электрона и 2 неподелённые электронные пары (4s2 и 4p2).

При распаривании 4p-пары и переходе электрона на 4d-орбиталь образуется 4 неспаренных электрона (валентность IV).

При последующем распаривании 4s-пары образуется 6 неспаренных электронов (валентность VI). Поэтому селен проявляет валентности II, IV и VI.

Краткий итог: электронное строение 4s24p4 с учётом наличия вакантных d-орбиталей определяет переменные валентности селена II, IV, VI.

Важно: для полного понимания особенностей атома смотри в дополнение валентность селена.

Как электронная конфигурация селена объясняет его свойства

Электроотрицательность селена вытекает из строения его электронной оболочки.

Электронная формула селена: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p4

На внешнем энергетическом уровне находятся 6 валентных электронов.

Два ключевых фактора:

  1. Энергетическая выгода. Присоединение двух электронов завершает внешний слой до устойчивого октета криптона [Kr].
  2. Высокая энергия ионизации. Значительные затраты энергии на отрыв электронов обуславливают преобладание неметаллических свойств и ковалентного характера связей.

Значение электроотрицательности (2,55) — это прямое следствие формулы 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p4.

Важно: Конфигурация показывает строение всех электронных слоев, подробнее электронная формула селена доступна по ссылке — с разбором всех деталей.

Химическая активность и применение

Благодаря своей электронной структуре и значению ЭО селен широко используется:

  • В полупроводниковой технике, фотоэлементах и ксерографии (благодаря фотопроводимости).
  • В стекольной промышленности для обесцвечивания стекла или придания ему красного цвета (селеновый рубин).
  • В металлургии как легирующая добавка для улучшения обрабатываемости сталей и сплавов.

Особенности, отличающие селен от соседних элементов

В отличие от серы и теллура:

  • селен по электроотрицательности (2,55) практически равен сере (2,58), но превосходит теллур (2,10);
  • селеновая кислота (H2SeO4) является более сильным окислителем, чем серная кислота;
  • проявляет выраженные полупроводниковые свойства в серой модификации.
Важно: для полного понимания свойств и химической природы просмотрите селен химический элемент.

Вывод

Электроотрицательность селена (по Полингу равна 2,55):

  1. Отражает высокую способность ядра удерживать валентные 4s- и 4p-электроны и притягивать чужие.
  2. Обуславливает его (неметаллические свойства и окислительно-восстановительную двойственность).
  3. Фиксирует его (переменные степени окисления (−2, +4, +6)).
  4. Объясняет образование (преимущественно ковалентных связей).

Таким образом, селен выступает классическим примером неметалла-халькогена со средней электроотрицательностью.

Проверка знаний

Показать ответы

Правильные ответы: 1, 3, 4, 5.

Разбор ошибок:

2 — неверно: электроотрицательность селена (2,55) намного выше, чем у калия (0,82).

Часто задаваемые вопросы

Чему равна электроотрицательность селена по Полингу?

По шкале Полинга электроотрицательность селена равна 2,55.

Почему селен проявляет неметаллические свойства?

Из-за высокого значения ЭО (2,55) и наличия 6 валентных электронов селен стремится достроить внешний уровень до октета, проявляя неметаллический характер.

Какую химическую связь образует селен?

Селен образует ковалентные полярные связи с элементами, отличающимися по ЭО, ковалентные неполярные связи в простом веществе и ионно-ковалентные соединения с металлами.

Добавить комментарий