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:
Содержание страницы
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 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 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.
Олред и Рохов рассчитывают ЭО исходя из кулоновской силы притяжения внешних электронов к ядру:
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 Ларри Аллена рассчитывается через среднюю энергию валентных электронов:
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.
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.
Значение электроотрицательности селена определяет характер его связей в различных соединениях:
Характерные особенности селена:
| 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.
Значение ЭО по Полингу (2,55) определяет разнообразное химическое поведение селена в химических реакциях.
Эта характеристика обуславливает ключевые степени окисления элемента:
Главное правило: при реакции с более электроотрицательными элементами (O, F, Cl) селен отдаёт или смещает свои электроны, проявляя положительные степени окисления (+4, +6).
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.
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:
Значение электроотрицательности (2,55) — это прямое следствие формулы 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p4.
Благодаря своей электронной структуре и значению ЭО селен широко используется:
В отличие от серы и теллура:
Электроотрицательность селена (по Полингу равна 2,55):
Таким образом, селен выступает классическим примером неметалла-халькогена со средней электроотрицательностью.
Правильные ответы: 1, 3, 4, 5.
Разбор ошибок:
2 — неверно: электроотрицательность селена (2,55) намного выше, чем у калия (0,82).
По шкале Полинга электроотрицательность селена равна 2,55.
Из-за высокого значения ЭО (2,55) и наличия 6 валентных электронов селен стремится достроить внешний уровень до октета, проявляя неметаллический характер.
Селен образует ковалентные полярные связи с элементами, отличающимися по ЭО, ковалентные неполярные связи в простом веществе и ионно-ковалентные соединения с металлами.