Электроотрицательность сурьмы (Sb): значение, факторы и влияние в реакциях

Теория:

По шкале Полинга электроотрицательность сурьмы (Sb) равна 2,05 — это среднее значение, характерное для типичных металлоидов (полуметаллов), находящихся на границе между металлами и неметаллами.

Сурьма — p‑элемент 15‑й (VА) группы 5‑го периода с внешней электронной конфигурацией 5s25p3.

Если рассматривать данную характеристику как способность стягивать на себя электронную плотность, у атома сурьмы она выражена умеренно.

Заметно сильнее, чем у металлов главной подгруппы (например, индия или олова), но ниже, чем у сильных неметаллов (мышьяка или азота).

Это обусловлено тем, что три неспаренных p‑электрона и два s‑электрона внешнего слоя экранируются заполненными глубокими d‑ и f‑орбиталями.

Электронное строение (5s25p3) и конкретная величина ЭО определяют три ключевых химических следствия:

      1. Характерные степени окисления +3 и +5 в соединениях.
      2. Двойственный амфотерный характер с преобладанием слабокислых свойств.
      3. Склонность к образованию ковалентных полярных связей и комплексных анионов (например, [SbCl6]−).

Как определяют электроотрицательность: основные шкалы

Электроотрицательность (ЭО) — условный параметр, характеризующий склонность атома в структуре молекулы притягивать общие электронные пары.

Различные подходы дают отличные цифровые результаты из-за опоры на индивидуальные физические константы.

Шкала Что измеряется Значение для Sb
Полинга Энергии химических связей 2,05
Малликена Энергия ионизации + сродство к электрону 1,82
Олреда–Рохова Эффективный заряд ядра и ковалентный радиус 1,82
Аллена Средняя энергия валентных электронов 1,892

Шкала Полинга

Данная система расчёта пользуется наибольшей популярностью в академической литературе.

Цифровой показатель 2,05 подтверждает промежуточный статус сурьмы как классического полуметалла, способного образовывать как катионные формы в кислых средах, так и устойчивые анионные комплексы.

Это объясняет наличие выраженной ковалентной составляющей в сульфидах (Sb2S3) и галогенидах элемента.

Смотреть полную таблицу электроотрицательности для всех элементов.

Шкала Малликена

Методика базируется на квантово-химических характеристиках изолированной частицы:

Первая энергия ионизации I = 834,0 кДж/моль — работа, затрачиваемая на удаление первого валентного электрона.

Сродство к электрону E = 101,5 кДж/моль — энергия, выделяющаяся при присоединении электрона.

Формула: χ = ½ (I + E).

С учётом расчётных поправок метод Малликена выдает результат около 1,82.

Шкала Олреда–Рохова

Авторы вычисляют показатель через электростатическое притяжение периферийных зарядов ядром:

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

С учётом ковалентного радиуса 141 пм и параметров экранирования расчетное значение равно 1,82.

Шкала Аллена

Подход основан на вычислении усреднённой энергии валентных подуровней:

где Ei — энергии ионизации валентных электронов, n — их количество.

Для конфигурации 5s25p3 расчёт по Аллену дает 1,892.

Полученная величина демонстрирует умеренную способность удерживать электронное облако на внешней оболочке.

Почему у сурьмы промежуточная электроотрицательность

Сурьма — элемент 15‑й группы 5‑го периода с атомным порядковым номером 51.

Конфигурация внешней оболочки — [Kr] 4d10 5s2 5p3.

Половина заполнения p‑подуровня обеспечивает дополнительную стабильность, однако возросший радиус атома (около 141 пм) и значительное удаление валентных электронов от ядра (+51) ослабляют их жесткое удержание.

В подгруппе азота сверху вниз ЭО закономерно уменьшается по мере роста атомного номера, превращая азот в сильный неметалл, а сурьму — в полуметалл.

Сравнение с элементами 15‑й (VА) группы:

Элемент ЭО (Полинг) Электронная конфигурация
N (азот) 3,04 [He] 2s2 2p3
P (фосфор) 2,19 [Ne] 3s2 3p3
As (мышьяк) 2,18 [Ar] 3d10 4s2 4p3
Sb (сурьма) 2,05 [Kr] 4d10 5s2 5p3
Bi (висмут) 2,02 [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p3

Поступенчатое снижение ЭО вниз по группе отражает ослабление неметаллических свойств и усиление металлического характера.

Как свойства сурьмы влияют на тип химической связи

Промежуточное значение ЭО формирует специфику химического поведения элемента:

      • Ковалентно-полярные структуры: в гидриде (стибине SbH3) и галогенидах (SbCl3, SbCl5) преобладают ковалентные связи с небольшой долей ионности.
      • Амфотерность оксидов: оксид сурьмы(III) Sb2O3 взаимодействует как с кислотами, так и со щелочами, образуя соли или антимонаты.
      • Окислительно-восстановительные переходы: элемент проявляет амбивалентные свойства, выступая в реакциях как слабый восстановитель или окислитель.

Характерные физико‑химические свойства:

      • Хрупкий полуметалл: имеет серебристо-белый цвет с синеватым отливом, легко крошится при ударе.
      • Слабая электро- и теплопроводность по сравнению с классическими металлами.

Сравнение сурьмы с элементами 5‑го периода

Элемент ЭО (Полинг) Первая энергия ионизации, кДж/моль Атомный радиус, пм
Cd (кадмий) 1,69 867,8 151
In (индий) 1,78 558,3 167
Sn (олово) 1,96 708,6 141
Sb (сурьма) 2,05 834,0 141
Te (теллур) 2,10 869,3 136

В горизонтальном ряду 5-го периода сурьма располагается ближе к неметаллической части, демонстрируя более высокие показатели ЭО по сравнению с металлами оловом и индием.

Положение в периодической системе и электронная структура

      • Группа: 15-я (VА).
      • Период: 5-й.
      • Конфигурация: [Kr] 4d10 5s2 5p3.
      • Валентные электроны: 5 электронов на внешнем уровне.
      • Свойства: p‑элемент с выраженными чертами полупроводника.
Важно: здесь показаны только основные параметры. Полное описание положения сурьмы в периодической системе доступно по ссылке — с разбором всех деталей.

Физические и энергетические характеристики

      • Первая энергия ионизации — 834,0 кДж/моль.
      • Атомный радиус — около 141 пм.
      • Восстановительная способность — умеренная, окисляется концентрированной азотной кислотой до сурьмяной кислоты.

Степень окисления сурьмы: роль электронной структуры

Показатель ЭО (2,05) задает гибкость валентного состояния элемента в соединениях:

      • Распространенная степень окисления (+3): реализуется за счет использования трех неспаренных 5p‑электронов.
      • Высшая степень окисления (+5): достигается при распаривании пары 5s‑электронов (например, в SbF5 или Na[Sb(OH)6]).
      • Отрицательная степень окисления (−3): проявляется в антимонидах с активными металлами (например, Na3Sb).

Главное правило: способность удерживать чужие электроны позволяет сурьме легко переходить как в положительные, так и в отрицательные степени окисления.

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

Валентность сурьмы: особенности элемента

На внешней оболочке атома сурьмы находится пять валентных электронов (5s25p3).

В зависимости от условий и энергетических затрат на распаривание s‑пары, сурьма способна проявлять валентность III или V.

Краткий итог: электронное строение внешней сферы обуславливает вариативную валентность III и V.

Важно: для полного понимания особенностей атома смотри дополнительно валентность сурьмы.

Как электронная конфигурация сурьмы объясняет её свойства

Строение электронной оболочки полностью определяет химический профиль. Формула: [Kr] 4d10 5s2 5p3.

На внешней орбитали располагаются 5 валентных электронов.

Два ключевых фактора:

      1. Полузаполненный p-подуровень. Конфигурация 5p3 устойчива, но допускает как отдачу, так и принятие электронов.
      2. Промежуточный размер атома. Умеренная удаленность валентной зоны от ядра формирует сбалансированную электроотрицательность.

Величина ЭО (2,05) напрямую вытекает из формулы [Kr] 4d10 5s2 5p3.

Важно: Конфигурация показывает строение всех электронных слоёв, подробнее — электронная формула сурьмы доступна по ссылке.

Химическая активность и применение

Уникальные полупроводниковые и легирующие свойства элемента востребованы в промышленности:

      • В производстве полупроводниковых приборов, диодов и инфракрасных детекторов.
      • Как компонент твердых сплавов (свинцовых аккумуляторов, типографского шрифта и подшипников).
      • В составе огнезащитных составов и пиротехнических смесей.

Особенности, отличающие сурьму от металлов и неметаллов

      • обладает свойствами полупроводника с возрастающей проводимостью при нагревании;
      • формирует амфотерные соединения, склонные к образованию сложных комплексных анионов;
      • при застывании расширяется в объеме, подобно висмуту и воде.
Важно: для полного понимания свойств и химической природы просмотрите сурьму как химический элемент.

Вывод

Электроотрицательность сурьмы (по Полингу — 2,05):

      1. Отражает сбалансированное притяжение валентных электронов полуметалла.
      2. Определяет амфотерность соединений и полупроводниковый характер.
      3. Фиксирует вариативные степени окисления (−3, +3, +5).
      4. Объясняет способность образовывать ковалентно-полярные связи с различными реагентами.

Таким образом, сурьма выступает классическим примером элемента с промежуточной электроотрицательностью, сочетающим свойства металлов и неметаллов.

Проверка знаний

Показать ответы

Правильные ответы: 1, 3, 4.

Разбор ошибок:

2 — неверно: ЭО сурьмы (2,05) значительно ниже, чем у азота (3,04).

5 — неверно: сурьма — полуметалл (элемент p-блока 15-й группы), а не щелочной металл.

Часто задаваемые вопросы

Чему равна электроотрицательность сурьмы по Полингу?

По шкале Полинга электроотрицательность сурьмы составляет 2,05.

Какие степени окисления наиболее характерны для сурьмы?

Сурьма наиболее часто проявляет степени окисления +3 и +5, а также способна принимать отрицательное значение −3 в соединении с металлами.

Почему у сурьмы промежуточная электроотрицательность?

Будучи p‑элементом 15-й группы и занимая промежуточное положение между фосфором/мышьяком и висмутом, сурьма обладает сбалансированным радиусом и умеренным зарядом ядра, что определяет её статус полуметалла.