18.1. Электронные структуры лития, бериллия, бора, кремния и родственных им элементов

Электронные конфигурации атомов первых элементов I, II, III и IV групп приведены в табл. 5.4. Распределение электронов по орбиталям в этой таблице точно такое же, как и на диаграмме энергетических уровней электронных оболочек и подоболочек элементов (рис. 5.6).

Элементы I группы имеют на один электрон больше, чем предшествующие им аргоноиды; элементы II группы имеют на два электрона больше, а элементы III группы — на три электрона больше. Внешняя оболочка каждого атома состоит из октета электронов, причем два из них относятся к s-орбитали и шесть — к трем p-орбиталям данной оболочки. Один, два и три внешних электрона металлических элементов легко отделяются от атомов, и при этом образуются катионы Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺, Be²⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Al³⁺, Sc³⁺, Y³⁺ и La³⁺. Каждый из этих элементов образует только один главный ряд соединений, в которых он имеет степень окисления +1 для I группы, +2 для II группы и +3 для III группы. Металлоид бор также образует соединения со степенью окисления +3, однако катион B³⁺ неустойчив.

В последовательности элементов углерод идет сразу же за бором и кремний за алюминием, но затем элементы IV группы периодической системы — германий, олово и свинец — значительно отдалены от соответствующих элементов III группы — скандия, иттрия и лантана. Германий от скандия отделен десятью элементами переходного ряда железа, олово от иттрия отделено десятью элементами переходного ряда палладия и свинец от лантана — десятью элементами переходного ряда платины и четырнадцатью лантаноидами*.

Каждый из элементов IV группы имеет четыре валентных электрона, занимающих s- и p-орбитали внешней оболочки. Максимальная степень окисления этих элементов равна +4. Все соединения кремния отвечают этой степени окисления. Германий, олово и свинец образуют два ряда соединений, характеризующихся степенями окисления +4 и +2, причем для свинца более важной является последняя степень окисления.

* Среди химиков существуют некоторые разногласия относительно такого разделения элементов на группы периодической системы. Автор описал переходные элементы как элементы, занимающие положение между III и IV группами длинных периодов периодической таблицы. Согласно другому, почти столь же широко распространенному мнению, эти элементы занимают положение между II и III группами (разд. 16.2).