 |
Квантовые числа элементов.
|
|
|
|
Состояние каждого электрона в атоме характеризуется 4 квантовыми числами:
а) Главное квантовое число n - определяет число уровней в атоме и совпадает с номером периода, в котором находится элемент.
Например: n = 2, значит в атоме две оболочки с электронами, следовательно, элемент находится во втором периоде.
Главное квантовое число n - определяет общий запас энергии электрона и его расстояние от ядра. Чем дальше электрон удален от атома, тем больше запас энергии. При n = 1 энергия электрона минимальна.
n = 1 К – уровень
n = 2 L – уровень
n = 3 M – уровень
n = 4 N – уровень
n = 5 O – уровень
n = 6 Р – уровень
n = 7 Q – уровень
б) Побочное квантовое число l -определяет форму электронного облака. Его значение на 1 меньше, чем у главного квантового числа.
По значению побочного квантового числа определяются подуровни.
Например: если n = 1 l = 0, то это s - подуровень
n = 2 l = 0,1, то это s,р - подуровни
n = 3 l = 0,1,2, то это s,р,d - подуровни
n = 4 l = 0,1,2,3 то это s,р,d,f - подуровни
в) Магнитное квантовое число m – определяет направление вытянутости электронного облака в магнитном поле. Это векторная величина имеет положительные и отрицательные значения в пределах побочного квантового числа.
Например: l = 0, m = 0, то это s – подуровень - одна ячейка
l = 1, m = – 1, 0,+1 р – подуровнь - 3 ячейки
l = 2, m = –2, – 1, 0,+1,+2 d – подуровнь - 5 ячеек
г) Квантовое спиновое число S определяет направление вращения электрона вокруг собственной оси. Если S = + 1/2, то электрон вращается вокруг собственной оси по часовой стрелке и условно обозначается ↑.
Если S = – 1/2, то электрон вращается вокруг собственной оси против часовой стрелки и условно обозначается ↓.
Строение атома и распределение электронов по оболочкам у элементов малых и больших периодов.
|
|
|
В 1913 году ученый-Н. Бор развил квантовую теорию строения атома. В основу теории положил следующие постулаты: электрон может двигаться вокруг ядра атома не по любым орбитам, а по вполне определенным. Число орбит элемента определяется номером периода. Периодов семь, то значит, различают 1,2,3,4,5,6,7 уровни энергии, которые называются квантовыми слоями и обозначаются: К, L, М, N, О, P, Q.
Уровни подразделяются на подуровни, которые обозначаются буквами латинского алфавита s, р, d, f.
Первому энергетическому уровню соответствует s – подуровень, второму уровню – два подуровня: s, р, третьему уровню – три подуровня: s, р, d, четвертому уровню – четыре подуровня: s, р, d, f.
Согласно второму принципу Паули: два электрона могут занять одну и ту же орбиту при условии, что их спины имеют противоположные направления
Согласно принципу Паули:
· первый уровень содержит не более 2 электронов
· второй – не более 8,
· третий – не более 18,
· четвертый – не более 32 электронов
Если в атоме какой-либо уровень окажется незаполненным, то электроны в нем распределяются в соответствии с правилом Хунда:
квантовые ячейки заполняются сначала по одному электрону, а затем по другому с противоположно направленным спином.
а) схема строения атома H +1)1е
б) графическое изображение электронной оболочки атома элемента водорода
| ↑ |
1s
в) электронная формула элемента водорода 1s1
Азот - N заряд ядра +7)2е)5е 1s2 2s22р3
| ↑↓ | ||
| ↑ | ↑ | ↑ |
2s
| ↑↓ |
1s
Кислород – O заряд ядра +8)2е)6е 1s2 2s22р4
| ↑↓ | ||
| ↑↓ | ↑ | ↑ |
2s
| ↑↓ |
1s
Калий – Кзарядядра +19)2е)8е)8е)1е 1s2 2s22р63s23p64s1
| ↑ |
4s
| ↑↓ | ||
| ↑↓ | ↑↓ | ↑↓ |
3s
| ↑↓ | ||
| ↑↓ | ↑↓ | ↑↓ |
2s
| ↑↓ |
1s
Контрольные вопросы:
1. Какие предпосылки послужили основой открытия Периодического закона?
|
|
|
2. Как таблица Менделеева структурируется по горизонтали? Какие периоды выделяют в таблице Менделеева?
3. Как таблица Менделеева структурируется по вертикали? Охарактеризуйте главную и побочную подгруппы.
4. Какие из химических элементов в таблице Менделеева связаны с Россией?
5. Охарактеризуйте координаты элемента №33 и №41 в таблице Менделеева
6. Что объединяет элементы главной и побочной подгрупп? Приведите примеры
7. Расположите следующие элементы: фосфор, магний, хлор – в порядке возрастания неметаллических свойств. Расположите эти элементы в порядке возрастания металлических свойств.
8. Расположите следующие элементы: сурьма, фосфор, висмут – в порядке возрастания неметаллических свойств. Расположите эти элементы в порядке возрастания металлических свойств.
9. Расположите следующие элементы: магний, барий, стронций, бериллий – в порядке увеличения радиусов атомов. Как изменяются металлические св-ва элементов в этом ряду?
10. Напишите электронные формулы следующих атомов: кислорода, магния, фосфора, аргона, ванадия.
Тема.1.3: Строение вещества
Перечень изучаемых вопросов:
1. Ковалентная химическая связь. Механизм образования. Электроотрицательность. Ковалентные полярная и неполярная связи. Молекулярные и атомные кристаллические решетки.
2. Ионная химическая связь. Катионы, их образование из атомов в результате процесса окисления. Анионы, их образование из атомов в результате процесса восстановления. Ионная связь, как связь между катионами и анионами за счет электростатического притяжения.. Ионные кристаллические решетки.
3. Металлическая связь. Металлическая кристаллическая решетка и металлическая химическая связь. Физические свойства металлов.
4. Агрегатные состояния веществ и водородная связь. Твердое, жидкое и газообразное состояния веществ. Переход вещества из одного агрегатного состояния в другое. Водородная связь, ее роль в формировании структур биополимеров.
5. Чистые вещества и смеси. Понятие о смеси веществ. Гомогенные и гетерогенные смеси. Состав смесей: объемная и массовая доли компонентов смеси, массовая доля примесей.
Дисперсные системы.Понятие о дисперсной системе. Дисперсная фаза и дисперсионная среда. Классификация дисперсных систем. Понятие о коллоидных системах.
|
|
|
Ковалентная химическая связь. Механизм образования ковалентной связи (обменный и донорно-акцепторный). Электроотрицательность. Ковалентные полярная и неполярная связи. Кратность ковалентной связи. Молекулярные и атомные кристаллические решетки.
Ковалентная связь образуется в результате перекрывания электронных облаков атомов, сопровождающегося выделением энергии.
Различают несколько механизмов образования ковалентной связи: обменный (равноценный), донорно-акцепторный, дативный.
При использовании обменного механизма образование связи рассматривается как результат спаривания спинов свободных электронов атомов. При этом осуществляется перекрывание двух атомных орбиталей соседних атомов, каждая из которых занята одним электроном. Таким образом, каждый из связываемых атомов выделяет для обобществления пары по электрону, как бы обмениваясь ими.например, при образовании молекулы трифторида бора из атомов три атомные орбитали бора, на каждой из которых имеется по одному электрону, перекрываются с тремя атомными орбиталями трех атомов фтора (на каждой из них также находится по одному неспаренному электрону). В результате спаривания электронов в областях перекрывания соответствующих атомных орбиталей появляется три пары электронов, связывающих атомы в молекулу.
По донорно-акцепторному механизму перекрывается орбиталь с парой электронов одного атома и свободная орбиталь другого атома. В этом случае в области перекрывания также оказывается пара электронов. По донорно-акцепторному механизму происходит, например, присоединение фторид-иона к молекуле трифторида бора. Вакантная р -орбиталь бора (акцептора электронной пары) в молекуле BF3 перекрывается с р -орбиталью иона F−, выступающего в роли донора электронной пары. В образовавшемся ионе [BF4]− все четыре ковалентные связи бор−фтор равноценны по длине и энергии, несмотря на различие в механизме их образования.
Атомы, внешняя электронная оболочка которых состоит только из s - и р -орбиталей, могут быть либо донорами, либо акцепторами электронной пары. Атомы, у которых внешняя электронная оболочка включает d -орбитали, могут выступать в роли и донора, и акцептора пар электронов. В этом случае рассматривается дативный механизм образования связи. Примером проявления дативного механизма приобразования связи служит взаимодействие двух атомов хлора. Два атома хлора в молекуле Cl2 образуют ковалентную связь по обменному механизму, объединяя свои неспаренные 3 р -электроны. Кроме того, происходит перекрывание 3 р -орбитали атом Cl-1, на которой имеется пара электронов, и вакантной 3 d -орбитали атома Cl-2, а также перекрывание 3 р -орбитали атом Cl-2, на которой имеется пара электронов, и вакантной 3 d -орбитали атома Cl-1. Действие дативного механизма приводит к увеличению прочности связи. Поэтому молекула Cl2 является более прочной, чем молекула F2, в которой ковалентная связь образуются только по обменному механизму:
|
|
|
| Молекулы | F2 | Cl2 | Br2 | I2 |
| Энергия связи, кДж/моль |
Электроотрицательность (χ) — фундаментальное химическое свойство атома, количественная характеристика способности атома в молекуле притягивать к себе общие электронные пары.
|
|
|
