Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Глава 2. Строение атома. Периодическая система и периодический закон Д. И. Менделеева в свете современных представлений о строении атома. Химическая связь. Комплексные соединенияСодержание книги
Поиск на нашем сайте
Строение атома Атом имеет сложное строение, он состоит из ядра и движущихся вокруг ядра электронов (масса ~ 0, заряд -1); атом электронейтрален, вся масса атома сосредоточена в ядре. Ядро состоит из нуклонов: протонов – р+ (масса 1, заряд +1, их число (Nр+) равно номеру элемента в периодической системе Д.И. Менделеева) и нейтронов – n0 (масса 1, заряд 0, их число равно Nn0 = Ar – Nр+, где Ar относительнаяатомная масса элемента). Например, у атома меди 2964 Сu число протонов Nр+ = 29, число электронов Nē = 29, число нейтронов Nn0 = Ar(Сu) – Nр+ = 64 – 29 = 35. Изотопы – разновидности атомов одного и того же химического элемента, которые имеют разные массовые числа. Свойства атомов химического элемента зависят не от их масс, а от зарядов их атомных ядер (числа р+). Каждый химический элемент встречается в природе в виде смеси изотопов. Например, Ar(К) = 39,102, т.к. в природе встречаются два вида изотопов калия: 39К с массовым числом 39 и 40К с массовым числом 40. Изотопы водорода 11Н – протий, 21Н – дейтерий, 31Н – тритий. Изобары – атомы различных элементов, имеющие одинаковые массовые числа 4018Ar, 4019K, 4020Ca. Совокупность электронов, окружающих атомное ядро, называется электронной оболочкой. В электронной оболочке различают слои, на которых расположены электроны с различным запасом энергии, поэтому их называют энергетическими уровнями. Число уровней в атоме химического элемента равно соответствующему ему номеру периода в таблице Менделеева (у атома Р, элемента III периода, три уровня, а у атома Ва, элемента VI периода, шесть уровней). Энергетические уровни, содержащие максимальное число электронов – завершенные. Часть атомного пространства, в которой вероятность нахождения данного электрона наибольшая (≈ 90 %), называется атомной орбиталью. Виды атомных орбиталей: s-орбиталь ( имеет форму шара, может разместить не более 2 ē), р-орбиталь (имеет форму объемной восьмерки, на р-подуровне может находиться не более 6 ē), d-орбиталь (имеет форму объемной восьмерки, на d-подуровне может находиться не более 10 ē), f-орбиталь (на f-подуровне может находиться не более 14 ē). Современная теория строения электронных оболочек атома базируется на следующих экспериментальных и теоретических данных: 1. Гипотеза Планка о дискретности, квантовании энергии. Согласно Планку, энергия излучается и поглощается порциями – квантами: ∆Е=hν, где ∆Е – поглощенная или излученная энергия, h – постоянная Планка, равная 6,63·10-34 Дж·сек, ν – частота излучения. 2. Опыты Резерфорда по облучению тонкой золотой фольги α-частицами, на основании которых Резерфорд впервые смог оценить размер атома. Эта величина была равной ~10-8см, при этом оказалось, что практически вся масса атома сосредоточена в области ~10-13см (ядро). 3. Гипотеза де Бройля о волновых свойствах любой микрочастицы: любой вид движения носит одновременно и волновой и корпускулярный характер. Математическое выражение этой гипотезы имеет вид: , где λ – длина волны собственных волновых колебаний частицы, h –постоянная Планка, v – скорость и m –масса частицы. 4. Волновое уравнение Шредингера. В нем Шредингер исходил из предположения, что устойчивому состоянию электрона в атоме соответствует стоячая волна. Состояние электрона в атоме описывает волновая функция (ψ-функция), являющаяся решением уравнения Шредингера. Эта функция (точнее квадрат ее модуля |ψ|2) дает вероятность нахождения электрона на данном расстоянии от центра атома. Поскольку ψ-функция связана с вероятностью, то вводят понятие орбиталь. Под орбиталью понимают часть атомного пространства, в которой вероятность нахождения данного электрона наибольшая (равна ≈ 90 %), т.е. . Орбиталь имеет какую-то ограниченную поверхность, поэтому говорят о типе (виде) орбитали, ее форме и т.п. Непосредственно из уравнения Шредингера вытекают три числа, получившие названия квантовых чисел, описывающих состояние электрона в атоме (n, l, m). Однако скоро выяснилось, что их недостаточно для полного описания состояния электрона в атоме. Это связано с тем, что электрон имеет собственный момент количества движения, так называемый спин. Для учета этого факта в волновую функцию было введено четвертое, спиновое квантовое число (m s), модифицировав волновую функцию, которая в настоящее время описывается четырьмя квантовыми числами, т.е. ψ=f (n, l, m, ms). Квантовые числа. Набор квантовых чисел определяет энергетическое состояние электрона в атоме. Когда говорят о смысле квантовых чисел, выделяют физический (энергетический) смысл и геометрический (форма и взаимное расположение орбиталей в пространстве атома). 1. Первое квантовое число называется главное квантовое число иобозначается n. Принимает целочисленные значения от l до ∞, т.е.[l…∞]. С главным квантовым числом связан основной запас энергии электрона в атоме. С увеличением значения n энергия электрона в атоме увеличивается. Главное квантовое число определяет энергетический уровень, на котором находится электрон. В этом случае уровни принято обозначать заглавными латинскими буквами, начиная с К, т.е.: Значения n: 1 2 3 4 5 6 7 Уровень: K L M N O P Q. Количество электронов на данном уровне (емкость уровня) можно определить по формуле N = 2n2, где n – значение главного квантового числа. 2. Второе квантовое число называется орбитальное квантовое число и обозначается l. Оно зависит от главного квантового числа n и при данном значении его принимает целочисленные значения от 0 до (n- 1), т.е. [0, n- 1]. Орбитальное квантовое число связано с моментом количества движения электрона в атоме. С ростом l энергия электрона в атоме растет, n и l определяют весь запас энергии электрона в атоме. Значения орбитального квантового числа определяют подуровень данного уровня, тип и форму орбитали. При этомдля орбиталей используются условные обозначения: Значение l: 0 1 2 3 4 5 Тип орбитали: s p d f g h 3. Третье квантовое число называется магнитное квантовое число и обозначается m или ml. Оно зависит от орбитального и при данном значении его принимает целочисленные значения от –l до +l, через единицу, включая 0, всего 2l+1 значений. Магнитное квантовое число связано с энергией магнитного взаимодействия электрона с внешним магнитным полем. Число значений магнитного квантового числа (2l +1) дает число орбиталей данного типа. Сами значения m определяют пространственное расположение орбиталей данного типа относительно друг друга. В отсутствии внешнего магнитного поля все орбитали данного типа имеют одинаковую энергию.
4. Четвертое квантовое число называется спиновое квантовое число и обозначается ms или s. Оно определяется внутренними свойствами электрона и может принимать два условных значения +1/2 и – 1/2.Спиновое квантовое число определяет собственный момент количества движения электрона. Считается, что когда ms = +1/2 (графическое изображение – ↑), то электрон вращается относительно оси, совпадающей с направлением движения по часовой стрелке, когда – 1/2 (графическое изображение – ↓), то – против часовой стрелки. В атоме все электроны физически неразличимы, поэтомумы можем определить только набор квантовых чисел последнего по энергии состояния, которое занимает какой-то электрон. Заполнение электронных состояний в атоме. Набор квантовых чисел определяет энергетическое состояние электрона в атоме. В атоме число электронов равно порядковому номеру элемента или, точнее, заряду ядра атома. При заполнении электронных состояний атома в первую очередь заполняется то, которое имеет меньшую энергию. При заполнении электронных состояний атома последовательно реализуются следующие принципы: 1. Минимум энергии:электроны занимают наиболее энергетически выгодную орбиталь, на которой имеется хотя бы одно свободное место. 2. Принцип запрета Паули:в атоме не может быть двух и более электронов, обладающих одинаковым набором всех четырех квантовых чисел (следовательно, на одной орбитали не может располагаться более двух электронов, они должны различаться спиновым квантовым числом). 3. Правило Гунда (Хунда): электроны располагаются по орбиталям таким образом, чтобы их суммарный спин был максимальным (ms), т. е. на подуровне должно быть максимальное число неспаренных электронов. 4. Правила Клечковского: 1-ое правило: при увеличении заряда ядра атома последовательное заполнение электронных орбиталей происходит от орбиталей с меньшим значением суммы главного и орбитального квантовых чисел (n+l) к орбиталям с большим значением этой суммы. 2-ое правило: при одинаковых значениях суммы n+l заполнение орбиталей происходит в порядке возрастания значений главного квантового числа n.
Последовательность заполнения электронных состояний в атоме: 1s2 2s22p6 3s23p6 4s23d104p6 5s24d105p6 6s25d14f145d96p6 7s26d15f146d97p6 Отметим, что в 6-ом и 7-ом периодах сначала один электрон занимает d-состояние, затем происходит полное заполнение f-подуровня, и лишь после этого протекает заполнение d-подуровня до 10 электронов. Следует отметить, что после полного заполнения d- и f-подуровней они «проваливаются» по энергии, и соотношение по энергии имеет вид: Ens>E(n-1)d>E(n-2)f.
|
||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-06-23; просмотров: 408; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.149.254.35 (0.009 с.) |