Вопрос 3. Квантово-механические представления об атоме.

Вопрос 1

Строение атома.

В результате экспериментов, посвященных выяснению строения атома, было установлено, что атомы состоят из положительно заряженных ядер и электронной оболочки. Заряд ядра атома определяется находящимися в нем положительно заряженными частицами-протонами. Например, заряд ядра атома фтора равен +9. Из этого следует, что в состав ядра атома фтора входит девять протонов. Почему числом протонов в ядре отмечаются атомы разных элементов? По сравнению с протонами и нейтронами электроны имеют несравнимо меньшую массу, поэтому массу всего атома считают, принимая во внимание находящиеся в ядре нейтроны и протоны. При расчете числа протонов и нейтронов, находящихся в ядре протонов, необходимо учесть, что масса протона приблизительно равна массе нейтрона. Таким образом, масса атома считается равной суммарной массе находящихся в ядре протонов и нейтронов. Так если в состав атома кремния входит 14 нейтронов и 14 протонов то атомная масса кремния будет равна 28.Если известны заряд атома, то можно рассчитать, сколько нейтронов находится в ядре. Например, заряд ядра атома бора равен +5, а относительная атомная масса 11. Это означает, что в ядре находится, пять протонов и 11-5=6 нейтронов. Число электронов, составляющих электронную оболочку атома, равно числу протонов, входящих в состав атомного ядра (атом электронейтрален). Это следует из того, что заряд электрона численно равен заряду протона. Таким образом, атомный номер элемента показывает число электронов, составляющих электронную оболочку атома. Например, атомный номер кислорода равен 8. Электронную оболочку атома кислорода составляют восемь электронов. Необходимо помнить, что электроны располагаются в атоме не как угодно, а по слоям. Зная номер периода, можно определить число электронных слоев атома, на которых находятся электроны. Так, если рубидий находится в пятом периоде, то электроны этого элемента располагаются на пяти электронных слоях.

Модели атома(Морозова, Резерфорда, Бора) В 1900 г. М. Планк (Германия) высказал предположение, что вещества поглощают и испускают энергию дис­кретными порциями, названными им квантами. Энергия кванта Е пропорциональна частоте излучения (колебания) v:где h - постоянная Планка (6, 626*10"-34 Дж-с.); v = с /Лямбда, с — скорость света; X — длина волны.

В 1910 г. В лаборатории Э. Резерфорда (Англия) в опытах по бомбардировке металлической фольги α-частицами было установлено, что некоторые α-частицы рассеиваются фольгой. Отсюда Резерфорд заключил, что в центре атома существует положительно заряженное ядро малого размера, окруженное электронами. Наличие положительного ядра в атоме получило подтверждение в дальнейших экспериментах. Радиусы ядер лежат в пределах 10-14—10-15 м, т.е. в 104—105 раз меньше размера атома. Резерфорд предсказал существование протона и его массу, которая в 1800 раз превышает массу электрона. В этом же 1910 г Резерфорд предложил ядерную планетарную модель атома, состоящего из тяжелого ядра, вокруг которого двигаются по орбиталям электроны, подобно планетам солнечной системы. Однако, как показывает теория электромагнитного поля, электроны в этом случае должны двигаться по спирали, непрерывно излучая энергию, и падать на ядро.

В 1910 г. датский ученый Н.Бор, используя модель Резерфорда и теорию Планка, предложил модель строения атома водорода, соглас­но которой электроны двигаются вокруг ядра не по любым, а лишь по разрешенным орбитам, на которых электрон обладает определенны­ми энергиями. При переходе электрона с одной орбиты на другую атом поглощает или испускает энергию в виде квантов. Каждая орби­та имеет номер п (1, 2, 3, 4,...), который назвали главным квантовым числом.

Вопрос 2. Постулаты Бора, радиус, энергия, уравнение Бора.

Бор вычислил радиусы орбит. Радиус первой орбиты был 5,29-10"13 м, радиус других орбит был равен: rn = n2(5,29-10-13).Энергия электрона (эВ) зависела от значения главного квантового числа п:

En=-13,6(1/n2).Отрицательный знак энергии означает устойчивость системы, ко­торая тем более устойчива, чем ниже (чем более отрицательна) ее энергия. Атом водорода обладает минимальной энергией, когда элек­трон находится на первой орбите (п=1). Такое состояние называется основным. При переходе электрона на более высокие орбиты атом становится возбужденным. Такое состояние атома неустойчиво. При переходе с верхней орбиты на нижнюю атом излучает квант света, что экспериментально обнаруживается в виде серий атомного спектра. Значения п и т в уравнении соответству­ют значениям главных квантовых чисел, с которых электрон перехо­дит (т) и на которые электрон пе­реходит (п).Теория Бора позволила рассчитать энергию электронов, значения квантов энергии, испускаемых при переходе электрона с одного уров­ня на другой. Теория Бора получила экспе­риментальное подтверждение, но она не смогла объяснить пове­дение электрона в магнитном поле и все атомные спектральные линии. Теория Бора оказалась не­пригодной для многоэлектронных атомов. Возникла необходимость в новой модели атома, основанной на открытиях в микромире.

Уравнение Бора E=h*v где h- постоянная Планка (6.626*10-34) v=с/λ, с –скорость света λ-длина волны.

Вопрос 3. Квантово-механические представления об атоме.

В 1905г. А.Эйнштейн предсказал, что любое излучение представляет собой поток квантов энергии, называемых фотонами. Из теории Эйнштейна следует, что свет имеет двойственную (корпускулярно-волновую) природу. В 1924 г. Луи де Бройль (Франция) выдвинул предположение, что электрон также характеризуется корпускулярно-волновым дуализмом. Позднее это было подтверждено на опытах по дифракции на кристаллах. Де Бройль предложил уравнение, связывающее длину волны λ электрона или любой другой частицы с массой m и скоростью v, λ=h/(m*v). Волны частиц материи де Бойль назвал материальными волнами, Они свойственны всем частицам или телам, но как следует из уравнения

λ=h/(m*v) для макротел длина волны настолько мала, что в настоящее время не может быть обнаружена.

Вопрос 7.Атомный спектр водорода, связь с уравнением Н.Бора.

При нагреве вещество испускает лучи (излучение). Если излучение имеет одну длину волны, то оно называется монохроматическим. В большинстве же случаев излучение характеризуется несколькими длинами волн. При разложении излучения на монохроматические компоненты получают спектр излучения, где отдельные его составляющие выражаются спектральными линиями. Спектры, получающиеся при излучении свободными или слабо связанными атомами, называются атомными спектрами. Длины волн, соответствующие атомному спектру водорода, определяются уравнением Бальмера 1/λ=R(1/n2-1/m2) где λ длина волны, R постоянная Ридберга (109678 см-1), n и m целые числа(n=1 для серии Лаймана, n=2 для серии Бальмера, n= для серии Пашена, m=2,3,4 дя серии Лаймана, M= 3,4,5 для серии Бальмера, m=4,5,6 для серии Пашена).

Вопрос 8. s p d f элементы

К s элементам относятся элементы 1А и 2А групп, у которых предыдущий слой все заполнены, а на внешнем слое 1 или 2 электрона. P элементы это элементы главных подгрупп с 3А-8А группы (в основном не металлы). К d элементам относятся металлы 4-7 груп главной А подгруппы и 1-2 побочной Б подгруппы. Побочная подгруппа это подгруппа элементов в которые не входят элементы малых периодов обозначается «Б» Например: 1 группы (1Б) т.е медь, серебро, золото. Также к d элементам относят металл второй группы (2Б) это цинк, кадмий, ртуть. К f элементам относятся 14 элементов под названием лантаноиды. от церия Се до лютеция Lu.

Вопрос 19. Ионная связь.

Ионная связь образуется при взаимодействии атомов, которые резко отличаются друг от друга по электроотрицательности. Например, типичные металлы литий(Li), натрий(Na), калий(K), кальций (Ca), стронций(Sr), барий(Ba) образуют ионную связь с типичными неметаллами, в основном с галогенами. Кроме галогенидов щелочных металлов, ионная связь также образуется в таких соединениях, как щелочи и соли. Например, в гидроксиде натрия(NaOH) и сульфате натрия(Na2SO4) ионные связи существуют только между атомами натрия и кислорода (остальные связи – ковалентные полярные).­­­­­­­­­

Вопрос 40. Цепные реакции.

Некоторые химические реакции протекают необычно. Скорость их зависит от природы и объёма сосуда, для некоторых из них характерен порог давления, ниже которого реакция не идёт. При определённых условиях реакция ускоряется лавинообразно. Механизм этих реакций стал понятен после разработки теории цепных реакций. Впервые идею о возможности цепного механизма реакций высказал русский учёный Н.А. Шилов в 1905 г. Большой вклад в разработку теории цепных реакций внесли Н.Н. Семёнов (Россия) и С. Хиншельвуд (Великобритания). Цепные реакции начинаются со стадии инициирования, т.е. образования активных частиц – свободных радикалов. Свободные радикалы представляют собой осколки молекул, имеющие неспаренные электроны. Некоторые свободные радикалы являются свободными при обычных условиях, например ClO2? Другие - при повышенных температурах, например, атомы галогенов, щелочных металлов, третьи – не существуют в виде свободных веществ, например, OH, CH3. Свободные радикалы принято обозначать точкой, поставленной рядом с химическими символами. Образование свободных радикалов (инициирование) происходит в результате воздействия на систему светом, излучением высокой энергии, теплом и т.д. Свободные радикалы могут зарождаться и в результате протекания экзотермических хим. реакций. Стадию возникновения радикалов ещё называют зарождением цепи. Потребление энергии на инициирование в цепных реакциях невелико, т.к. активируются не все молекулы, а только небольшая их доля. В следующей стадии цепной реакции происходит рост цепи. В результате взаимодействия радикалов с молекулами образуются продукты реакции и новые радикалы, т.е. реакции протекают через цепь последовательных стадий с образованием интемедиатов-радикалов. Свободные радикалы весьма реакционноактивны. И энергия активация цепных реакций невелика (0-40 кДж/моль). Третьей стадией цепной реакции является обрыв цепи. В результате взаимодействия радикалов на стенках сосудов или на инертных молекулах образуются нейтральные молекулы.

Вопрос 41 Химическое равновесие имеет динамический характер. Скорость реакции (число частиц, образующихся в единицу времени и единице объема) в прямом направлении равна скорости реакции в обратном направлении. В условиях химического равновесия концентрации (или парциальные давления в случае газов) исходных веществ и продуктов реакции не изменяются во времени и называются равновесными концентрациями (или парциальными давлениями) веществ. В дальнейшем равновесные концентрации будем обозначать символом вещества в квадратных скобках. Например, равновесные концентарции водорода и аммиака будут обозначаться [Н2] и [NH3].Равновесное парциальное давление будем обозначать индексом р.

Итак, термодинамическим условием химического равновесия является равенство энергии Гиббса химической реакции нулю, т.е. dG = 0 Константа химического равновесия. dG° = -RT ln([L]l [M]m / [D]d [В]b),[L], [M], [D], [В]равновесные концентрации соответствующих веществ; l, т, d и b показатели степени, равные стехиометрическим коэффициентам. Эти уравнения являются вариантами математического выражения закона действующих масс, открытого норвежскими учены­ми К.Гульдбергом и П.Вааге (1867). Закон действующих масс может быть сформулирован в следующем виде: отношение произведения равновесных концентраций продуктов реакции в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам, к произведению равновесных концентраций исходных веществ в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам, при Т = const является величиной постоянной. Например, для реакции синтеза аммиака: закон действующих масс имеет вид: Kc= [NH3]2/[N2][H2]3

Вопрос 42. Ле Шателье - Брауна принцип (принцип смещения равновесия), устанавливает, что внешнее воздействие, выводящее систему из состояния термодинамического равновесия, вызывает в системе процессы, стремящиеся ослабить эффект воздействия. Так, при нагревании равновесной системы в ней происходят изменения (например, химические реакции), идущие с поглощением теплоты, а при охлаждении - изменения, протекающие с выделением теплоты. При увеличении давления смещение равновесия связано с уменьшением общего объёма системы, а уменьшению давления сопутствуют физические или химические процессы, приводящие к увеличению объема.Принцип смещения равновесия в зависимости от температуры высказал Вант-Гофф (1884). В общем виде принцип смещения равновесия установлен А. Ле Шателье (1884) и термодинамический обоснован К. Брауном (1887). Исторически Ле Ш. - Б. п. был сформулирован по аналогии с правилом индукции Ленца (см. Ленца правило); вполне строго принцип выводится из общего условия термодинамического равновесия (максимальности энтропии). Ле Ш. - Б. п. позволяет определять направление смещения равновесия термодинамических систем без детального анализа условий равновесия.

Способы смещения равновесия

Принцип Ле-Шателье. Если на систему, находящуюся в равновесии, производится внешнее воздействие (изменяются концентрация, температура, давление), то оно благоприятствует протеканию той из двух противоположных реакций, которая ослабляет это воздействие

 

 

	V1
A + Б		В
	V2

 

1. Давление. Увеличение давления (для газов) смещает равновесие в сторону реакции, ведущей к уменьшению объема (т.е. к образованию меньшего числа молекул).

 

	V1
A + Б		В	; увеличение P приводит к V1 > V2
	V2

 

2. Увеличение температуры смещает положение равновесия в сторону эндотермической реакции (т.е. в сторону реакции, протекающей с поглощением теплоты)

 

	V1
A + Б		В + Q, то увеличение tC приводит к V2 > V1
	V2

 

	V1
A + Б		В - Q, то увеличение tC приводит к V1 > V2
	V2

 

3. Увеличение концентрации исходных веществ и удаление продуктов из сферы реакции смещает равновесие в сторону прямой реакции. Увеличение концентраций исходных веществ [A] или [Б] или [А] и [Б]: V1 > V2.

Катализаторы не влияют на положение равновесия

Вопросы 55.56. Коллоидные растворы. Строение мицеллы, электрофорез, электроосмос.

Коллоидное состояние характерно для многих веществ, если и частицы имеют размер от 1 до 500 нм. Легко показать, что суммарная поверхность этих частиц огромна. Характерной особенностью коллоидных частиц является наличие на их поверхности заряда, обусловленного избирательной адсорбицией ионов. Коллоидная частица имеет сложное строение. Она включает в себя ядро, адсорбированные ионы, противоионы и растворитель. Существуют лиофильные (гидрофильные) коллоиды, в которых растворитель взаимодействует с ядрами частиц, и лиофобные (гидрофобные) коллоиды, в которых растворитель не взаимодействует с ядром частиц. Растворитель входит в состав гидрофобных частиц лишь как сольватныя оболочка адсорбированных ионов или при наличии стабилизаторов (ПАВ), имеющие лиофобную и лиофильные части. Ядро состоит из электронейтрального агрегата частиц с адсорбированными ионами элементов, входящих в состав ядра. Коллоидная частица кроме ядра имеет противоионы и молекулы растворителя. Адсорбированные ионы и противоионы с растворителем образуют адсорбированный слой. Суммарно заряд частицы равен разности зарядов адсорбированных ионов и противоионов. Вокруг частиц находится дуффузный слой ионов, заряд которых равен заряду коллоидной частицы. Коллоидная частица и диффузный слой образуют электронейтральную мицеллу. В 1909 г проф. Московского университета Ф.Ф. Рейс наблюдал воздействие постоянного электрического тока на диспергированную в воде глину и на этом основании описал электрические свойства коллоидных растворов. Частицы дисперсионной фазы (глины) перемещались к аноду, где вследствие их большого скопления наблюдалось помутнение раствора. Частицы же дисперсионной среды (воды) перемещались к катоду, где наблюдалось повышение уровня прозрачной жидкости. Направленное движение частиц к электродам говорило об их заряде, причём стало ясным, что дисперсионная фаза несёт на себе заряд, противоположный по знаку заряду среды. Движение частиц дисперсионной фазы к одному из электродов при пропускании через золь постоянного электрического тока получило название электрофореза, а движение частиц дисперсионной среды – электроосмоса.

Вопрос 69. Сорбция, адсорбция, хемосорбция поверхностно-активного вещества (ПАВ).

Адсорбция - самопроизвольное концентрирование вещества, находящегося в растворе или газе, на поверхности твердого тела или жидкости. Причина адсорбции – взаимодействие молекул, расположенных на поверхности адсорбента и молекул адсорбата. Это взаимодействие объясняется силами притяжения друг к другу частиц, несущих электрические заряды разных знаков, а также взаимодействием между адсорбентом и адсорбатом за счет других, сходных по физической природе сил. Обычно адсорбция процесс обратимый: вещество, адсорбированное на какой-либо поверхности, можно с нее удалить. Адсорбцию широко применяют при очистке различных веществ от примесей. Применяют для очистки питьевой воды, пропуская воду через слой активированного угля. На явление адсорбции основано действие противогаза – прибора, защищающего органы дыхания от вредных газов за счет того что используемый для дыхания воздух проходит через слой подходящего адсорбента. ПАВ. При адсорбции изменяются свойства поверхностного слоя, в частности, поверхностное натяжение. Адсорбирующиеся вещества могут понижать поверхностное натяжение, повышать поверхностное натяжение и не влиять на поверхностное натяжение. Поверхностная активность обусловлена гидрофобной частью молекул ПАВ (хвостами), которые выталкиваются из полярного растворителя, в то время как гидрофильные группы (головы) удерживают молекулы ПАВ на границе раздела фаз. Таким образом молекулы ПАВ концентрируются на границе раздела фаз, причем гидрофобная их часть обращена в сторону газа или неполярной жидкости, гидрофильная в сторону полярной жидкости или твердого гидрофильного адсорбента. Применение ПАВ позволяет разделять пустую породу и руду при флотации руд. Хемосорбция-поглощение поверхностью твердого тела какого-либо вещества из газа или раствора, контактирующего с этой поверхностью, при котором между поглощенными поверхностью атомами, молекулами или ионами и атомами, молекулами или ионами самой поверхности твердого тела возникают прочные химические связи, а не слабые ван-дер-ваальсовы связи, как это наблюдается при адсорбции. Хемосорбцию используют, например, в противогазах. При фильтрации загрязненного воздуха через коробку с адсорбентом происходит прочное поглощение, связывание на поверхности адсорбента ядовитых веществ, и в легкие поступает хорошо очищенный воздух.

 

 

Вопрос 1

Строение атома.

В результате экспериментов, посвященных выяснению строения атома, было установлено, что атомы состоят из положительно заряженных ядер и электронной оболочки. Заряд ядра атома определяется находящимися в нем положительно заряженными частицами-протонами. Например, заряд ядра атома фтора равен +9. Из этого следует, что в состав ядра атома фтора входит девять протонов. Почему числом протонов в ядре отмечаются атомы разных элементов? По сравнению с протонами и нейтронами электроны имеют несравнимо меньшую массу, поэтому массу всего атома считают, принимая во внимание находящиеся в ядре нейтроны и протоны. При расчете числа протонов и нейтронов, находящихся в ядре протонов, необходимо учесть, что масса протона приблизительно равна массе нейтрона. Таким образом, масса атома считается равной суммарной массе находящихся в ядре протонов и нейтронов. Так если в состав атома кремния входит 14 нейтронов и 14 протонов то атомная масса кремния будет равна 28.Если известны заряд атома, то можно рассчитать, сколько нейтронов находится в ядре. Например, заряд ядра атома бора равен +5, а относительная атомная масса 11. Это означает, что в ядре находится, пять протонов и 11-5=6 нейтронов. Число электронов, составляющих электронную оболочку атома, равно числу протонов, входящих в состав атомного ядра (атом электронейтрален). Это следует из того, что заряд электрона численно равен заряду протона. Таким образом, атомный номер элемента показывает число электронов, составляющих электронную оболочку атома. Например, атомный номер кислорода равен 8. Электронную оболочку атома кислорода составляют восемь электронов. Необходимо помнить, что электроны располагаются в атоме не как угодно, а по слоям. Зная номер периода, можно определить число электронных слоев атома, на которых находятся электроны. Так, если рубидий находится в пятом периоде, то электроны этого элемента располагаются на пяти электронных слоях.

Модели атома(Морозова, Резерфорда, Бора) В 1900 г. М. Планк (Германия) высказал предположение, что вещества поглощают и испускают энергию дис­кретными порциями, названными им квантами. Энергия кванта Е пропорциональна частоте излучения (колебания) v:где h - постоянная Планка (6, 626*10"-34 Дж-с.); v = с /Лямбда, с — скорость света; X — длина волны.

В 1910 г. В лаборатории Э. Резерфорда (Англия) в опытах по бомбардировке металлической фольги α-частицами было установлено, что некоторые α-частицы рассеиваются фольгой. Отсюда Резерфорд заключил, что в центре атома существует положительно заряженное ядро малого размера, окруженное электронами. Наличие положительного ядра в атоме получило подтверждение в дальнейших экспериментах. Радиусы ядер лежат в пределах 10-14—10-15 м, т.е. в 104—105 раз меньше размера атома. Резерфорд предсказал существование протона и его массу, которая в 1800 раз превышает массу электрона. В этом же 1910 г Резерфорд предложил ядерную планетарную модель атома, состоящего из тяжелого ядра, вокруг которого двигаются по орбиталям электроны, подобно планетам солнечной системы. Однако, как показывает теория электромагнитного поля, электроны в этом случае должны двигаться по спирали, непрерывно излучая энергию, и падать на ядро.

В 1910 г. датский ученый Н.Бор, используя модель Резерфорда и теорию Планка, предложил модель строения атома водорода, соглас­но которой электроны двигаются вокруг ядра не по любым, а лишь по разрешенным орбитам, на которых электрон обладает определенны­ми энергиями. При переходе электрона с одной орбиты на другую атом поглощает или испускает энергию в виде квантов. Каждая орби­та имеет номер п (1, 2, 3, 4,...), который назвали главным квантовым числом.

Вопрос 2. Постулаты Бора, радиус, энергия, уравнение Бора.

Бор вычислил радиусы орбит. Радиус первой орбиты был 5,29-10"13 м, радиус других орбит был равен: rn = n2(5,29-10-13).Энергия электрона (эВ) зависела от значения главного квантового числа п:

En=-13,6(1/n2).Отрицательный знак энергии означает устойчивость системы, ко­торая тем более устойчива, чем ниже (чем более отрицательна) ее энергия. Атом водорода обладает минимальной энергией, когда элек­трон находится на первой орбите (п=1). Такое состояние называется основным. При переходе электрона на более высокие орбиты атом становится возбужденным. Такое состояние атома неустойчиво. При переходе с верхней орбиты на нижнюю атом излучает квант света, что экспериментально обнаруживается в виде серий атомного спектра. Значения п и т в уравнении соответству­ют значениям главных квантовых чисел, с которых электрон перехо­дит (т) и на которые электрон пе­реходит (п).Теория Бора позволила рассчитать энергию электронов, значения квантов энергии, испускаемых при переходе электрона с одного уров­ня на другой. Теория Бора получила экспе­риментальное подтверждение, но она не смогла объяснить пове­дение электрона в магнитном поле и все атомные спектральные линии. Теория Бора оказалась не­пригодной для многоэлектронных атомов. Возникла необходимость в новой модели атома, основанной на открытиях в микромире.

Уравнение Бора E=h*v где h- постоянная Планка (6.626*10-34) v=с/λ, с –скорость света λ-длина волны.

Вопрос 3. Квантово-механические представления об атоме.

В 1905г. А.Эйнштейн предсказал, что любое излучение представляет собой поток квантов энергии, называемых фотонами. Из теории Эйнштейна следует, что свет имеет двойственную (корпускулярно-волновую) природу. В 1924 г. Луи де Бройль (Франция) выдвинул предположение, что электрон также характеризуется корпускулярно-волновым дуализмом. Позднее это было подтверждено на опытах по дифракции на кристаллах. Де Бройль предложил уравнение, связывающее длину волны λ электрона или любой другой частицы с массой m и скоростью v, λ=h/(m*v). Волны частиц материи де Бойль назвал материальными волнами, Они свойственны всем частицам или телам, но как следует из уравнения

λ=h/(m*v) для макротел длина волны настолько мала, что в настоящее время не может быть обнаружена.