Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

III. Строение атома. Развитие периодического закона.

Читайте также:
  1. A. Раздел специальной психологии, изучающей психическое развитие у умственно отсталых людей и возможности его коррекции.
  2. E) экономические законы и развитие экономических систем
  3. I. Задержка полового развития и неполное половое развитие
  4. III. Ознакомительное чтение. Развитие ОК-7, ОК-11
  5. III. РАЗВИТИЕ И ЗАКРЕПЛЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ
  6. Quot;Развитие системы торговли на 10%- вдохновение, и на 90%- пот” Sunny Harris
  7. А) генеалогический анамнез; анамнез жизни (развитие, питание, перенесенные заболевания и др.); аллергологический анамнез; анализ заболевания.
  8. Активные окраины и их развитие
  9. Анатомическое строение верхней и нижней челюсти. Общие черты и различия в их развитии и строении.

 

Атом - наименьшая частица химического элемента - состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. В ядро атомов всех элементов (за исключением 1Н) входят протоны и нейтроны.

Протон (р) - элементарная частица с единичным положительным зарядом и массой покоя 1,00728. Число протонов в ядре определяет заряд ядра и принадлежность атома к данному химическому элементу.

Нейтрон (n°)-элементарная частица, не обладающая зарядом, с массой покоя 1,00867. Сумма протонов и нейтронов называетсямассовым числом атома (ядра).

Атомы, обладающие одинаковым зарядом ядра, но разным числом нейтронов, называютсяизотопами данного химического элемента.

Электрон (е) - элементарная частица с единичным отрицательным зарядом.

При всех химических процессах ядра атомов элементов не изменяются. Энергия химических превращений связана только с энергией электронов.

Околоядерное пространство, где с наибольшей вероятностью может находиться электрон, называетсяатомной орбиталью (АО). Она характеризуется тремя координатами -квантовыми числами, определяющими размер (n), форму (1) и ориентацию (mе) АО в пространстве.

Главное квантовое число (n) определяет энергетический уровень электрона в атоме. Для электронов в невозбужденных атомах п принимает значения от 1 до 7 (соответственно номеру периода в ПСЭ). Совокупность электронов с одинаковым n -электронный слой:

Главное квантовое число n 1 2 3 4 5 6 7

Электронный слой К L М N О Р Q

Орбитальное квантовое число (1) указывает на различие энергий связи электронов в пределах одного энергетического уровня, определяет форму электронного облака и принимает целочисленные значения от 0 до (n -1). Для n =1 1=0; для n =2 1=0,1; для n =3 1=0,1,2; для n =4 1=0,1,2,3. Электроны данного энергетического уровня группируются в подуровни, число которых равно его n. Больше четырех подуровней не заполняется, т.к. значения 1=0,1,2,3 описывают электроны в атомах всех известных элементов.

Орбитали с 1=0,1,2,3 называют s-, p-, d-, f-орбиталями, а электроны, занимающие эти орбитали, - s-, p-, d-, f- электронами.

Магнитное квантовое число - mе характеризует магнитный момент и пространственное расположение электронного облака. Число возможных значений mе при заданном 1 равно 2∙(1+1), при этом mе изменяется от -1 до +1. Так при 1=2 mе имеет пять значений: -2, -1, 0, 1, 2 .

Спиновое квантовое число - ms характеризует движение электрона вокруг своей оси. ms имеет всего два значения: 1/2 и -1/2.

Распределение электронов в атомах по атомным орбиталям определяется принципом Паули, принципом наименьшей энергии и правилом Хунда.

Принцип Паули. В атоме не может быть двух электронов, имеющих одинаковый набор всех четырех квантовых чисел. Максимальное число электронов на уровне N=2n2. Так как каждая атомная орбиталь описывается лишь тремя квантовыми числами (n, 1, mе), то в ней может находиться не более двух электронов с противоположными спинами (1/2, -1/2).

Принцип наименьшей энергии. Последовательность размещения электронов по атомным орбиталям в невозбужденном атоме должна отвечать наибольшей связи их с ядром, т.е. электрон должен обладать наименьшей энергией. Поэтому сначала заполняются те подуровни, для которых сумма значенийn +1 является меньшей; если суммы значений n +1 равны, то сначала идет заполнение подуровня с меньшим значением n. Шкала энергий:

1s2 < 2s2 < 2p6 < 3s2 < Зр6 < 4s2 < 3d10 < 4pб < 5s2 < 4d10< 5р6 < 6s2 < 5d1 < 4f14 ≤ 5d2-10 < 6р6 < 7s2 < 6d1 ≤ 5f14 < 6d2-10 < 7p6, где s,p,d,f - энергетические подуровни, цифра впереди букв означает номер энергетического уровня, на котором находятся электроны; индекс наверху справа показывает максимальное число электронов на подуровне.

Из шкалы энергий видно, что после 3р-подуровня (n+1=3+l=4) заполняется 4s-подуровень (n+1=4+0=4), затем 3d-подуровень (n+1=3+2=5); 4р-подуровень (n+1=4+1=5) и 5s-подуровень (n+1=5+0=5).

Правило Хунда. Орбитали в пределах данного подуровня заполняются так, чтобы суммарное спиновое число электронов на подуровне было максимально. Суммарный спин спаренных электронов равен нулю (-1/2+1/2=0).

Энергетическое состояние электрона схематически можно представить в виде квантовых ячеек. Для s-электронов (1=0) - одна ячейка [ ], где может быть один [↑] или два электрона [↑↓]; для р-электронов отводится три ячейки [ ][ ][ ], где может быть от 1 до 6 электронов; для d-электронов (1=2) отводится пять ячеек [ ] [ ][ ][ ][ ], где может быть от 1 до 10 электронов; для f-электронов (1=3) отводится семь ячеек, где может быть от 1 до 14 электронов.

Загрузка...

Строение электронных оболочек атомов тесно связано с ПСЭ Д.И. Менделеева. Если провести вертикальную черту в шкале энергий перед каждым значением главного квантового числаn, то получим максимальную емкость энергетического уровня, а также число элементов в периоде:

n =1 (I период) - емкость 2,

n =2 (II период) - 8,

n =3 (III период) - 8,

n =4 (IV период) - 18,

n =5 (V период) - 18,

n =6 (VI период)-32,

n =7 (VII период)-32.

В зависимости от того, на какой энергетический подуровень в атоме поступает последний электрон, химические элементы делятся на s-, p-,d-, f-элементы. Их положение в ПСЭ следующее:

s-элементы I, II группы, главная подгруппа -(ns1, ns2), а также (Не);

р-элементы III - VIII группы, главные подгруппы (ns2np1-6);

d-элементы I - VIII группы, побочные подгруппы [ns2(n-1)d1-10]:

f-элементы III группа, VI- VII период, побочная подгруппа [ns2(n-1)d1(n-2)1-14].

Валентные электроны у s- и p-элементов находятся на внешнем энергетическом уровне, у d-элементов - на s-подуровне внешнего энергетического уровня (ns2) и предвнешнего (n-1)d1-10 незавершенного подуровня.

Свойства элементов тесно связаны со строением их атомов. "Периодическая повторяемость свойств элементов обусловлена периодическим повторением электронных оболочек атомов" - это современная формулировкапериодического закона. Составленная Менделеевым периодическая система элементов является графическим выражением периодического закона. Атомы элементов в одной подгруппе данной группы имеют одинаковую электронную конфигурацию. Например, для главных подгрупп ПСЭ:

 

Номер периода I II III IV V VI VII VIII
Электронная конфигурация внешнего слоя (валентные электроны) ns1 ns2 ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5 ns2np6
  s-элементы р-элементы

 

Химические свойства элемента зависят от способности его атома терять (А°-ē®А+) или обретать (А°+ē®А-) электроны, превращаясь в положительно или отрицательно заряженные ионы. Это оценивается количественно через энергию ионизации атома и энергию сродства к электрону.

Энергия ионизации J - энергия, необходимая для отрыва электрона от нейтрального атома в его нормальном состоянии. Энергия ионизации является мерой металлических свойств элемента (в первом приближении - также восстановительных свойств). Чем меньше значенияJ, тем легче отрывается электрон внешнего уровня, тем больше металлических свойств.

Энергия сродства к электрону U - энергия процесса присоединения электрона к нейтральному атому в нормальном состоянии. Величина энергии сродства к электрону является мерой проявления элементом неметаллических и косвенно окислительных свойств.

Электроотрицательность (ЭО) - есть полусумма энергий сродства к электрону и ионизации, т. е. ЭО = 0.5∙(J+U).ЭО позволяет дать наиболее полную характеристику способности элемента проявлять металлические или неметаллические свойства.

Относительная электроотрицательность ОЭО - получается отношениемЭО элемента кЭО атома фтора, для которого значениеОЭО принято равным 4. ВеличинаОЭО позволяет оценить способность атома элемента к оттягиванию на себя электронной плотности атомов других элементов.

В ПСЭ Д.И. Менделеева в пределах главных подгрупп (s-, р-элементы) сверху вниз значенияОЭО уменьшаются, следовательно, в главных подгруппах сверху вниз увеличиваются металлические и восстановительные свойства элементов, основные свойства их гидроксидов.

В периодах ПСЭслева направо значенияОЭО увеличиваются, следовательно, здесь постепенно ослабляются металлические и нарастают окислительные свойства. Самый активный неметалл F, он же наиболее сильный окислитель. Самые активные металлы Fr, Cs, Rb являются наиболее сильными восстановителями, а их гидроксиды - самыми сильными основаниями.

Номер группы ПСЭ, в которой стоит элемент, показывает высшую степень окисления его атома в химических соединениях, его высшую валентность. Исключение составляют кислород, фтор (р-семейство); медь, серебро, золото и некоторые другие элементы d-семейства могут проявлять в соединениях валентность большую, чем номер группы.

 

  Номер периода
Степень окисления 1————————————— I II III IV V VI VII VIII
Высшая +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7
Низшая -   - -   -4 -3 -2 -1

 

Форма и свойства соединений данного элемента зависят от степени окисления его атомов. Если элемент проявляет переменную степень окисления и образует несколько оксидов и гидроксидов, то с ее увеличением их свойства меняются от основных через амфотерные к кислотным. Например, Мn образует пять оксидов: МnО, Мn2О3, MnO2, МnО3, Mn2O7? Первые два обладают основными свойствами (Мn(OH)2, Мn(OH)3, МnО2 амфотерен (MnO(OH)2, Н2МnО3), а последние два МnО3 и Мn2О7 - кислотообразующие, являются ангидридами марганцовистой (Н2МnО4) и марганцевой кислот (HMnO4), соответственно (МnО3 и Н2МnО4 в свободном состоянии не выделены, а их существование можно предположить по образованию солей марганцовистой кислоты манганатов).


Дата добавления: 2014-12-15; просмотров: 15 | Нарушение авторских прав




lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2019 год. (0.011 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав