Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
СТРОЕНИЕ АТОМА
И СИСТЕМАТИКА ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ.
Атом – электронейтральная микросистема, состоящая из положительного заряженного ядра и отрицательно заряженных ē.
Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов линейный размер атома ~ см, ядра ~ см.
Основой современной теории атома являются законы и положения квантовой (волновой) механики – раздел физики изучающий движение микрообъектов.
Основным положением квантовой механики является корпускулярно-волновая двойственность, то есть микрочастица обладает и свойствами частицы, и свойствами волны.
Математически это выражается уравнением де Бройля, согласно которому частицы, имеющие массу m и движущейся со скоростью , соответствует волна длинной λ:
(1)
где h – постоянная Планка .
Из волновых свойств микрообъектов вытекает вывод, известный под названием принципа неопределенности Гейзенберга: микрочастица также, как и волна не имеет одновременно точных значений координат и импульса (где ).
Это проявляется в том, что чем точнее определяются координаты частицы, тем неопределеннее ее импульс (или связанная с ним скорость ), и наоборот.
Поэтому для описания движения микрочастица используется вероятностной подход, то есть определяется не их точное положение, а вероятность нахождения в той или иной области околоядерного пространства.
Состояние электрона в атоме описывается с помощью квантово-механической модели – электронного облака – плотность соответствующих участков которого пропорционально вероятности нахождении там электрона (поскольку такая вероятность существует даже на относительно большом расстоянии от ядра, электронное облако не имеет определенных четких границ).
Электронное облако электрона – область околоядерного пространства, ограниченного условной поверхностью, которая охватывает 90% электронного облака. Эта область пространства называется также орбиталью.
Математическое описание орбитали возможно с помощью квантовых чисел:
Состояние электрона, характеризующиеся определенным значением главного квантового числа образует электронные слои (обозначаются 1,2,3,4,… или K,L,M,N,O...).
В общем виде любому соответствует возможных значений магнитного квантового числа, т.е. возможных расположений Электронного облака данного типа в пространстве.
Общее число орбиталей, из которых состоит любой энергетический уровень – , а число орбиталей, составляющих подуровень – .
Состояние электрона в атоме, характеризующееся определенными значениями квантовых чисел и , то есть определенными размерами, формой и ориентацией в пространстве электронного облака, называется атомной электронной орбиталью.
Общая характеристика состояния электрона в многоэлектронном атоме определяется принципом Паули:
в атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором всех четырех квантовых чисел.
Максимальная емкость энергетического подуровня – электронов; а уровня – .
Пример: если . то
Распределение электрона в атоме, находящемся в основном состоянии, определяется зарядом ядра. При этом электрон размещается согласно принципу минимальной энергии:
наиболее устойчивое состояние электрона в атоме соответствует минимально возможному значению его энергии.
Конкретная реализация этого принципа отражается с помощью:
Последовательность заполнения энергетических подуровней:
Существует два способы составления схем распределения электронов в атоме:
Периодический закон и периодическая
система химических элементов Д.И. Менделеева
Периодический закон был открыт в 1969 г. русским ученым Д.И. Менделеевым.
Современная формулировка периодического закона:
свойства химических элементов, а также формы и свойства их соединения находящиеся в периодической зависимости от величины заряда ядер их атомов.
Заряд ядра (число протонов) равен атомному номеру, определяет число электронов в атоме, и, как следствие этого, строение его электрической оболочки в основном состоянии.
Графическим изображением периодического закона является таблица периодической системы элементов. Формы такого изображения различны. Их известно более 500, но наиболее широко используются три:
1) короткая (8-клетчатая)
2) полудлинная (18- клетчатая )
3) длиннопериодная (32- клетчатая)
В зависимости от того, какой энергетический подуровень заполняется электронами последним, различают четыре типа элементов: , , и элементы.
Периодом в периодической системе называется последовательный ряд элементов, электронная конфигурация внешнего энергетического уровня которых изменяется ns2 до ns2np6.
В вертикальных колонках, называемых группами, объединены элементы, имеющие сходное электронное строение. В короткопериодном варианте таблицы – 8 групп, каждая группа состоит из главной и побочной подгрупп.
Периодичность свойств химических элементов.
Поскольку электронная конфигурация атомов химических элементов изменяется периодически с ростом заряда их ядер, все свойства, определяемые электронным строением, закономерно изменяются по периодам и группам периодической системы. К таким свойствам относят атомные и ионные радиусы, энергию ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность и др.
таблица
Закономерности изменения характеристик элементов по периоду и группе
|
№ п/п |
параметр |
определение |
закономерности изменения |
|
1 |
Радиус атома (с точки зрения квантовой механики атом не имеет строго определенных границ, поэтому установить его абсолютные размеры невозможно) |
наиболее широко используются так называемые эффективные (т.е. проявляющие себя в действии) радиусы атомов, рассчитанные из экспериментальных данных по межъядерным расстояниям в молекулах и кристаллах. |
в периодах – по мере роста заряда ядер радиусы уменьшаются; в группах – с ростом заряда ядер радиусы атомов увеличиваются. |
|
2 |
Энергия ионизации (зависит от заряда ядра, радиуса атома, конфигурации внешних электронных оболочек) |
минимальная энергия, необходимая для отрыва наиболее слабого связанного электрона от невозбужденных атомов для процесса |
в периодах – немонотонно возрастает; в главных подгруппах –немонотонно уменьшается. |
|
3 |
Сродство к электрону (надежные значения найдены лишь для небольшого числа элементов) |
энергия процесса присоединения электрона к нейтральному атому с превращением его в отрицательный ион: |
в периодах – возрастает; в главных подгруппах – уменьшается. |
|
4 |
Электроотрицательность (ЭО или ) |
условная величина, характеризующая способность атомов того или иного элемента в молекуле или сложном ионе смещать к себе электроны, участвующие в образовании связи. |
в периодах – возрастает; в подгруппах – уменьшается. |
Вышеперечисленные тенденции можно представить в виде схемы:
|
ПЕРИОД |
|||||
|
ПОДГРУППА |
Радиус атома уменьшается |
||||
|
Радиус атома увеличивается |
Энергия ионизации увеличивается |
||||
|
Энергия ионизации уменьшается |
Сродство к электрону уменьшается |
||||
|
Сродство к электрону увеличивается |
Электроотрицательность увеличивается |
||||
|
Электроотрицательность уменьшается |
6