Structura atomului. Introducere.
Obiectul de studiu in chimie sunt elementele chimice și compușii acestora. element chimic numit o colecție de atomi cu aceeași sarcină pozitivă. Atom - cea mai mică particulă a unui element chimic care păstrează proprietățile sale chimice. Comunicând între ei, atomii de unul sau mai multe elemente diferite care formează particulele compozite - molecula. Agregatul de atomi sau molecule formează un compus chimic. Fiecare produs chimic individuale se caracterizează printr-un set de proprietăți fizice individuale, cum ar fi temperatura de topire și de fierbere, densitatea, electrice și conductivitate termică etc.
1. atom Structura și Sistemul periodic al elementelor
Cunoașterea și înțelegerea modului de a umple modele ale sistemului periodic al elementelor DI Mendeleev vă permite să înțelegeți următoarele:
esență 1.Physical de existență în natura anumitor elemente,
2.prirodu element de valență chimic,
3.sposobnost și elementul „luminozitate“ pentru a da sau de a primi electroni care interacționează cu un alt element,
4.prirodu legături chimice, care pot forma un element activ care interacționează cu celelalte elemente, structura spațială a moleculelor simple și complexe și așa mai departe. Pr.
Structura atomului.
Atom este un microsistem complex în mișcare și care interacționează cu fiecare alte particule elementare.
La sfârșitul secolului 19 si inceputul secolului 20, sa constatat că atomii constau din particule mai mici: neutroni, protoni si electroni, ultimele două particule sunt particule încărcate, protonul poartă o sarcină pozitivă, electronul - negativ. Deoarece elementul din atomii de stat la sol sunt neutre electric, aceasta înseamnă că numărul de protoni într-un atom al oricărui element este numărul de electroni. atomi de masă determinată de suma masei de protoni și neutroni, numărul care este egal cu diferența dintre masele atomilor și numărul atomic din Tabelul Periodic D. Mendeleev.
In 1926 Schrodinger a propus să descrie mișcarea de microparticule în atomii elementului cu ajutorul ecuației de undă le derivate. Când rezolvarea ecuației undei Schrödinger pentru atom de hidrogen cu trei întregi numere cuantice: n, ℓ și ml. care caracterizează starea electronului în spațiul tridimensional în câmpul central al nucleului. Numărul cuantic n, ℓ ml și să ia valori întregi. Funcția de undă este definit de trei numere cuantice n, ℓ și rezultate și ml soluțiile ecuației Schrödinger, numite orbitali. Orbital - o regiune a spațiului în care cel mai probabil pentru a găsi electronul. aparținând atomului elementului chimic. Astfel, soluția ecuației Schrödinger pentru un atom de hidrogen duce la apariția a trei numere cuantice, a căror semnificație fizică este că acestea sunt caracterizate prin trei orbitali de tip diferite, care pot avea un atom. Să ne gândim în detaliu fiecare număr cuantic.
Principalul cuantic numărul n poate fi orice valori întregi pozitive: n = 1,2,3,4,5,6,7 ... Se caracterizează nivelurile de energie electronice și dimensiunea de electroni „nor“. Caracteristic, numărul numărul cuantic principal coincide cu numărul perioadei în care se află elementul.
Azimutal sau orbital număr cuantic ℓ poate lua valori întregi de ℓ = 0 .Before ... n - 1 și determină timpul electronilor, adică forma orbital. Pentru orice valori numerice notație se folosește următorul ℓ: ℓ = 0, 1, 2, 3, și sunt notate cu s, p, d, f. respectiv, pentru ℓ = 0, 1, 2 și 3. Elementele sistemului periodic al elementelor fără rotire număr cuantic ℓ = 4.
Magnetic chislomℓ cuantică caracterizează dispunerea spațială a orbitali de electroni, și deci proprietățile electromagnetice ale electronului. Acesta poate varia de la - la + ℓ ℓ. inclusiv zero.
Forma sau, mai precis, proprietățile de simetrie ale orbitali atomici depind de numerele cuantice ℓ, și ml. „Nor de electroni,“ corespunzător s - orbitali are o sferă (în care ℓ = 0).
Orbitali definite numere cuantice și ℓ = 1 = -1 ml, 0 și 1, sunt numite p-orbitali. Deoarece astfel are trei ml valori diferite, în care atomul are trei p-orbitali energetic echivalent (numărul cuantic principal pentru ei aceeași și poate avea o valoare de n = 2,3,4,5,6 sau 7). p-orbitali prezintă simetrie axială și au forma de optari în vrac, într-un câmp exterior orientat de-a lungul axelor x, y și z (Fig.1.2). De aici originea px simboluri. py și pz.
Mai mult, există orbitali atomice d- și F- pentru primul și ℓ = 2 = -2, ml -1, 0, +1 și +2, adică Cinci AD, pentru al doilea și ℓ = 3 = -3 ml, -2, -1, 0, +1, +2 și +3, adică 7 AO.
ms cuantice patra numit numărul cuantic de spin, a fost introdus pentru a explica unele efecte subtile în spectrul atomului de hidrogen Goudsmit și Uhlenbeck în 1925. electroni de spin - este momentul cinetic al Electronul particulelor elementare, care este orientarea cuantificată, de exemplu, strict limitate la anumite unghiuri. Această orientare este determinată de numărul (numerele) de spin cuantic magnetic, pentru care electronul este egală cu ½. Prin urmare, în conformitate cu regulile de cuantizarea ms de electroni = ± ½. În acest sens, ar trebui să fie adăugat un set de trei numere cuantice la cuantice ms numărul. Subliniem din nou că patru numere cuantice definesc procedura de construire a tabelului periodic al elementelor și explică de ce prima perioadă de doar două elemente, al doilea și tretom - opt, - în al patrulea -. 18, etc Cu toate acestea, pentru a explica structura multielectron atomi, ordinea de umplere a nivelurilor de electroni cu creșterea sarcină pozitivă a atomului nu este suficient pentru a avea o reprezentare a celor patru numere cuantice, „controlul“ comportamentul de electroni în completarea orbitalii electronice, dar trebuie să știe mai multe reguli simple OME, și anume, principiul de excluziune al lui Pauli, regula Hund și regulile Klechkovskii.
Conform principiului de excluziune al lui Pauli în aceeași stare cuantică, caracterizată prin valori precise ale celor patru numere cuantice, nu poate fi mai mult de un electron. Aceasta înseamnă că un electron poate fi plasat în principiu pe orice orbital atomic. Doi electroni pot fi în același orbital atomic numai dacă acestea sunt diferite numere cuantice de spin.
La completarea electronii de trei p-AO, cinci d-AO și șapte f-AO ar trebui să fie ghidate de alta decât principiul lui Pauli este, de asemenea, o regulă Gunda: Completarea unui orbitali subshell în starea fundamentală a electronilor cu aceeași rotire.
La umplerea subshell (p, d, f) o valoare absolută a sumei de centrifugare trebuie maximizată.
Principiul Aufbau. Conform reguli Klechkovskii la forbitaliey zapolneniid și electronii trebuie să soblyudatsyaprintsip energii.Soglasno minim acest principiu, electronii din starea de sol orbital umplut cu un nivel minim de energie. subnivel energetic determinat cantitatea cuantică chiseln + ℓ = E
Primul principiu Aufbau. este mai întâi umplut cu acele subnivele pentru kotoryhn + ℓ = Eminimalna.
Principiul Aufbau În al doilea rând. în cazul în care ravenstvan + ℓdlya mai multe subnivele se umple de subnivele pentru kotorogonminimalna.
Este cunoscut acum 109 elemente.
2.Energiya ionizare, afinitatea de electroni și electronegativitate.
Cele mai importante caracteristici ale configurației electronice este energia de ionizare a atomului (EI) sau potențial de ionizare (IP) și afinitatea electronică a atomului (SE). energia de ionizare se numește schimbarea de energie în procesul de separare de electron liber al atomului de la 0 K: A = ++ ē. dependența energetică de ionizare pe numărul ordinal elementul Z, dimensiunea razei atomice are un caracter periodic pronunțat.
Afinitatea de electroni (EA), reprezintă o schimbare în energie, care este însoțită de atașament electroni la atomul izolat, pentru a forma un ion negativ la 0 ° C: A + mIe = A- (atom, ion și sunt în stările lor de la sol). În acest caz, electronul ocupă cel mai scăzut neocupat atomic orbital (LILW), în cazul în care VZAO ocupat de doi electroni. Celulele solare depinde puternic de configurația lor de electroni orbitale.
Modificări la EI și SE corelat cu modificarea în multe dintre proprietățile elementelor și compușii acestora, care este folosit pentru a prezice aceste proprietăți de valorile EI și SE. Cea mai mare valoare absolută a afinității de electroni au halogeni. In fiecare grup a tabelului periodic al elementelor sau potențiale EI ionizare scade odată cu creșterea numărului atomic, care este asociat cu o creștere a razei atomice și cu creșterea numărului de straturi electronice și care se corelează bine cu creșterea capacității de reducere a celulelor.
Tabelul 1 din tabelul periodic indică valorile EI și SE în eV / atom. Rețineți că valorile exacte ale FE sunt cunoscute pentru doar câțiva atomi, valorile lor în tabelul 1 sunt subliniate.
Prima energie de ionizare (EI), afinitate de electroni (EA) și χ electronegativitate) atomii din sistemul periodic.