СТРОЕНИЕ АТОМА. ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА химических ЭЛЕМЕНТОВ Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА
СТРОЕНИЕ АТОМА. ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА химических ЭЛЕМЕНТОВ Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА.
Строение атома. Периодическая система Д.И. Менделеева. Химическая связь
Объектом изучения в химии являются химические элементы и их соединения. Химическим элементом называют совокупность атомов с одинаковым положительным зарядом. Атом — это наименьшая частица химического элемента, сохраняющая его химические свойства. Связываясь, друг с другом, атомы одного или разных элементов образуют более сложные частицы — молекулы. Совокупность атомов или молекул образуют химические вещества. Каждое индивидуальное химическое вещество характеризуется набором индивидуальных физических свойств, такими как температуры кипения и плавления, плотностью, электро- и теплопроводностью и т. Знание и понимание закономерностей порядка заполнения Периодической системы элементов Д. Менделеева позволяет понять следующее:. Атом представляет собой сложную микросистему находящихся в движении и взаимодействующих друг с другом элементарных частиц. В конце 19 и начале 20 веков было установлено, что атомы состоят из более мелких частиц: Поскольку атомы элемента в основном состоянии электронейтральны, то это означает, что число протонов в атоме любого элемента равно числу электронов. Масса атомов определяется суммой массы протонов и нейтронов, количество которых равна разности массы атомов и его порядкового номера в периодической системе Д. В г Шрёдингер предложил описывать движение микрочастиц в атоме элемента при помощи выведенного им волнового уравнения. При решении волнового уравнения Шрёдингера для атома водорода появляются три целочисленных квантовых числа: Орбиталь - это область пространства, в котором наиболее вероятно нахождение электрона , принадлежащего атому химического элемента. Таким образом, решение уравнения Шредингера для атома водорода приводит к появлению трёх квантовых чисел, физический смысл которых состоит в том, что они характеризуют три разного вида орбиталей, которые может иметь атом. Рассмотрим более подробно каждое квантовое число. Главное квантовое число n может принимать любые положительные целочисленные значения: Характерно, что номер главного квантового числа совпадает с номером периода, в котором находится данный элемент. Отсюда и происхождение символики p x , p y и p z. Четвёртое квантовое m s называется спиновым квантовым числом, было введено для объяснения некоторых тонких эффектов в спектре атома водорода Гаудсмитом и Уленбеком в г. Спин электрона - это угловой момент заряженной элементарной частицы электрона, ориентация которого квантована, то есть строго ограничена определёнными углами. В связи с этим к набору из трёх квантовых чисел следует добавить квантовое число m s. Подчеркнём еще раз, что четыре квантовых числа определяют порядок построения периодической таблицы элементов Менделеева и объясняют, почему в первом периоде только два элемента, во втором и в третьём — по восемь, - в четвёртом — 18 и т д. Однако, чтобы объяснить строение многоэлектронных атомов, порядок заполнения электронных уровней по мере увеличения положительного заряда атома недостаточно иметь представления о четырёх квантовых числах, "управляющих" поведением электронов при заполнении электронных орбиталей, но необходимо знать ещё некоторые простые правила, а именно, принцип Паули, правило Гунда и правила Клечковского. Согласно принципа Паули в одном и том же квантовом состоянии, характеризуемом определенными значениями четырёх квантовых чисел, не может находиться более одного электрона. Это означает, что один электрон можно в принципе поместить на любую атомную орбиталь. Два электрона могут находиться на одной атомной орбитали только в том случае, если они отличаются спиновыми квантовыми числами. При заполнении электронами трёх р-АО, пяти d-AO и семи f-AO следует руководствоваться кроме принципа Паули ещё и правилом Гунда: Заполнение орбиталей одной подоболочки в основном состоянии происходит электронами с одинаковыми спинами. При заполнении подоболочек p , d , f абсолютное значение суммы спинов должно быть максимальной. Согласно правилу Клечковского при заполнении d и f орбиталией электронами должен соблюдаться принцип минимальной энергии. Согласно этому принципу электроны в основном состоянии заполняют орбитали с минимальными уровнями энергии. Энергия ионизации, сродство к электрону и электроотрицательность. Важнейшими характеристиками электронной конфигурации атома являются энергия ионизации ЭИ или потенциал ионизации ПИ и сродство атома к электрону СЭ. Энергией ионизации называют изменение энергии в процессе отрыва электрона от свободного атома при 0 К: Зависимость энергии ионизации от порядкового номера Z элемента, размера атомного радиуса имеет ярко выраженный периодический характер. Сродство к электрону СЭ , представляет собой изменение энергии, которым сопровождается присоединение электрона к изолированному атому с образованием отрицательного иона при 0 К: При этом электрон занимает низшую свободную атомную орбиталь НСАО , если ВЗАО занята двумя электронами. СЭ сильно зависит от их орбитальной электронной конфигурации. Изменения ЭИ и СЭ коррелируют с изменением многих свойств элементов и их соединений, что используется для предсказания этих свойств по значениям ЭИ и СЭ. Наиболее высоким по абсолютной величине сродством к электрону обладают галогены. В каждой группе периодической таблице элементов потенциал ионизации или ЭИ уменьшается с увеличением номера элемента, что связано с увеличением атомного радиуса и с увеличением количества электронных слоев и что хорошо коррелирует с увеличением восстановительной способности элемента. Отметим, что точные значения СЭ известны лишь для немногих атомов, их величины подчёркнуты в таблице 1. FAQ Обратная связь Вопросы и предложения. Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет. Химическая связь и строение молекул. Строение атома, химическая связь, валентность и строение молекул Конспект лекций Строение атома. Строение атома и Периодическая система элементов Д. Менделеева позволяет понять следующее: В настоящее время известно элементов. Соседние файлы в папке лекции по ТД
Одной из важнейших проблем теоретической химии XIX века была проблема систематизации химических элементов, число которых постоянно росло. Со времён античности и средних веков были известны 14 элементов, в XVIII веке к ним добавилось 20 новых элементов; к году число известных элементов возросло до шестидесяти. Важнейший вклад в систематизацию элементов внёс русский химик Дмитрий Иванович Менделеев. Расположив известные в то время 63 элемента в порядке возрастания их атомных масс, Менделеев обратил внимание на то, что в таком ряду через определенное число элементов их свойства периодически повторяются. Так, в рядах элементов. Расположив столбцами группы элементов, обнаруживающие сходство друг с другом, учитывая при этом не только физические и химические свойства соответствующих простых веществ, но также формулы их оксидов, гидридов и других соединений, Менделеев получил таблицу, выражающую периодичность изменения свойств элементов и их соединений — периодическую таблицу , в которой каждый элемент занимает определенное место. В году Д. Менделеев обнаружил фундаментальный закон природы, который теперь известен как Периодический закон. Согласно первоначальной формулировке этого закона, свойства элементов, а также свойства образуемых ими простых веществ и соединений находятся в периодической зависимости от величины атомных масс элементов. До Менделеева уже были предприняты попытки систематизации химических элементов по их атомной массе. Наиболее удачные из них разработали И. Принципиальная новизна Периодического закона, открытого и сформулированного Д. Менделеевым, заключалась в следующем:. Эта связь заключалась в том, что свойства элементов плавно и примерно одинаково изменяются с возрастанием их атомной массы, а затем эти изменения периодически повторяются;. Во всех предыдущих попытках определить взаимосвязь между элементами другие исследователи стремились создать законченную картину, в которой не было места еще не открытым элементам. Менделеев считал важнейшей частью своей Периодической таблицы те ее клеточки, которые оставались пока пустыми. Это давало возможность предсказать существование еще неизвестных элементов. С момента появления Периодического закона химия перестала быть описательной наукой. Закон позволил вести целенаправленный поиск новых, еще не открытых элементов. Атомные массы многих элементов, определенные до этого недостаточно точно, подверглись проверке и уточнению именно потому, что их ошибочные значения вступали в противоречие с Периодическим законом. На основе периодического закона Менделеев смог указать в системе места для еще неизвестных тогда 12 элементов, а также описать физические и химические свойства образуемых ими простых веществ и соединений. Еще при жизни Менделеева были открыты галлий, скандий и германий, свойства которых с большой точностью совпали с предсказанием Менделеева. Также на основе периодического закона Менделеевым были исправлены атомные массы некоторых элементов, например бериллия. С по год периодическая система пополнилась инертными газами: В настоящее время известно химических элементов. Последние элементы получены в количестве всего нескольких атомов и практического значения не имеют. Тем не менее, периодическая система может быть расширена и дальше. Периодическая система химических элементов таблица Менделеева является графическим выражением Периодического закона. Периодическая система состоит из семи периодов, расположенных в таблице горизонтально, и восьми групп, расположенных вертикально. Период — это горизонтальный ряд элементов, начинающийся за исключением 1-го периода щелочным металлом и заканчивающийся инертным благородным газом. Первый, второй и третий периоды называются малыми короткими периодами. Четвертый, пятый, шестой и седьмой периоды называются большими длинными периодами. Каждая группа периодической системы состоит из двух подгрупп: Главная подгруппа содержит элементы малых и больших периодов металлы и неметаллы. Побочная подгруппа содержит элементы только больших периодов только металлы. Например, главную подгруппу I группы составляют элементы литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций, а побочную подгруппу I группы составляют элементы медь, серебро и золото. Главную подгруппу VIII группы образуют инертные газы, а побочную подгруппу — металлы железо, кобальт, никель, рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платина, хасий и мейтнерий. Свойства простых веществ и соединений элементов изменяются монотонно в каждом периоде и скачкообразно на границах периодов. Такой характер изменения свойств составляет смысл периодической зависимости. В периодах слева направо неметаллические свойства элементов монотонно усиливаются, а металлические — ослабевают. Например, во втором периоде: Таким образом, на границах периода свойства изменяются скачкообразно: В периодах слева направо кислотные свойства оксидов элементов и их гидратов усиливаются, а основные — ослабевают. Например, в третьем периоде оксиды натрия и магния — основные оксиды, оксид алюминия — амфотерный, а оксиды кремния, фосфора, серы и хлора — кислотные оксиды. Гидроксид натрия — сильное основание щелочь , гидроксид магния — слабое нерастворимое основание, гидроксид алюминия — нерастворимый амфотерный гидроксид, кремниевая кислота — очень слабая кислота, фосфорная — кислота средней силы, серная — сильная кислота, хлорная — самая сильная кислота из этого ряда. В главных подгруппах сверху вниз металлические свойства элементов усиливаются, а неметаллические — ослабевают. Например, в подгруппе 4А: В подгруппе 1А все элементы — металлы, но по химическим свойствам также можно проследить усиление металлических свойств от лития к цезию и францию. В результате металлические свойства в наибольшей степени выражены у цезия и франция, а неметаллические — у фтора. В главных подгруппах сверху вниз основные свойства оксидов и их гидратов усиливаются, а кислотные — ослабевают. Например, в подгруппе 3А: В 2 О 3 — кислотный оксид, а Т1 2 О 3 — основный. Н 3 ВО 3 — кислота, а Т1 ОН 3 — основание. Открытие периодического закона стало предпосылкой к созданию в XX в. Резерфорд предложил ядерную модель атома , согласно которой атом состоит из сравнительно небольшого положительно заряженного ядра, в котором сосредоточена практически вся масса атома, и расположенных вокруг ядра электронов, составляющих электронную оболочку атома, которая занимает практически весь его объем. Были определены масса покоя и заряд электрона. Атом в целом электронейтрален, поскольку положительный заряд ядра компенсируется отрицательным зарядом эквивалентного числа электронов. Позже, в г. Мозли установил, что заряд ядра численно равен порядковому номеру элемента в периодической системе. Таким образом, заряд ядра атома — главная характеристика химического элемента. Химический элемент — это множество атомов с одинаковым зарядом ядра. Отсюда следует современная формулировка периодического закона: Менделеева подобные отступления считались недостатками Периодической системы. Теория строения атома расставила все на свои места. В соответствии с величинами заряда ядра эти элементы были размещены Менделеевым в системе правильно. Таким образом, нарушив в этих случаях принцип размещения элементов в порядке возрастания атомных масс и руководствуясь физическими и химическими свойствами элементов, Менделеев фактически использовал более фундаментальную характеристику элемента — его порядковый номер в системе, который оказался равным заряду ядра. Классическая механика не могла объяснить многие экспериментальные факты, касающиеся поведения электрона в атоме. Так, согласно представлениям классической теории электродинамики система, состоящая из заряда, вращающегося вокруг другого заряда, должна излучать энергию, в результате чего электрон в конце концов упал бы на ядро. Возникла необходимость создания иной теории, описывающей поведение объектов микромира, для описания которых недостаточна классическая механика Ньютона. Основные законы такой теории были сформулированы в — гг. Корпускулярно-волновой дуализм микрочастицы проявляют одновременно и волновые и материальные свойства, то есть двойственную природу. Так, двойственная природа электрона проявляется в том, что он обладает свойствами и частицы, и волны одновременно. Как частица электрон имеет массу и заряд, но движение электронов — это волновой процесс. Например, электронам свойственно явление дифракции поток электронов огибает препятствие. Принцип квантования энергии микрочастицы излучают энергию не постоянно, а дискретно отдельными порциями — квантами. Планк привлек для их объяснения квантовую гипотезу, согласно которой энергия может излучаться или поглощаться лишь определенными порциями — квантами. Бор предположил также, что, находясь на этих орбитах, электрон не излучает энергии. Поэтому, пока электроны в атоме не совершают переходов с одной орбиты на другую, энергия атома остается постоянной. При переходе же электрона с одной орбиты на другую происходит излучение кванта лучистой энергии, величина которого равна разности энергии, соответствующей этим орбитам. Законы микромира обусловлены статистическим характером. Положение электрона в атоме неопределенно. Это значит, что невозможно одновременно точно определить и скорость электрона, и его координаты в пространстве. Электрон, который движется с очень большой скоростью, может находиться в любой части пространства вокруг ядра. Согласно представлениям квантовой механики, вероятность пребывания электрона в различных областях пространства неодинакова. Различные моментальные положения электрона образуют так называемое электронное облако с неравномерной плотностью отрицательного заряда рисунок 1. Форма и размеры электронного облака могут быть разными в зависимости от энергии электрона. Каждую орбиталь можно описать соответствующей волновой функцией — атомной орбиталью , зависящей от трех целочисленных параметров, называемых квантовыми числами. Иногда используют буквенные обозначения главного квантового числа, то есть каждое численное значение п обозначают соответствующей буквой латинского алфавита:. Главное квантовое число определяет энергию электрона и размер электронного облака, то есть среднее расстояние электрона от ядра. В Периодической системе элементов максимальному значению главного квантового числа соответствует номер периода. Орбитальное или побочное квантовое число l характеризует энергетический подуровень и определяет форму электронного облака; принимает целочисленные значения от 0 до п — 1. Его значения обычно обозначаются буквами:. Число возможных значений l соответствует числу возможных подуровней на данном уровне, равному номеру уровня п. Энергия электронов на разных подуровнях одного уровня изменяется в зависимости от l следующим образом: Электроны, имеющие одинаковые значения п, l и m l , находятся на одной орбитали. Таким образом, орбиталь — это состояние электрона, характеризующееся определенным набором трех квантовых чисел: Число значений, которое может принимать m l , при данном значении l , равно числу орбиталей на данном подуровне. Спиновое квантовое число т s характеризует собственный момент количества движения спин электрона не связанный с движением вокруг ядра , который в виде нестрогой модели можно считать соответствующим направлению вращения электрона вокруг своей оси. Может принимать два значения: Электроны, имеющие одинаковые значения главного, орбитального и магнитного квантовых чисел и отличающиеся только значениями спинового квантового числа, находятся на одной орбитали и образуют одно общее электронное облако. Такие два электрона, имеющие противоположные спины и находящиеся на одной орбитали, называют спаренными. Один электрон на орбитали является неспаренным. Таким образом, состояние электрона в атоме определяется набором значений четырех квантовых чисел. Последовательность заполнения электронами подуровней в многоэлектронных атомах определяется принципом минимума энергии, принципом Паули и правилом Хунда. В устойчивом состоянии электроны находятся на наиболее низких энергетических уровнях и подуровнях. Это означает, что каждый новый электрон попадает в атоме на самый низкий по энергии свободный подуровень. Охарактеризуем уровни, подуровни и орбитали по запасу энергии электронов. Для многоэлектронного атома энергия орбиталей на уровнях и подуровнях изменяется следующим образом:. FAQ Обратная связь Вопросы и предложения. Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Московский государственный университет природообустройства. Периодический закон и периодическая система химических элементов д. Менделеева Лекция 1 Вопросы Открытие Периодического закона Периодическая система химических элементов Д. Современная формулировка Периодического закона Квантово-механическое описание состояния электрона в атоме Открытие Периодического закона Одной из важнейших проблем теоретической химии XIX века была проблема систематизации химических элементов, число которых постоянно росло. Так, в рядах элементов Li Be B C N O F Na Mg Al Si P S Cl K Ca обнаруживалось сходство между элементами. Менделеевым, заключалась в следующем: Эта связь заключалась в том, что свойства элементов плавно и примерно одинаково изменяются с возрастанием их атомной массы, а затем эти изменения периодически повторяются; — в тех случаях, когда создавалось впечатление, что в последовательности изменения свойств элементов не хватает какого-нибудь звена, в Периодической таблице предусматривались пробелы, которые надо было заполнить еще не открытыми элементами. Периодическая система химических элементов Д. Менделеева Периодическая система химических элементов таблица Менделеева является графическим выражением Периодического закона. Группа — это вертикальный ряд элементов. Современная формулировка Периодического закона Открытие периодического закона стало предпосылкой к созданию в XX в. Квантовая механика базируется на трех основных положениях. Квантово-механическое описание состояния электрона в атоме 1. Иногда используют буквенные обозначения главного квантового числа, то есть каждое численное значение п обозначают соответствующей буквой латинского алфавита: Численные значения 1 2 3 4 5 Буквенные значения K L M N O Главное квантовое число определяет энергию электрона и размер электронного облака, то есть среднее расстояние электрона от ядра. Его значения обычно обозначаются буквами: Лекция 2 Вопросы Формирование электронной оболочки атома. Электронные конфигурации атомов Электронная конфигурация атома и периодическая система Формирование электронной оболочки атома Последовательность заполнения электронами подуровней в многоэлектронных атомах определяется принципом минимума энергии, принципом Паули и правилом Хунда. Для многоэлектронного атома энергия орбиталей на уровнях и подуровнях изменяется следующим образом:
Чем необычен главный герой рассказа шукшина чудик
Где находится в мичуринске магазин
Дать объявление на авито курган
Сколько масла для 2х тактного двигателя
Как сделать шампунь видео