Лекция 3 Шагалов Владимир Владимирович строение атома

Шагалов Владимир Владимирович 2 План лекции 1. Развитие представлений о сложной структуре атома 2. Современная теория строения атома – квантовая механика 3. Электронные и электронно-графические формулы 4. Периодический закон и Периодическая система Д.И. Менделеева

Шагалов Владимир Владимирович 3 Экспериментальные доказательства сложной структуры атома Атомные спектры (1859 г., Кирхгофф) Фотоэффект (1888 г., Столетов) Катодные лучи (1895 г., Перрен) Рентгеновское излучение (1895 г.) Радиоактивность урана (1896 г. Бекккерель) Открытие электрона (1897 г., Томсон)

Шагалов Владимир Владимирович 4 Модели строения атома Джозеф Джон Томсон Эрнест Резерфорд Открытие электрона (1897 г.) «Пудинг с изюмом» (1904 г.) Открытие ядра атома (1911 г.) «Планетарная модель»

Шагалов Владимир Владимирович 5 Модели строения атома Нильс Бор 1913 г. 1 постулат: в изолированном атоме ē движется по круговым стационарным орбитам, при этом атом не излучает и не поглощает Е 2 постулат: переход ē с одной орбиты на другую сопровождается испусканием или поглощением кванта Е

Шагалов Владимир Владимирович 6 Современная теория строения атома – квантовая механика Квантовую механику от классической механики отличают три идеи: Квантование энергии электронов в атоме Двойственная природа ē Вероятностный характер законов микромира

Шагалов Владимир Владимирович 7 Квантование энергии электронов в атоме Энергия электрона в атоме квантована

Шагалов Владимир Владимирович 8 Двойственная природа электрона (корпускулярно-волновой дуализм) Гипотеза Луи де Бройля 1924 г. Любая частица массой (m) и движущаяся со скоростью ( ), является одновременно волной с длиной (λ). λ = h/m

Шагалов Владимир Владимирович 9 Принцип неопределённости Гейзенберга Невозможно одновременно точно определить координаты и импульс движущегося в атоме ē в силу его волновых свойств

Шагалов Владимир Владимирович 10 Уравнение Шрёдингера Эрвин Шрёдингер 1926 г. - волновое уравнение, учитывающее двойственную природу ē

Шагалов Владимир Владимирович 11 Функция радиального распределения вероятности электронной плотности W(r) = 4 r 2 ı ψ ı 2 dr - функция характеризует вероятность обнаружения ē в сферическом слое толщиной dr на различном расстоянии от ядра атома

Шагалов Владимир Владимирович 12 Квантовые числа n - главное квантовое число определяет Е ē в атоме. n принимает значения от 1 до. Совокупность ē в атоме с одинаковым значением n называется энергетическим уровнем

Шагалов Владимир Владимирович 13 Орбитальное квантовое число ( ) характеризует Е и форму АО. принимает значения от 0 до (n – 1). Совокупность ē в атоме с одинаковым значением (при равном n) называется энергетическим подуровнем Значение Обозначение s p d f g h

Шагалов Владимир Владимирович 14 Магнитное квантовое число (m ) m характеризует пространственную ориентацию АО. Значения m : от + через 0 до -

Шагалов Владимир Владимирович 15 Ориентация атомных орбиталей в пространстве

Шагалов Владимир Владимирович 16 Ориентация атомных орбиталей в пространстве

Шагалов Владимир Владимирович 17 Ориентация атомных орбиталей в пространстве

Шагалов Владимир Владимирович 18 Спиновое квантовое число (m s ) m s характеризует собственный механический и магнитный момент движения ē. m s принимает два значения +1/2 и -1/2 АО:

Шагалов Владимир Владимирович 19 Многоэлектронные атомы Е АО многоэлектронных атомов отличается от Е АО атома Н. Причины такого различия: экранирование заряда ядра внутренними ē; уменьшение Е притяжения ē на внешнем уровне; значительный эффект межэлектродного отталкивания.

Шагалов Владимир Владимирович 20 В результате изменяется последовательность возрастания Е АО. Следствие: Еns Е(n-1)d Е(n-2)f. Е(АО) 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s 3d < 4p

Шагалов Владимир Владимирович 21 Основные принципы заполнения электронами атомных орбиталей Принцип наименьшей Е ē в атоме в первую очередь стремиться занять уровень и подуровень с наименьшей Е

Шагалов Владимир Владимирович 22 Основные принципы заполнения электронами атомных орбиталей 92 U Уран : [Rn] 5f 3 6d 1 7s 2 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 14 5s 2 5p 6 5d 10 5f 3 6s 2 6p 6 6d 1 7s 2

Шагалов Владимир Владимирович 23 Основные принципы заполнения электронами атомных орбиталей Принцип запрета Паули: В атоме не может быть двух ē с одинаковым набором четырёх квантовых чисел. Следствие: на одной АО может располагаться не более 2 ē с антипараллельными спинами.

Шагалов Владимир Владимирович 24 Основные принципы заполнения электронами атомных орбиталей Правило Гунда: При прочих равных условиях суммарный спин системы должен быть максимальным

Шагалов Владимир Владимирович 25 Электронные формулы Различают 4 вида электронных формул: Полная ē формула отражает порядок заполнения ē АО, уровней и подуровней. Краткая ē формула позволяет сократить написание полной ē формулы. Электронная формула валентных ē записывается только для ē, которые могут принимать участие в образовании химических связей.

Шагалов Владимир Владимирович 26 Периодический закон и периодическая система Д.И. Менделеева Периодический закон открыт Д.И.Менделеевым в 1869 г. Первоначальная формулировка: «свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса»

Шагалов Владимир Владимирович 27 Современная формулировка периодического закона Несоответствие атомных масс некоторых элементов порядку их следования в ПС: А( 18 Ar) = 40 г/моль А( 19 К) = 39 г/моль А( 27 Со) = 58,9 г/моль А( 28 Ni) = 58,7 г/моль В 1913 г. Мозли показал, что большее значение, чем атомные массы, имеют заряды ядер атомов. Свойства химических элементов, а также формы и свойства образуемых ими простых веществ и соединений находятся в периодической зависимости от величины зарядов ядер их атомов

Шагалов Владимир Владимирович 28 Короткопериодная периодическая система

Шагалов Владимир Владимирович 29 Полудлиннопериодная периодическая система

Шагалов Владимир Владимирович 30 Периодичность изменение свойств элементов Периодическое изменение радиусов атомов (r a )

Шагалов Владимир Владимирович 31 Закономерности изменения орбитальных радиусов атомов

Шагалов Владимир Владимирович 32 Энергия ионизации Энергия ионизации – это Е, которую нужно затратить для отрыва ē от атома. [E ион ] = к Дж/моль, в эВ 1 эВ = 96,49 к Дж/моль.

Шагалов Владимир Владимирович 33 Закономерное изменение энергии ионизации

Шагалов Владимир Владимирович 34 Сродство к электрону Сродство к электрону (Eср) – это Е, которая выделяется (или затрачивается) при присоединении ē к нейтральному атому

Шагалов Владимир Владимирович 35 Электроотрицательность ( ) характеризует способность атома притягивать ē. рассчитывается: = ½(Еион + Еср).

Шагалов Владимир Владимирович 36 Электроотрицательность