Состояние электронов в атоме. Хром квантовые числа

2.3. Квантовые числа

Волновая функция, являющаяся решением уравнения Шредингера, называется орбиталью. Для решения этого уравнения вводятся три квантовых числа (n, l и ml )

Главное квантовое число n. оно определяет энергию электрона и размеры электронных облаков. Энергия электрона главным образом зависит от расстояния электрона от ядра: чем ближе к ядру находится электрон, тем меньше его энергия. Поэтому можно сказать, что главное квантовое число n определя-

ет расположение электрона на том или ином энергетическом уровне. Главное квантовое число имеет значения ряда целых чисел от 1 до ∞. При значении главного квантового числа, равного 1 (n = 1), электрон находится на первом энергетическом уровне, расположенном на минимально возможном расстоянии от ядра. Общая энергия такого электрона наименьшая.

Электрон, находящийся на наиболее удаленном от ядра энергетическом уровне, обладает максимальной энергий. Поэтому при переходе электрона с более удаленного энергетического уровня на более близкий выделяется энергия. Энергетические уровни обозначают прописными буквами согласно схеме:

Значение n …. 1 2 3 4 5

Обозначение K L M N Q

Орбитальное квантовое число l. Согласно квантово-механическим расчетам электронные облака отличаются не только размерами, но и формой. Форму электронного облака характеризует орбитальное или побочное квантовое число. Различная форма электронных облаков обусловливает изменение энергии электрона в пределах одного энергетического уровня, т.е. ее расщепления на энергетические подуровни. Каждой форме электронного облака соответствует определенное значение механического момента движения электрона , определяемого орбитальным квантовым числом:

Определенной форме электронного облака соответствует вполне определенное значение орбитального момента количества движения электрона . Так как  может принимать только дискретные значения, задаваемые квантовым числом l, то и формы электронных облаков не могут быть произвольными: каждому возможному значению l соответствует вполне определенная форма электронного облака.

Рис. 5. Графическая интерпретация момента движения электрона, гдеμ - орбитальный момент количества

движения электрона

Орбитальное квантовое число может иметь значения от 0 до n - 1, всего n – значений.

Энергетические подуровни обозначены буквами:

Значение l 0 1 2 3 4

Обозначение s p d f g

Магнитное квантовое число ml. Из решения уравнения Шредингера следует, что электронные облака ориентированы определенным образом в пространстве. Пространственная ориентация электронных облаков характеризуется магнитным квантовым числом.

Магнитное квантовое число может принимать любые целочисленные значения как положительные, так и отрицательные в пределах от –l до +l, а всего это число может принимать (2l+1) значений для данного l, включая нулевое. Например, если l = 1, то возможны три значения m (–1,0,+1) орбитальный момент , есть вектор, величина которого квантована и определяется значением l. Из уравнения Шредингера следует, что не только величина µ, но и направление этого вектора, характеризующее пространственную ориентацию электронного облака, квантовано. Каждому направлению вектора заданной

длины соответствует определенное значение его проекции на ось z, характеризующее некоторое направление внешнего магнитного поля. Значение этой проекции характеризует ml.

Спин электрона. Изучение атомных спектров показало, что три квантовых числа n, l и ml не являются полной характеристикой поведения электронов в атомах. С развитием спектральных методов исследований и повышением разрешающей способности спектральных приборов была обнаружена тонкая структура спектров. Оказалось, что линии спектров расщепляются. Для объяснения этого явления было введено четвертое квантовое число, связанное с поведением самого электрона. Это квантовое число было названо спином с обозначением ms и принимающее всего два значения +½ и –½ в зависимости от одной из двух возможных ориентаций спина электрона в магнитном поле. Положительное и отрицательное значения спина связаны с его направлением. Поскольку спин величина векторная, то его условно обозначают стрелкой, направленной вверх или ↑ или вниз ↓ .Электроны, имеющие одинаковое направление спина называются параллельными, при противоположных значениях спинов – антипараллельныи.

Наличие спина у электрона было доказано экспериментально в 1921 г., В. Герлахом и О. Штерном, которые сумели разделить пучок атомов водорода на две части, соответствующие ориентации электронного спина. Схема их эксперимента показана на рис. 6. Когда атомы водорода пролетают через область сильного магнитного поля, электрон каждого атома взаимодействует с магнитным полем, и это заставляет атом отклоняться от исходной прямолинейной траектории, Направление, в котором отклоняется атом, зависит от ориентации спина его электрона. Спин у электрона не зависит от внешних условий и не может быть уничтожен или изменен.

Таким образом, было окончательно установлено, что полностью состояние электрона в атоме характеризуется четырьмя квантовыми числами n, l, ml. и ms,

Рис. 6. Схема эксперимента Штерна - Герлаха

studfiles.net

Квантовые числа

Квантовые числа – это энергетические параметры, определяющие состояние электрона и тип атомной орбитали, на которой он находится. Квантовые числа необходимы для описания состояния каждого электрона в атоме. Всего 4-ре квантовых числа. Это: главное квантовое число – n , орбитальное квантовое число – l , магнитное квантовое число – ml и спиновое квантовое число – ms .

Главное квантовое число – n .

Главное квантовое число – n – определяет энергетический уровень электрона, удалённость энергетического уровня от ядра и размер электронного облака. Главное квантовое число принимает любые целочисленные значения, начиная с n =1 ( n =1,2,3,…) и соответствует номеру периода.

Орбитальное квантовое число – l .

Орбитальное квантовое число – l – определяет геометрическую форму атомной орбитали. Орбитальное квантовое число принимает любые целочисленные значения, начиная с l =0 ( l =0,1,2,3,… n -1). Независимо от номера энергетического уровня, каждому значению орбитального квантового числа соответствует орбиталь особой формы. “Набор” таких орбиталей с одинаковыми значениями главного квантового числа называется энергетическим уровнем. Каждому значению орбитального квантового числа соответствует орбиталь особой формы. Значению орбитального квантового числа l =0 соответствует s -орбиталь (1-ин тип). Значению орбитального квантового числа l =1 соответствуют p -орбитали (3-ри типа). Значению орбитального квантового числа l =2 соответствуют d -орбитали (5-ть типов). Значению орбитального квантового числа l =3 соответствуют f -орбитали (7-мь типов).

f-орбитали имеют ещё более сложную форму. Каждый тип орбитали – это объём пространства, в котором вероятность нахождения электрона – максимальна.

Магнитное квантовое число – ml .

Магнитное квантовое число – ml – определяет ориентацию орбитали в пространстве относительно внешнего магнитного или электрического поля. Магнитное квантовое число принимает любые целочисленные значения от –l до +l, включая 0. Это означает, что для каждой формы орбитали существует 2l+1 энергетически равноценных ориентаций в пространстве – орбиталей.

Для s-орбитали:

l=0, m=0 – одна равноценная ориентация в пространстве (одна орбиталь).

Для p-орбитали:

l=1, m=-1,0,+1 – три равноценные ориентации в пространстве (три орбитали).

Для d-орбитали:

l=2, m=-2,-1,0,1,2 – пять равноценных ориентаций в пространстве (пять орбиталей).

Для f-орбитали:

l=3, m=-3,-2,-1,0,1,2,3 – семь равноценных ориентаций в пространстве (семь орбиталей).

Спиновое квантовое число – ms .

Спиновое квантовое число – ms – определяет магнитный момент, возникающий при вращении электрона вокруг своей оси. Спиновое квантовое число может принимать лишь два возможных значения +1/2 и –1/2. Они соответствуют двум возможным и противоположным друг другу направлениям собственного магнитного момента электрона – спинам. Для обозначения электронов с различными спинами используются символы: 5 и 6 .

mirznanii.com

Состояние электронов в атоме

Электронное строение атома и энергия электронов

Электронное строение атома определяется энергией электронов, а также вероятностью их нахождения в каждой точке пространства вблизи ядра. Поведение электронов в атоме описывается с помощью квантовой механики, главный постулат которой – все микрочастицы имеют волновую природу, а волны – свойства частиц (корпускулярно – волновой дуализм).

Масса (m) любой частицы и ее скорость (v) связаны с длиной волны (λ) уравнением де Бройля:

λ=h / m × v,

где h – постоянная Планка (6,62 × 10-34 Дж × с).

Второй постулат квантовой механики говорит о том, что невозможно одновременно точно определить положение и импульс электрона (принцип неопределенности Гейзенберга). Погрешности в определении координаты (Δx) и импульса (Δmv) связаны соотношением:

Δx × Δmv ≥ $\frac{h}{2 \pi}$ = 1,05 × 10-34 Дж × с

В-третьих, энергия электронов меняется квантами (порциями).

Поскольку квантовая механика рассматривает вероятность нахождения электрона в пространстве вокруг ядра, а быстродвижущийся электрон может находиться в любой области пространства, то если бы удалось сфотографировать через малые промежутки времени положение электрона в атоме и наложить полученные снимки друг на друга, то получилась бы картина электронного облака.

Электронное облако — квантовомеханическая модель, описывающая состояние электрона в атоме. Плотность электронного облака неравномерна (рис. 1). Пространство, вокруг ядра, в котором наиболее вероятно нахождение электрона, называется орбиталью. В нем заключено 90% электронного облака.

Рис. 1. Электронное облако атома водорода с неравномерной плоностью.

Располагаясь на азличных расстояниях от ядра электроны образуют энергетические слои (энергетические уровни). Их нумеруют, начиная от ядра: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 или обозначают буквами: K, L, M, N, O, P, Q.

Квантовые числа

Состояние электрона в атоме можно описать с помощью четырех квантовых чисел (табл. 1). Целое число n, обозначающее номер уровня, называют главным квантовым числом. Оно характеризует энергию электронов, которые занимают конкретный энергетический уровень. Наименьшая энергия характерна для электронов, максимально близко расположенных к ядру. Число энергетических уровней в атоме определяется номером периода, в котором находится элемент. Наибольшее число электронов на энергетическом уровне можно определить по формуле:

N = 2n2,

где N – число электронов, n – главное квантовое число.

Таблица 1. Квантовые числа, характеризующие состояние электрона в атоме

Квантовое число	Принимаемые значения	Характеризуемое свойство	Примечание
Главное (n)	1,2,3,… , ∞	Энергия уровня, среднее расстояние от ядра	n=∞ — нет взаимодействия с ядром
Орбитальное (l)	0, 1,… , (n-1)	Орбитальный момент количества движения – форма орбитали	Обычно используют буквенные символы: 0 (s), 1 (p), 2 (d), 3 (f)
Магнитное (ml)	-l,… , 0,… , +l	Ориентация момента количества движения – расположение орбитали в пространстве	При помещении в магнитное поле, орбитали с различным ml имеют различную энергию
Спиновое (ms)	$\pm \frac{1}{2}$	Ориентация собственного магнитного момента	Обозначают ↑ или↓

Состояние электронов в атомах определяется принципом Паули: в атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором всех квантовых чисел. Последовательность заполнения орбиталей электронами определяется правилами Клечковского: орбитали заполняются электронами в порядке возрастания суммы (n+l) для этих орбиталей, если сумма (n+l) одинакова, то первой заполняется орбиталь с меньшим значением n.

Электронная формула

Строение электронной оболочки изображается электронной формулой, которая показывает распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням. Число электронов на подуровне обозначается цифрой, которая записывается справа вверху от буквы, показывающей подуровень. Например, атом водорода имеет один электрон, который расположен на s-подуровне 1-го энергетического уровня: 1s1. Электронная формула гелия, содержащего два электрона записывается так: 1s2.

У элементов второго периода электроны заполняют 2-й энергетический уровень, на котором могут находиться не более 8-ми электронов. Вначале электроны заполняют s-подуровень, потом – p-подуровень. Например:

3Li 1s22s1

5B 1s22s22p1

У атомов некоторых элементов, наблюдается явление «проскока» электрона с внешнего энергетического уровня на предпоследний. Проскок электрона происходит у атомов меди, хрома, палладия и некоторых других элементов. Например:

24Cr 1s22s22p63s23p63d54s1

Задания:

1. Написать электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами: 23, 27, 29.

2. Атомы элементов имеют следующие электронные формулы: 1s22s22p4 и 1s22s22p63s 23p63d54s1. Определить порядковый номер элемента, а также семейство и группу, к которым они относятся.

Ответы :

1. 23Ti 1s22s22p63s23p63d34s2

27Co 1s22s22p63s23p63d74s2

29Cu 1s22s22p63s23p63d104s1

2. Суммарное число электронов на всех подуровнях равно порядковому номеру элемента. В первом случае число электронов равно 8, следовательно, это кислород, он находится в VI группе, главной подгруппе и относится к семейству p-элементов. Во втором случае сумма электронов равна 24, значит это хром, он находится в в VI группе, побочной подгруппе и относится к семейству d-элементов.

ru.solverbook.com

5.2. Модель состояния электрона в атоме Квантовые числа

Схема подразделения энергетических уровней на подуровни

Электронные формулы – показывают распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням.

индекс справа вверху – число электронов на подуровне.

Положение электрона в атоме описывается набором из четырех квантовых чисел. Охарактеризовать электронное строение атома – это значит указать значения четырех квантовых чисел для всех его электронов.
Главное квантовое число (n) определяет размер электронного облака, размер орбитали, номер энергетического уровня и энергию электрона на данном уровне, соответствует номеру периода в таблице Менделеева.	У атомов элементов первого периода – один энергетический уровень (n = 1), второго периода – 2 уровня (n = 2), третьего – 3 уровня (n = 3) и т.д.
Орбитальное квантовое число () характеризует энергию электрона на данной орбитали (энергетическом подуровне) = 0, 1, 2,...(n – 1). Оказалось, что в пределах одного квантового слоя электроны могут образовывать облака различной формы.	Число орбиталей равно числу значений на данном энергетическом уровне. Если = 0 (s-электроны), то орбиталь имеет сферическую форму;= 1 (р-электроны) – гантелеобразную; = 2 (d-электроны)– форму четырех лепестковой розы.
Число n обозначается цифрой, а строчной буквой: 0 – s, 1 – р, 2 – d, 3 – f. Число электронов для данного указывается индексом сверху. Например: Бор – 5В 1s22s22р1 – это означает, что в атоме бора есть 2 электрона, у которых n = 1, а = 0; 2 электрона сn = 2 и = 0, и 1 электрон сn = 2 и = 1.
Магнитное квантовое число () характеризует энергию электрона на данной ориентации орбитали и принимает значения –, 0, ; = n–1. Допускаются лишь строго определенные ориентации электронных облаков в пространстве.	Число возможных значений для данного значения определяет число возможных ориентации данного облака в пространстве. Так, s-облако имеет 1 ориентацию, р – 3 ориентаций, d – 5 ориентаций, а f – 7 ориентаций.
ms – магнитное спиновое число характеризует собственный момент количества движения электрона, в результате вращения вокруг собственной оси. Такое движение называется спином. Спин – это собственный момент импульса электрона, не связанный с движением в пространстве.	Для всех электронов абсолютное значение спина всегда равно s=1/2. Проекция спина на ось z (магнитное спиновое число ms) может иметь лишь два значения: ms = +1/2 или ms = –1/2.
n	l	ml	ms
1	0	0	±1/2
2	0, 1	0; 1, 0, –1	±1/2
3	0, 1, 2	0; 1, 0, –1; 2, 1, 0, –1, –2	±1/2
4	0, 1, 2, 3	0; 1, 0, –1; 2, 1, 0, –1, –2; 3, 2, 1, 0, –1, –2, –3	±1/2

studfiles.net

Химия для студентов: Квантовые числа

Состояние электрона в атоме описывается уравнением Шредингера. Решения уравнения Шредингера для одноэлектронного атома нумеруются тремя целочисленными параметрами, называемыми квантовыми числами, которые описывают всю совокупность сложных движений электрона в атоме. Квантовые числа изменяются дискретно (на единицу). Их всего четыре: главное (n), орбитальное (l), магнитное (ml) и спиновое (ms). Первые три характеризуют движение электрона в пространстве, а четвертое – вокруг собственной оси.

Главное квантовое число (n). Определяет энергетический уровень электрона, его удаленность от ядра, размер электронного облака. Принимает целые значения (n = 1, 2, 3 ...) и соответствует номеру периода. Из периодической системы для любого элемента по номеру периода можно определить число энергетических уровней атома и какой энергетический уровень является внешним. Электроны, обладающие близкими значениями энергии, образуют энергетический уровень. Он содержит строго определенное число электронов – максимально 2n2. Энергетические уровни подразделяются на s-, p-, d- и f- подуровни; их число равно номеру уровня.

Орбитальное квантовое число (l) характеризует геометрическую форму орбитали. Принимает значение целых чисел от 0 до (n - 1). Независимо от номера энергетического уровня каждому значению орбитального квантового числа соответствует орбиталь особой формы. Набор орбиталей с одинаковыми значениями n называется энергетическим уровнем, c одинаковыми n и

l - подуровнем.

На первом энергетическом уровне (n = 1) орбитальное квантовое число l принимает единственное значение l = (n - 1) = 0. Форма обитали - сферическая; на первом энергетическом только один подуровень - 1s. Для второго энергетического уровня (n = 2) орбитальное квантовое число может принимать два значения: l = 0, s- орбиталь – сфера большего размера, чем на первом энергетическом уровне; l = 1, p- орбиталь – гантель. Таким образом, на втором энергетическом уровне имеются два подуровня – 2s и 2p. Для третьего энергетического уровня (n = 3) орбитальное квантовое число l принимает три значения: l = 0, s- орбиталь – сфера большего размера, чем на втором энергетическом уровне; l = 1, p - орбиталь – гантель большего размера, чем на втором энергетическом уровне; l = 2, d- орбиталь сложной формы.

Таким образом, на третьем энергетическом уровне могут быть три энергетических подуровня – 3s, 3p и 3d.

Магнитное квантовое число (ml) характеризует положение электронной орбитали в пространстве и принимает целочисленные значения от -l до +l, включая 0. Это означает, что для каждой формы орбитали существует (2l + 1) энергетически равноценных ориентации в пространстве.

Для s- орбитали (l = 0) такое положение одно и соответствует m = 0. Сфера не может иметь разные ориентации в пространстве.

Для p- орбитали (l = 1) – три равноценные ориентации в пространстве

(2l + 1 = 3): m = -1, 0, +1.

Для d- орбитали (l = 2) – пять равноценных ориентаций в пространстве

(2l + 1 = 5): m = -2, -1, 0, +1, +2.

Таким образом, на s- подуровне – одна орбиталь,

на p- подуровне – три орбиталей,

на d- подуровне – пять орбиталей,

на f- подуровне – 7 орбиталей.

Спиновое квантовое число (ms) характеризует магнитный момент, возникающий при вращении электрона вокруг своей оси. Принимает только два значения +1/2 и –1/2, соответствующие противоположным направлениям вращения. На одной орбитали располагаются два электрона с противоположным спином, таким образом суммарный спин заполненной орбитали равен нулю. Например, p-подуровень имеет три орбитали, которые заполняются последовательно каждая одним электроном и только четвертый электрон заполняет первую орбиталь с уже имеющимся электроном.

Для рассмотрения электронной формулы атома перейдем на сайт:

chemistryostu.blogspot.com

Шпаргалка - Квантовые числа - Химия

Главное квантовое число – n .

Орбитальное квантовое число – l .

Значение орбитального квантового числа – l.	Типы орбитали.	Количество типов орбитали.
l =0	s- орбиталь	1
l =1	p- орбитали	3
l =2	d- орбитали	5
l =3	f- орбитали	7

Магнитное квантовое число – ml .

Для s-орбитали:

l=0, m=0 – одна равноценная ориентация в пространстве (одна орбиталь).

Для p-орбитали:

l=1, m=-1,0,+1 – три равноценные ориентации в пространстве (три орбитали).

Для d-орбитали:

l=2, m=-2,-1,0,1,2 – пять равноценных ориентаций в пространстве (пять орбиталей).

Для f-орбитали:

l=3, m=-3,-2,-1,0,1,2,3 – семь равноценных ориентаций в пространстве (семь орбиталей).

Спиновое квантовое число – ms .

www.ronl.ru

Квантовые числа элементов. — МегаЛекции

Состояние каждого электрона в атоме характеризуется 4 квантовыми числами:

а) Главное квантовое число n - определяет число уровней в атоме и совпадает с номером периода, в котором находится элемент.

Например: n = 2, значит в атоме две оболочки с электронами, следовательно, элемент находится во втором периоде.

Главное квантовое число n - определяет общий запас энергии электрона и его расстояние от ядра. Чем дальше электрон удален от атома, тем больше запас энергии. При n = 1 энергия электрона минимальна.

n = 1 К – уровень

n = 2 L – уровень

n = 3 M – уровень

n = 4 N – уровень

n = 5 O – уровень

n = 6 Р – уровень

n = 7 Q – уровень

б) Побочное квантовое число l -определяет форму электронного облака. Его значение на 1 меньше, чем у главного квантового числа.

По значению побочного квантового числа определяются подуровни.

Например: если n = 1 l = 0, то это s - подуровень

n = 2 l = 0,1, то это s,р - подуровни

n = 3 l = 0,1,2, то это s,р,d - подуровни

n = 4 l = 0,1,2,3 то это s,р,d,f - подуровни

в) Магнитное квантовое число m –определяет направление вытянутости электронного облака в магнитном поле. Это векторная величина имеет положительные и отрицательные значения в пределах побочного квантового числа.

Например: l = 0, m = 0, то это s – подуровень - одна ячейка

l = 1, m = –1, 0,+1 р – подуровнь - 3 ячейки

l = 2, m = –2, –1, 0,+1,+2 d – подуровнь - 5 ячеек

г) Квантовое спиновое число Sопределяет направление вращения электрона вокруг собственной оси. Если S = + 1/2, то электрон вращается вокруг собственной оси по часовой стрелке и условно обозначается ↑.

Если S = – 1/2, то электрон вращается вокруг собственной оси против часовой стрелки и условно обозначается ↓.

Строение атома и распределение электронов по оболочкам у элементов малых и больших периодов.

В 1913 году ученый-Н. Бор развил квантовую теорию строения атома. В основу теории положил следующие постулаты: электрон может двигаться вокруг ядра атома не по любым орбитам, а по вполне определенным. Число орбит элемента определяется номером периода. Периодов семь, то значит, различают 1,2,3,4,5,6,7 уровни энергии, которые называются квантовыми слоями и обозначаются: К, L, М, N, О, P, Q.

Уровни подразделяются на подуровни, которые обозначаются буквами латинского алфавита s, р, d, f.

Первому энергетическому уровню соответствует s – подуровень, второму уровню – два подуровня: s, р, третьему уровню – три подуровня: s, р, d, четвертому уровню – четыре подуровня: s, р, d, f.

Согласно второму принципу Паули: два электрона могут занять одну и ту же орбиту при условии, что их спины имеют противоположные направления

Согласно принципу Паули:

· первый уровень содержит не более 2 электронов

· второй – не более 8,

· третий – не более 18,

· четвертый – не более 32 электронов

Если в атоме какой-либо уровень окажется незаполненным, то электроны в нем распределяются в соответствии с правилом Хунда:

квантовые ячейки заполняются сначала по одному электрону, а затем по другому с противоположно направленным спином.

а) схема строения атома H +1 )1е

б) графическое изображение электронной оболочки атома элемента водорода

1sв) электронная формула элемента водорода 1s1

Азот - N заряд ядра +7 )2е )5е 1s2 2s22р3

Кислород – O заряд ядра +8 )2е )6е 1s2 2s22р4

Калий – Кзарядядра +19 )2е )8е )8е )1е 1s2 2s22р63s23p64s1

↑↓
↑↓	↑↓	↑↓

↑↓
↑↓	↑↓	↑↓

Контрольные вопросы:

1.Какие предпосылки послужили основой открытия Периодического закона?

2.Как таблица Менделеева структурируется по горизонтали? Какие периоды выделяют в таблице Менделеева?

3.Как таблица Менделеева структурируется по вертикали? Охарактеризуйте главную и побочную подгруппы.

4.Какие из химических элементов в таблице Менделеева связаны с Россией?

5.Охарактеризуйте координаты элемента №33 и №41 в таблице Менделеева

6.Что объединяет элементы главной и побочной подгрупп? Приведите примеры

7.Расположите следующие элементы: фосфор, магний, хлор – в порядке возрастания неметаллических свойств. Расположите эти элементы в порядке возрастания металлических свойств.

8.Расположите следующие элементы: сурьма, фосфор, висмут – в порядке возрастания неметаллических свойств. Расположите эти элементы в порядке возрастания металлических свойств.

9.Расположите следующие элементы: магний, барий, стронций, бериллий – в порядке увеличения радиусов атомов. Как изменяются металлические св-ва элементов в этом ряду?

10.Напишите электронные формулы следующих атомов: кислорода, магния, фосфора, аргона, ванадия.

Тема.1.3: Строение вещества

Перечень изучаемых вопросов:

1. Ковалентная химическая связь. Механизм образования. Электроотрицательность. Ковалентные полярная и неполярная связи. Молекулярные и атомные кристаллические решетки.

2. Ионная химическая связь. Катионы, их образование из атомов в результате процесса окисления. Анионы, их образование из атомов в результате процесса восстановления. Ионная связь, как связь между катионами и анионами за счет электростатического притяжения.. Ионные кристаллические решетки.

3. Металлическая связь. Металлическая кристаллическая решетка и металлическая химическая связь. Физические свойства металлов.

4. Агрегатные состояния веществ и водородная связь. Твердое, жидкое и газообразное состояния веществ. Переход вещества из одного агрегатного состояния в другое. Водородная связь, ее роль в формировании структур биополимеров.

5. Чистые вещества и смеси.Понятие о смеси веществ. Гомогенные и гетерогенные смеси. Состав смесей: объемная и массовая доли компонентов смеси, массовая доля примесей.

Дисперсные системы.Понятие о дисперсной системе. Дисперсная фаза и дисперсионная среда. Классификация дисперсных систем. Понятие о коллоидных системах.

Ковалентная химическая связь. Механизм образования ковалентной связи (обменный и донорно-акцепторный). Электроотрицательность. Ковалентные полярная и неполярная связи. Кратность ковалентной связи. Молекулярные и атомные кристаллические решетки.

Ковалентная связь образуется в результате перекрывания электронных облаков атомов, сопровождающегося выделением энергии.

Различают несколько механизмов образования ковалентной связи: обменный (равноценный), донорно-акцепторный, дативный.

При использовании обменного механизма образование связи рассматривается как результат спаривания спинов свободных электронов атомов. При этом осуществляется перекрывание двух атомных орбиталей соседних атомов, каждая из которых занята одним электроном. Таким образом, каждый из связываемых атомов выделяет для обобществления пары по электрону, как бы обмениваясь ими.например, при образовании молекулы трифторида бора из атомов три атомные орбитали бора, на каждой из которых имеется по одному электрону, перекрываются с тремя атомными орбиталями трех атомов фтора (на каждой из них также находится по одному неспаренному электрону). В результате спаривания электронов в областях перекрывания соответствующих атомных орбиталей появляется три пары электронов, связывающих атомы в молекулу.

По донорно-акцепторному механизму перекрывается орбиталь с парой электронов одного атома и свободная орбиталь другого атома. В этом случае в области перекрывания также оказывается пара электронов. По донорно-акцепторному механизму происходит, например, присоединение фторид-иона к молекуле трифторида бора. Вакантная р-орбиталь бора (акцептора электронной пары) в молекуле BF3 перекрывается с р-орбиталью иона F−, выступающего в роли донора электронной пары. В образовавшемся ионе [BF4]− все четыре ковалентные связи бор−фтор равноценны по длине и энергии, несмотря на различие в механизме их образования.

Атомы, внешняя электронная оболочка которых состоит только из s- и р-орбиталей, могут быть либо донорами, либо акцепторами электронной пары. Атомы, у которых внешняя электронная оболочка включает d-орбитали, могут выступать в роли и донора, и акцептора пар электронов. В этом случае рассматривается дативный механизм образования связи. Примером проявления дативного механизма приобразования связи служит взаимодействие двух атомов хлора. Два атома хлора в молекуле Cl2 образуют ковалентную связь по обменному механизму, объединяя свои неспаренные 3р-электроны. Кроме того, происходит перекрывание 3р-орбитали атом Cl-1, на которой имеется пара электронов, и вакантной 3d-орбитали атома Cl-2, а также перекрывание 3р-орбитали атом Cl-2, на которой имеется пара электронов, и вакантной 3d-орбитали атома Cl-1. Действие дативного механизма приводит к увеличению прочности связи. Поэтому молекула Cl2 является более прочной, чем молекула F2, в которой ковалентная связь образуются только по обменному механизму:

Молекулы	F2	Cl2	Br2	I2
Энергия связи, кДж/моль

Электроотрицательность (χ) — фундаментальное химическое свойство атома, количественная характеристика способности атома в молекуле притягивать к себе общие электронные пары.

megalektsii.ru