Xreferat.com » Рефераты по химии » Электронное строение атома. Периодический закон

Электронное строение атома. Периодический закон

Лекция № 2 и 3


Электронное строение атома.

Периодический закон.

Квантово-механическая модель атома. Атомные орбитали. Квантовые числа.

Правила заполнения электронами атомных орбиталей. Валентность.

Периодический закон. Периодическая система.


Теория строения атома основана на законах, описывающих движение микрочастиц (электронов, атомов, молекул) и их систем (например, кристаллов). Массы и размеры микрочастиц чрезвычайно малы по сравнению с массами и размерами макроскопических тел. Поэтому свойства и закономерности движения отдельных микрочастиц отличаются от свойств и закономерностей движения макроскопических тел, изучаемых классической физикой. Движение и взаимодействие микрочастиц описывает квантовая механика, которая основывается на представлении о квантовании энергии, волновом характере движения микрочастиц и вероятностном (статистическом) методе описания микрообъектов.

Примерно в начале XX в. исследования явлений (фотоэффект, атомные спектры) привели к выводу, что энергия распространяется и передаётся, поглощается и испускается не непрерывно, а дискретно, отдельными порциями – квантами. Энергия системы микрочастиц также может принимать определённые значения, которые являются кратными частицами квантов.

Предположение о квантовании энергии впервые было высказано М. Планком в 1900 г. и было обосновано Эйнштейном в 1905 г.: энергия кванта Электронное строение атома. Периодический закон зависит от частоты излучения Электронное строение атома. Периодический закон: Электронное строение атома. Периодический закон, где (1)

Электронное строение атома. Периодический закон – постоянная Планка (Электронное строение атома. Периодический закон)

Частота колебаний Электронное строение атома. Периодический закон и длина волны Электронное строение атома. Периодический закон связаны соотношением: Электронное строение атома. Периодический закон,

где Электронное строение атома. Периодический закон – скорость света.

Согласно соотношению (1), чем меньше Электронное строение атома. Периодический закон, тем больше энергия кванта Электронное строение атома. Периодический закон и наоборот. Таким образом, ультрафиолетовые и рентгеновские лучи обладают большей энергией, чем скажем радиоволны и инфракрасные лучи. Для описания электромагнитного излучения привлекают как волновые, так и корпускулярные представления: с одной стороны монохроматическое излучение распространяется как волна и характеризуется длиной волны Электронное строение атома. Периодический закон, с другой стороны оно состоит из микрочастиц – фотонов, переносящих кванты энергии.

Явление дифракции электромагнитного излучения доказывает его волновую природу. В то же время электромагнитное излучение обладает энергией, массой, производит давление. Так, вычислено, что за 1 год масса Солнца уменьшается за счёт излучения на Электронное строение атома. Периодический закон.

В 1924 г. Луи де Бройль предложил распространить корпускулярно-волновые представления на все микрочастицы, т.е. движение любой микрочастицы рассматривать как волновой процесс. Математически это выражается соотношением де Бройля, согласно которому частице массой Электронное строение атома. Периодический закон, движущейся со скоростью Электронное строение атома. Периодический закон, соответствует волна длиной Электронное строение атома. Периодический закон: Электронное строение атома. Периодический закон, (2)

Электронное строение атома. Периодический закон – импульс частицы.

Гипотеза де Бройля была экспериментально подтверждена обнаружением дифракционного и интерферентного эффектов потока электронов.

Согласно соотношению (2) движению электрона (Электронное строение атома. Периодический закон, Электронное строение атома. Периодический закон) отвечает волна длиной Электронное строение атома. Периодический закон, т.е. её длина соизмерима с размерами атомов.

В 1925 г. Шрёдингер предположил, что состояние движения электрона в атоме должно описываться уравнением стоячей электромагнитной волны. Он получил уравнение, которое энергию электрона связывает с пространством Декартовых координат и так называемой волновой функцией Электронное строение атома. Периодический закон, которая соответствует амплитуде 3-х мерного волнового процесса:

Электронное строение атома. Периодический закон, где

Электронное строение атома. Периодический закон – полная энергия электрона

Электронное строение атома. Периодический закон – потенциальная энергия электрона

Электронное строение атома. Периодический закон – вторая частная производная

Электронное строение атома. Периодический закон

Уравнение Шредингера позволяет найти волновую функцию Электронное строение атома. Периодический закон как функцию координат. Физический смысл волновой функции в том, что квадрат её модуля определяет вероятность нахождения электрона в элементарном объёме Электронное строение атома. Периодический закон, т.е. характеризует электронную плотность.Т. к. электрон обладает свойствами волны и частицы, мы не можем определить его положение в пространстве в определённый момент времени. Электрон размазан, т.е. делокализирован в пространстве атома. В этом заключается принцип Гейзенберга.

Микрочастица, так же как и волна не имеет одновременно точных значений координат и импульса. Это проявляется в том, что чем точнее определяется координаты частицы, тем неопределеннее её импульс, и наоборот. Поэтому мы говорим о максимально вероятном нахождении электрона в данном месте в определённый момент времени. Та область пространства, где >90% находится электрон называется атомной орбиталью. Уравнение Шредингера имеет множество решений, но физически осмысленное решение только в определённых условиях.

Для описания стоячей волны, образованной в атоме движущимся электроном, т.е. для нахождения волновой функции Электронное строение атома. Периодический закон необходимы квантовые числа.

В 3-х мерном пространстве 4-мя квантовыми числами описывается состояние электрона:

Главное квантовое число Электронное строение атома. Периодический закон характеризует удалённость электрона от ядра и определяет его энергию (чем больше Электронное строение атома. Периодический закон, тем больше энергия электрона и тем меньше энергия связи с ядром). Электронное строение атома. Периодический закон принимает целочисленные значения от 1 до Ґ.

Состояние электрона характеризующееся различными значениями главного квантового числа Электронное строение атома. Периодический закон, называется электронным слоем (электронной оболочкой, энергетическим уровнем). Они обозначаются цифрами 1, 2, 3, 4, 5, … или соответственно буквами K, L, M, N, O ….

Квантовое состояние атома с наименьшей энергией – основное состояние, а с более высокой – возбуждённое состояние. Переход электрона с одного уровня на другой сопровождается либо поглощением, либо выделением энергии: Электронное строение атома. Периодический закон.

Побочное квантовое (орбитальное, азимутальное) число Электронное строение атома. Периодический закон (принимает все целочисленные значения от 0 до (n-1)).


Электронное строение атома. Периодический закон

Электронное строение атома. Периодический закон

Орбиталь
1 0 1s
2 0,1 2s,2p
3 0,1,2 3s,3p,3d

Состояние электрона характеризующееся различными значениями побочного квантового числа Электронное строение атома. Периодический закон называется энергетическим подуровнем. В пределах каждого уровня с увеличением Электронное строение атома. Периодический закон, растёт энергия орбитали.

Каждому значению Электронное строение атома. Периодический закон соответствует определённая форма орбитали (например, при Электронное строение атома. Периодический закон – это сфера, центр которой совпадает с ядром).


Электронное строение атома. Периодический закон


Магнитное квантовое число Электронное строение атома. Периодический закон характеризует ориентацию орбитали в пространстве (принимает все целочисленные значения от - Электронное строение атома. Периодический закон до +Электронное строение атома. Периодический закон).

Например, для Электронное строение атома. Периодический закон Электронное строение атома. Периодический закон. В пределах каждого подуровня орбиталь имеет одинаковую энергию.

Спиновое квантовое число Электронное строение атома. Периодический закон характеризует вращательный момент, который приобретает электрон в результате собственного вращения вокруг своей оси (принимает два значения: Электронное строение атома. Периодический закон – вращение по часовой стрелке, Электронное строение атома. Периодический закон – вращение против часовой стрелки).

Атомные орбитали заполняются электронами в соответствии с 3-мя принципами:

Принцип устойчивости (принцип min энергии): Каждая новая орбиталь заполняется только после того, как будут заполнены все предыдущие, т.е. более устойчивые (с min энергией) орбитали.

Энергия атомных орбиталей возрастает следующим образом:

Электронное строение атома. Периодический закон

Правило Клечковского: заполнение электронами атомных орбиталей происходит в соответствии с увеличением суммы главного Электронное строение атома. Периодический закон и побочного Электронное строение атома. Периодический закон квантовых чисел; если Электронное строение атома. Периодический закон одинакова, то атомная орбиталь заполняется от больших Электронное строение атома. Периодический закон и меньших Электронное строение атома. Периодический закон к меньшим Электронное строение атома. Периодический закон и большим Электронное строение атома. Периодический закон.


Электронное строение атома. Периодический закон

Электронное строение атома. Периодический закон

Электронное строение атома. Периодический закон

Орбиталь
1 0 1 1s
2 0 2 2s

1 3 2p
3 0 3 3s

1 4 3p

2 5 3d
4 0 4 4s

1 5 4p

2 6 4d

3 7 4f
5 0 5 5s

1 6 5p

2 7 5d

3 8 5f

4 9 5g
6 0 6 6s

Принцип Паули: в атоме не может быть 2 электрона, у которых 4 одинаковых квантовых числа. Следовательно, на 1-ой орбитали могут находиться не более 2-х электронов, отличающихся друг от друга значением спинового квантового числа. Отсюда следует, что максимальное количество электронов на энергетическом уровне Электронное строение атома. Периодический закон, на энергетическом подуровне Электронное строение атома. Периодический закон.

Пример:

Электронное строение атома. Периодический закон Электронное строение атома. Периодический закон Электронное строение атома. Периодический закон

Правило Хунда: электроны располагаются на орбиталях равной энергии таким образом, чтобы их суммарный спин был максимальный. Это означает, что первоначально электроны заполняют все свободные орбитали данного подуровня по 1-му, имея при этом параллельные спины, и только потом происходит заполнение этих орбиталей 2-ми электронами.

Пример:

Электронное строение атома. Периодический закон Электронное строение атома. Периодический закон Px Py Pz






↑↓



K L M

Электронное строение атома. Периодический закон

1 2


3



Электронное строение атома. Периодический закон

0 0 1

0 1

2

Электронное строение атома. Периодический закон

0 0 -1 0 +1 0 -1 0 +1

Электронное строение атома. Периодический закон

↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑ ↓↑

Электронное строение атома. Периодический закон

Электронное строение атома. Периодический закон

Электронное строение атома. Периодический закон

Электронное строение атома. Периодический закон

Электронное строение атома. Периодический закон

Электронное строение атома. Периодический закон

Электронное строение атома. Периодический закон

Электронное строение атома. Периодический закон

Электронное строение атома. Периодический закон



Количество неспаренных электронов на внешнем уровне определяет валентность элемента, т.е. способность образовывать химические связи с другими атомами. В большинстве случаев, но не всегда.

Электронное строение атома. Периодический закон 5 Электронное строение атома. Периодический закон Электронное строение атома. Периодический закон 4 Электронное строение атома. Периодический закон

4 Электронное строение атома. Периодический закон 3 Электронное строение атома. Периодический закон

3 Электронное строение атома. Периодический закон 2 Электронное строение атома. Периодический закон

2 Электронное строение атома. Периодический закон 1 Электронное строение атома. Периодический закон

1 Электронное строение атома. Периодический закон

Периодический закон (1869 г): свойства простых тел, а также свойства и формы соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов.

До появления сведений о сложном строении атома основной характеристикой элемента служил атомный вес (относительная атомная масса). Развитие теории строения атома привело к установлению того факта, что главной характеристикой атома является положительный заряд ядра.

В современной формулировке периодический закон звучит: свойства химических элементов, а также формулы и свойства образуемых ими соединений находятся в периодической зависимости от величины заряда ядер их атомов.

Физической основой структуры периодической системы элементов служит определённая последовательность формирования электронных конфигураций атомов по мере роста порядкового номера элемента.

В зависимости от того, какой энергетический подуровень заполняется электронами последним, различают 4 типа элементов:

Электронное строение атома. Периодический закон – элементы (последним заполняется Электронное строение атома. Периодический закон-подуровень внешнего энергетического уровня)

Электронное строение атома. Периодический закон – элементы (последним заполняется Электронное строение атома. Периодический закон-подуровень внешнего энергетического уровня)

Электронное строение атома. Периодический закон – элементы (последним заполняется Электронное строение атома. Периодический закон-подуровень предпоследнего энергетического уровня)

Электронное строение атома. Периодический закон – элементы (последним заполняется Электронное строение атома. Периодический закон-подуровень 3-го снаружи энергетического уровня).

Горизонтально располагаются периоды – последовательный ряд элементов, электронная конфигурация внешнего энергетического уровня которых изменяется от Электронное строение атома. Периодический закон до Электронное строение атома. Периодический закон. Номер периода совпадает со значением главного квантового числа Электронное строение атома. Периодический закон внешнего энергетического уровня.

Вертикально располагаются группы – элементы имеющие сходное электронное строение. У элементов главной подгруппы последним заполняется Электронное строение атома. Периодический закон и Электронное строение атома. Периодический закон подуровни внешнего энергетического уровня, у элементов побочной подгруппы происходит заполнение внутренних Электронное строение атома. Периодический закон и Электронное строение атома. Периодический закон подуровней. Одинаковый номер группы, как правило, определяет число электронов, которое может участвовать в образовании химических связей.


Вопросы для самоконтроля


Квантово-механическая модель атома.

Уравнения де Бройля и Шредингера.

Принцип неопределенности Гейзенберга.

Атомная орбиталь, квантовые числа.

Правила заполнения электронами атомных орбиталей (принцип минимальной энергии, правило Клечковского, правила Паули и Гунда).

Периодический закон Д.И. Менделеева. Периодическая таблица (периоды и группы).

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: