Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений находятся в периодической зависимости от атомных масс элементов
|
Скачать 62.98 Kb.
|
| СТРОЕНИЕ АТОМА И ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН К середине 19 века было известно более 60 химических элементов, определены их атомные массы, накоплен обширный материал по физическим и химическим свойствам веществ, образованных элементами. Важнейшей задачей стало выявление взаимосвязи между элементами. В 1869 г. Д.И. Менделеев сформулировал открытый им периодический закон. Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений находятся в периодической зависимости от атомных масс элементов. Открытый периодический закон позволил предсказать существование ряда новых элементов, описать их свойства, исправить значения атомных масс некоторых элементов. В настоящее время периодический закон используется химиками при создании новых соединений, при изучении их строения и свойств. Но причина периодической зависимости свойств элементов от атомной массы была не известна. И Менделеев был уверен, что причина эта кроется в строении атома. Ядерная модель атома В начале 20 века в результате изучения катодных лучей были обнаружены отрицательные частицы – электроны с зарядом 1,6.10‾19 Кл, массой 9,11.10‾31 кг, открыто рентгеновское электромагнитное излучение. Обобщив эти открытия, Дж.Томсон в 1897 году предложил свою модель атома – это положительно заряженная сфера, в которую вкраплены отрицательные электроны (подобно изюму в пудинге). Если эта модель верна, тогда металлическая фольга – это пленка положительного электричества, содержащая электроны и поток α- частиц должен легко проникать через нее, не меняя направление. В 1909 г. сотрудники англ. ученого Э. Резерфорда это проверили. 1 из 100000 α - частиц при прохождении через золотую фольгу рассеивались на большие углы и даже поворачивали обратно. Анализируя результаты эксперимента, Резерфорд сделал вывод, что масса и заряд атома сконцентрированы в малой части объема, называемой ядром. Отклоняются те α - частицы, которые сталкиваются с ядрами. Большинство же α - частиц проходит через пространство между ядрами. Модель строения атома, предложенная Э. Резерфордом, напоминала солнечную систему. Ее называют планетарной моделью. Согласно ей, в центре атома находится положительное ядро, в котором сосредоточена вся масса атома. Вокруг ядра по круговым орбитам движутся электроны. Заряд ядра и число электронов одинаковы, т.е. атом нейтральная частица. Позже стало известно, что порядковый номер равен числу протонов в ядре. Таким образом, порядковый (атомный) номер равен заряду ядра и он же определяет наличие в нем протонов (положительных частиц). А так как атомы нейтральны, то число электронов в атоме должно быть равно числу протонов. Но массы атомов оказались больше суммарной массы протонов. Для объяснения избытка массы было высказано предположение о существовании нейтронов. Эти частицы должны были иметь ту же массу, что и протон, но нулевой заряд (1,675.10-27 кг). Нейтрон был открыт сотрудником Резерфорда Чедвигом в 1932 г. Было окончательно установлено, что атом состоит из ядра и электронов, а ядро – из протонов и нейтронов. Их сумму называют нуклонным числом или массовым - А. А = Z + N Z- число протонов, N- число нейтронов. Изотопы – атомы с одинаковым числом протонов (Z), но с разным числом нуклонов Таким образом, дробные значения атомных масс в периодической системе объясняются наличием изотопов для одного и того же элемента. А термином "орбиталь" называют волновую функцию электрона y. Соответственно орбиталь характеризует и энергию, и форму электронного облака в пространстве. Упрощенно, атомная орбиталь - это пространство вокруг ядра, в котором наиболее вероятно нахождение электрона. Квантовые числа и атомные орбитали Атомы характеризуются определенным значением заряда ядра и равным ему числом электронов, которые распределяются по энергетическим уровням. Поведение электронов в атоме можно охарактеризовать четырьмя квантовыми числами. Главное квантовое число n - определяет энергию электрона и размеры электронных облаков. Энергия зависит от расстояния между электроном и ядром: чем ближе к ядру электрон, тем меньше его энергия. Т.е. главное квантовое число определяет расположение электрона на том или ином энергетическом уровне (квантовом слое). Установлено, что n совпадает с номером периода, принимает численные значения 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7…∞. и имеет, соответственно, буквенные обозначения К L M N O P Q. Орбитальное квантовое число l (называемое также побочным или азимутальным) - определяет форму электронного облака и расщепление энергетического уровня на подуровни. Принимает целочисленные значения от 0 до (n - 1) и обозначается строчными буквами l = 0 ( s ), 1( p ), 2 ( d ), 3 ( f ). Пусть n = 1, l = 0. Таким значением l характеризуются электронные облака, имеющие сферическую симметрию. Такие электроны называются s – электронами Пусть n = 2, l = 0, 1.Согласно квантовомеханическому расчету орбитальному квантовому числу l = 1 соответствует гантелевидная форма электронного облака (объемная восьмерка). Электроны, у которых l = 1, называются p-электронами. Электроны 2-го энергетического уровня образуют два подуровня: 2s и 2p. Если n = 3, l = 0, 1, 2. Орбитальному квантовому числу l = 2 соответствует более сложная форма электронных облаков. Электроны, орбитальное квантовое число которых равно 2, называются d-электронами. Третий энергетический уровень содержит три подуровня: 3s, 3p, 3d. Если n = 4, l = 0, 1, 2, 3.Орбитальному квантовому числу l = 3 соответствует еще более сложная форма электронных облаков, а электроны с l = 3, называются f - электронами. Четвертый энергетический уровень содержит четыре подуровня: 4s, 4p, 4d, 4f. Магнитное квантовое число ml. Характеризует ориентацию облаков в пространстве. Магнитное квантовое число принимает целочисленные значения 0, 1, 2, ..., ± l. l = 0(s), ml = 0 соответствует одной атомной орбитали на s-подуровне; l = 1(p), ml = ±1, 0 – три возможных ориентации соответствуют трем атомным орбиталям на p – подуровне; l = 2(d), ml = ±2, ±1, 0 (5) – пять атомных орбиталей на d- подуровне; l = 3, ml = ±3, ±2, ±1, 0 –семь атомных орбиталей на f –подуровне. Спиновое квантовое число ms. Изучение атомных спектров показало, что каждый электрон характеризуется собственным механическим моментом движения, который называется спин. Проекция спина на физически выделенное направление z, например, магнитным полем равна: Спиновое квантовое число имеет только два значения + 1/2 и -1/2. Положительные и отрицательные значения спина связаны с его направлением. Электроны с разными спинами обычно обозначаются противоположно направленными стрелками . Принципы электронного строения атомов Распределение электронов в атоме по уровням, подуровням и атомным орбиталям получило название электронной формулы элемента. Обычно электронная конфигурация приводится для основного состояния атома. В случае если один или несколько электронов находятся в возбужденном состоянии, то и электронная конфигурация будет характеризовать возбужденное состояние атома. При записи электронной конфигурации указывают цифрами главное квантовое число (n), буквами - подуровни(s, p, d, f), а степень буквенных обозначений подуровней обозначает число электронов в данном подуровне. Например, электронная конфигурация водорода-1s1, лития - 1s22s1, бора - 1s22s22p1, магния - 1s22s22p63s2. Периодическая система элементов в свете теории строения атомов Учение о строении атомов вскрыло глубокий физический смысл периодического закона. Оказалось, главной характеристикой атома является не атомная масса, а заряд ядра. Он определяет число электронов в оболочке атома, ее строение, и тем самым все свойства элемента и его положение в периодической системе. Поэтому, современная формулировка периодического закона Д.И. Менделеева такова: свойства химических элементов, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов элементов или периодически повторяющихся сходных электронных структур. Теория строения атомов объясняет периодическое изменение свойств элементов. Возрастание заряда ядра от 1 до 110 приводит к периодическому повторению строения электронных оболочек. А поскольку от них зависят химические свойства элементов, то они периодически повторяются. В этом физический смысл периодического закона. Графическим выражением периодического закона является периодическая система. Первый вариант системы элементов имел длинную форму, т.е. в ней периоды располагались одной строкой. Короткая форма была опубликована в 1870 г. В этом варианте периоды разбиваются на ряды, группы – на подгруппы (А главную, В – побочную). В настоящее время известно более 500 вариантов графического изображения периодической системы. Наилучшие из них – варианты, предложенные Д.И.Менделеевым. В периодической системе 7 периодов. 1, 2, 3 – малые периоды, 4,5,6,7 – большие, 7 – незавершенный. Элементы 2 и 3 периодов Д.И. Менделеев назвал типическими. Их свойства закономерно изменяются от типичного металла до инертного элемента Период – это ряд элементов, в атомах которых происходит заполнение одинакового числа электронных уровней. В системе имеется восемь групп. В группы объединяют элементы с одинаковым числом электронов на внешнем уровне. Номер группы определяет валентность элемента, а также высшую степень окисления элемента. В подгруппе располагаются элементы – аналоги (с аналогичными электронными структурами). В главную подгруппу входят элементы больших и малых периодов, валентные электроны которых располагаются на внешнем энергетическом уровне, а побочная подгруппа объединяет элементы, валентные электроны которых находятся на внешнем и предвнешнем энергетическом уровне. 1.8. Энергетические характеристики атомов Так как электронное строение элементов изменяется периодически, то соответственно периодически изменяются и свойства элементов, определяемые их электронным строением, такие как энергия ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность, размеры атомов окислительно-восстановительные и другие свойства. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка: 
