1-жұмыс атом құрылысы. Атом құрылысының негіздері. Тек кешен туралы. Ашылу тарихы және құрылымы

зертханалық жұмыстар

шеберханалар

өздік аудиториялық жұмыс

өз бетінше үй тапсырмасы (стандартты есептеу)

бақылау (қорғау, коллоквиум, тест, емтихан)

Оқулықтар мен оқу құралдары

Н.В.Коровин. жалпы химия

Жалпы химия курсы. Теория және мәселелер (Н.В. Коровиннің, Б.И. Адамсонның редакциясымен)

Н.В.Коровин және т.б.Химиядан зертханалық жұмыс

Күнтізбелік жоспар

электролиттер,

Химиялық эквивалент

гидролиз, PR

Электрлік пішін-

13(2 )

GE, электролиз,

27(13,16)

14(2 )

коррозия

кванттық сан

17(2 )

18(2 )

Химиялық байланыс

кешендер

Термодинамика

Кинетика.

6(2,3 )

Тепе-теңдік

Химияға кіріспе

Энергетика институтындағы химия іргелі жалпы теориялық пән болып табылады.

Химия – заттардың құрамын, құрылысын, қасиеттерін және түрленуін, сондай-ақ осы түрленулермен жүретін құбылыстарды зерттейтін жаратылыстану ғылымы.

Ломоносов М.В			Д.И.Менделеев
«Химиялық
			«Химия негіздері» 1871 ж
қарастырады	қасиеттері
			г.) – «Химия –
өзгерістер
			элементтер туралы ілім және
түсіндіреді
			олардың байланыстары».
		химиялық

қайта құрулар жүріп жатыр».

«Химияның алтын ғасыры» (ХІХ ғасырдың соңы – ХХ ғасырдың басы)

Д.И.Менделеевтің периодтық заңы (1896)

Э.Франкланд енгізген валенттілік концепциясы (1853 ж.)

Органикалық қосылыстардың құрылыс теориясы А.М.Бутлеров (1861-1863)

Комплексті қосылыстар теориясы А.Вернер

М.Гултберг пен Л.Вэйдждің массалық әрекет заңы

Негізінен Г.И.Гесс жасаған термохимия

С.Аррениустың электролиттік диссоциация теориясы

А.Ле Шательенің қозғалмалы тепе-теңдік принципі

Дж.В.Гиббс фазалық ережесі

Атомның күрделі құрылымының теориясы Бор-Зоммерфельд (1913-1916)

Химия дамуының қазіргі кезеңінің маңызы

Химия заңдарын түсіну және оларды қолдану жаңа процестерді, машиналарды, қондырғыларды және құрылғыларды жасауға мүмкіндік береді.

Электр энергиясы, отын, металдар, әртүрлі материалдар, азық-түлік және т.б. химиялық реакциялармен тікелей байланысты. Мысалы, электр және механикалық энергия қазіргі уақытта негізінен табиғи отынның химиялық энергиясын түрлендіру арқылы алынады (жану реакциялары, судың және оның қоспаларының металдармен әрекеттесуі және т.б.). Бұл процестерді түсінбей, электр станциялары мен іштен жанатын қозғалтқыштардың тиімді жұмысын қамтамасыз ету мүмкін емес.

Химияны білу мыналар үшін қажет:

- ғылыми көзқарасын қалыптастыру,

- бейнелі ойлауды дамыту үшін,

- болашақ мамандардың шығармашылық өсуі.

Химия дамуының қазіргі кезеңі заттар мен заттар жүйелерінің химиялық параметрлерін түсіндіру және есептеу үшін кванттық (толқындық) механиканың кеңінен қолданылуымен сипатталады және атом құрылысының кванттық механикалық моделіне негізделген.

Атом – күрделі электромагниттік микрожүйе, ол химиялық элементтің қасиеттерін тасымалдаушы болып табылады.

АТОМ ҚҰРЫЛЫМЫ

Изотоптар - бір химиялық заттың атомдарының сорттары

атомдық нөмірлері бірдей, бірақ атомдық нөмірлері әртүрлі элементтер

Мистер (Cl) \u003d 35 * 0,7543 + 37 * 0,2457 \u003d 35,491

Кванттық механиканың негіздері

Кванттық механика- қозғалатын микро объектілердің әрекеті (электрондарды қоса алғанда) болып табылады

бөлшектердің қасиеттерінің де, толқындардың қасиеттерінің де бір мезгілде көрінісі қос (корпускулярлы-толқындық) сипатқа ие.

Энергияны кванттау:Макс Планк (1900, Германия) -

заттар дискретті бөліктерде (кванттар) энергия шығарады және жұтады. Кванттың энергиясы сәулелену (тербеліс) жиілігіне ν пропорционал:

h - Планк тұрақтысы (6,626 10-34 Дж с); ν=с/λ , с – жарық жылдамдығы, λ – толқын ұзындығы

Альберт Эйнштейн (1905): кез келген сәулелену энергия кванттарының ағыны (фотондар) E = m v 2

Луи де Бройль (1924, Франция): электрон да сипатталадыкорпускулярлық толқындуальділік – сәуле толқын тәрізді таралады және ұсақ бөлшектерден (фотондардан) тұрады.

		Бөлшек - м,		mv , E=mv 2

	Толқын - ,			E 2 \u003d h \u003d hv /
	Массасы мен жылдамдығына байланысты толқын ұзындығы:
		E1 = E2;		с/мв
	белгісіздік			Вернер Гейзенберг (1927,
Германия)		жұмыс	белгісіздіктер		ережелері
(координаттар)		бөлшектер x және	импульс (мв) жоқ		мүмкін

h/2-ден аз

x (mv) h/2 (- қате, белгісіздік) I.e. бөлшектің орны мен импульсін абсолютті дәлдікпен кез келген уақытта принципті түрде анықтау мүмкін емес.

Электрондық бұлт атомдық орбиталы (AO)

Бұл. бөлшектің (электронның) нақты орналасқан жері оны белгілі бір көлемдегі (ядролық) кеңістікте табудың статистикалық ықтималдығы ұғымымен ауыстырылады.

e- қозғалысы толқындық сипатқа ие және сипатталған

2 dv - ядролық кеңістікке жақын белгілі бір көлемде e- табудың ықтималдық тығыздығы. Бұл кеңістік деп аталады атомдық орбиталь (АО).

1926 жылы Шредингер атомдағы e күйін математикалық түрде сипаттайтын теңдеуді ұсынды. Оны шешу

толқындық функцияны табыңыз. Қарапайым жағдайда ол 3 координатқа байланысты

Электрон теріс зарядты тасымалдайды, оның орбитасы белгілі бір зарядтың таралуын білдіреді және деп аталады электронды бұлт

КВАНТТЫҚ САНДАР

Шредингер теңдеуіне сәйкес атомдағы электронның орнын сипаттау үшін енгізілген.

1. Бас кванттық сан(n)

Электронның энергиясын - энергетикалық деңгейін анықтайды

электронды бұлттың (орбитальдардың) өлшемін көрсетеді

1-ден бастап мәндерді қабылдайды

n (энергия деңгейінің нөмірі): 1 2 3 4 т.б.

2. Орбиталық кванттық сан(л):

анықтайды - электронның орбиталық бұрыштық импульсі

орбитаның пішінін көрсетеді

мәндерді қабылдайды - 0-ден (n -1)

Графикалық түрде АО орбиталық кванттық санмен берілген: 0 1 2 3 4

Энергетикалық ішкі деңгей: s p d f g

E артады


l=0	s-кіші деңгей s-AO

	p-деңгейлі p-AO

Әрбір n белгілі бір l мәндер санына сәйкес келеді, яғни. әрбір энергия деңгейі ішкі деңгейлерге бөлінеді. Ішкі деңгейлер саны деңгей санына тең.

1-ші энергетикалық деңгей → 1 ішкі деңгей → 1s 2-ші энергетикалық деңгей → 2 ішкі деңгей → 2s2p 3-ші энергетикалық деңгей → 3 ішкі деңгей → 3s 3p 3d

4-ші энергетикалық деңгей → 4 ішкі деңгей → 4s 4p 4d 4f т.б.

3. Магниттік кванттық сан(мл)

анықтайды – еркін таңдалған оське электронның орбиталық бұрыштық импульсінің проекциясының мәні

көрсетеді – АО-ның кеңістіктік бағдары

–l-ден + l-ге дейінгі мәндерді қабылдайды

Кез келген l мәні магниттік кванттық санның (2l +1) мәндеріне сәйкес келеді, яғни. (2l +1) кеңістіктегі берілген типті электронды бұлттың мүмкін болатын орындары.

s - күй - бір орбиталь (2 0+1=1) - m l = 0, өйткені l = 0

p - күй - үш орбиталь (2 1+1=3)

m l : +1 0 -1, өйткені l=1

мл =+1

m l =0

m l = -1

Бір ішкі деңгейге жататын барлық орбитальдар бірдей энергияға ие және деградация деп аталады.

Қорытынды: АО белгілі бір n, l, m l жиынтығымен сипатталады, яғни. белгілі бір өлшемдер, пішін және кеңістіктегі бағдар.

4. Спин кванттық саны (м с )

"айналдыру" - "шпиндель"

анықтайды - электронның өз осінің айналасында айналуымен байланысты меншікті механикалық моменті

мәндерін қабылдайды - (-1/2 сағ/2) немесе (+1/2 сағ/2)

n=3

l = 1

m l = -1, 0, +1

м с = + 1/2

Принциптер мен ережелер

Атомдардың электрондық конфигурациялары

(электрондық конфигурация формулалары түрінде)

Энергия деңгейінің сандарын көрсетіңіз

Әріптер энергияның ішкі деңгейін көрсетеді (s, p, d, f);

Ішкі деңгей көрсеткіші санды білдіреді

берілген ішкі деңгейде электрондар

19 K 1s2 2s2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1

минимум

Атомдағы электрондар оның ең тұрақты күйіне сәйкес келетін ең төменгі энергетикалық күйді алады.

1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f

Көбейту E

Клечковский

Негізгі және орбиталық кванттық сандардың қосындысының ұлғаюымен сипатталатын орбитальдарда электрондар ретімен орналастырылады (n + l) ; осы қосындының бірдей мәндері үшін n бас кванттық санының мәні аз орбиталь ертерек толтырылады

1с<2 s < 2 p = 3 s < 3 p = 4 s < 3 d = 4 p и т. д

Электрондар

Атом ұғымы материяның бөлшектерін белгілеу үшін ежелгі дүниеде пайда болды. Грек тілінде атом «бөлінбейтін» дегенді білдіреді.

Ирланд физигі Стоуни тәжірибелер негізінде электр тогын барлық химиялық элементтердің атомдарында болатын ең кішкентай бөлшектер тасымалдайды деген қорытындыға келді. 1891 жылы Стоуни бұл бөлшектерді электрондар деп атауды ұсынды, бұл грек тілінде «янтарь» дегенді білдіреді. Электрон өз атауын алғаннан кейін бірнеше жылдан кейін ағылшын физигі Джозеф Томсон мен француз физигі Жан Перрен электрондардың теріс зарядты тасымалдайтынын дәлелдеді. Бұл химияда бірлік (-1) ретінде қабылданатын ең кіші теріс заряд. Томсон тіпті электронның жылдамдығын анықтай алды (орбитадағы электронның жылдамдығы n орбита санына кері пропорционал. Орбиталардың радиустары орбита санының квадратына пропорционал өседі. Бірінші орбитада сутегі атом (n=1; Z=1), жылдамдығы ≈ 2,2 106 м/с, яғни жарық жылдамдығынан шамамен жүз есе аз c=3 108 м/с.) және электронның массасы ( ол сутегі атомының массасынан 2000 есе аз).

Атомдағы электрондардың күйі

Атомдағы электронның күйі белгілі бір электронның энергиясы және ол орналасқан кеңістік туралы ақпарат жиынтығы. Атомдағы электронның қозғалыс траекториясы болмайды, яғни тек ол туралы айтуға болады. оны ядроның айналасындағы кеңістікте табу ықтималдығы.

Ол ядроны қоршап тұрған осы кеңістіктің кез келген бөлігінде орналасуы мүмкін және оның әртүрлі позицияларының жиынтығы белгілі бір теріс заряд тығыздығы бар электронды бұлт ретінде қарастырылады. Бейнелеп айтқанда, мұны келесідей елестетуге болады: егер фотосуреттегідей секундтың жүзден немесе миллионнан бір бөлігінде атомдағы электронның орнын суретке түсіру мүмкін болса, онда мұндай фотосуреттердегі электрон нүктелер түрінде бейнеленер еді. Осындай сансыз фотосуреттерді қабаттастыру осы нүктелердің көпшілігі болатын ең жоғары тығыздығы бар электронды бұлттың суретін береді.

Атом ядросының айналасындағы электронның болуы ықтимал кеңістік орбиталь деп аталады. Ол шамамен қамтиды 90% электрондық бұлт, және бұл уақыттың шамамен 90% электронның кеңістіктің осы бөлігінде екенін білдіреді. Пішінімен ерекшеленеді Қазіргі уақытта белгілі орбитальдардың 4 түрі, олар латын тілінде белгіленген s, p, d және f әріптері. Электрондық орбитальдардың кейбір формаларының графикалық көрінісі суретте көрсетілген.

Электронның белгілі бір орбитадағы қозғалысының ең маңызды сипаттамасы болып табылады оның ядромен байланысының энергиясы. Ұқсас энергия мәндері бар электрондар бір электрон қабатын немесе энергия деңгейін құрайды. Энергия деңгейлері ядродан бастап нөмірленеді - 1, 2, 3, 4, 5, 6 және 7.

Энергетикалық деңгейдің санын білдіретін n бүтін саны негізгі кванттық сан деп аталады. Ол берілген энергия деңгейін алып жатқан электрондардың энергиясын сипаттайды. Ядроға ең жақын бірінші энергетикалық деңгейдегі электрондардың энергиясы ең аз болады.Бірінші деңгейдегі электрондармен салыстырғанда келесі деңгейлердегі электрондар энергияның үлкен мөлшерімен сипатталады. Демек, сыртқы деңгейдегі электрондар атом ядросымен ең аз күшті байланысқан.

Энергетикалық деңгейдегі электрондардың ең көп саны мына формуламен анықталады:

N = 2n2,

мұндағы N – электрондардың максималды саны; n – деңгей саны немесе негізгі кванттық сан. Демек, ядроға жақын бірінші энергетикалық деңгейде екі электроннан аспауы мүмкін; екіншісінде - 8-ден аспайды; үшіншіде - 18-ден аспайды; төртіншіден – 32-ден аспайды.

Екінші энергетикалық деңгейден (n = 2) бастап, деңгейлердің әрқайсысы ядромен байланыс энергиясы бойынша бір-бірінен біршама ерекшеленетін ішкі деңгейлерге (ішкі қабаттарға) бөлінеді. Ішкі деңгейлер саны негізгі кванттық санның мәніне тең: бірінші энергетикалық деңгейдің бір ішкі деңгейі бар; екіншісі - екі; үшінші – үш; төртінші – төрт ішкі деңгей. Ішкі деңгейлер өз кезегінде орбитальдар арқылы қалыптасады. Әрбір мәнn n-ге тең орбитальдар санына сәйкес келеді.

Ішкі деңгейлерді латын әріптерімен, сондай-ақ олардан тұратын орбитальдардың пішінін белгілеу әдеттегідей: s, p, d, f.

Протондар мен нейтрондар

Кез келген химиялық элемент атомы кішкентай күн жүйесімен салыстырылады. Сондықтан Э.Резерфорд ұсынған атомның мұндай моделі деп аталады планеталық.

Атомның бүкіл массасы шоғырланған атом ядросы екі типті бөлшектерден тұрады - протондар мен нейтрондар.

Протондардың заряды электрондардың зарядына тең, бірақ таңбасы (+1) бойынша қарама-қарсы, массасы сутегі атомының массасына тең (химияда бірлік ретінде қабылданған). Нейтрондардың заряды жоқ, олар бейтарап және массасы протонның массасына тең.

Протондар мен нейтрондарды жалпы түрде нуклондар (латын тілінен ядро – ядро) деп атайды. Атомдағы протондар мен нейтрондар санының қосындысы массалық сан деп аталады. Мысалы, алюминий атомының массалық саны:

13 + 14 = 27

протондар саны 13, нейтрондар саны 14, массалық саны 27

Электронның шамалы болатын массасын елемеуге болатындықтан, атомның барлық массасы ядрода шоғырланғандығы анық. Электрондар e - көрсетеді.

Өйткені атом электрлік бейтарап, сонымен қатар атомдағы протондар мен электрондар саны бірдей екені анық. Ол Периодтық жүйеде оған берілген химиялық элементтің реттік нөміріне тең. Атомның массасы протондар мен нейтрондардың массасынан тұрады. Элементтің реттік нөмірін (Z), яғни протондар санын және протондар мен нейтрондар сандарының қосындысына тең массалық санын (A) біле отырып, формуланы пайдаланып нейтрондардың санын (N) табуға болады. :

N=A-Z

Мысалы, темір атомындағы нейтрондар саны:

56 — 26 = 30

изотоптар

Бір элемент атомдарының ядро зарядтары бірдей, бірақ массалық сандары әртүрлі сорттары деп аталады изотоптар. Табиғатта кездесетін химиялық элементтер изотоптардың қоспасы. Сонымен, көміртектің массасы 12, 13, 14 болатын үш изотоптары бар; оттегі - массасы 16, 17, 18 және т.б. үш изотоп. Әдетте Периодтық жүйеде берілген химиялық элементтің салыстырмалы атомдық массасы берілген элементтің изотоптарының табиғи қоспасының атомдық массаларының орташа мәні, олардың табиғаттағы салыстырмалы көптігін ескере отырып. Көптеген химиялық элементтердің изотоптарының химиялық қасиеттері бірдей. Дегенмен, сутегі изотоптары салыстырмалы атомдық массасының күрт ұлғаюына байланысты қасиеттері бойынша айтарлықтай ерекшеленеді; оларға тіпті жеке атаулар мен химиялық белгілер де берілген.

Бірінші кезеңнің элементтері

Сутегі атомының электрондық құрылымының схемасы:

Атомдардың электрондық құрылымының схемалары электрондардың электрондық қабаттар (энергия деңгейлері) бойынша таралуын көрсетеді.

Сутегі атомының графикалық электрондық формуласы (энергетикалық деңгейлер мен ішкі деңгейлер бойынша электрондардың таралуын көрсетеді):

Атомдардың графикалық электрондық формулалары электрондардың деңгейлер мен ішкі деңгейлерде ғана емес, сонымен қатар орбиталарда таралуын көрсетеді.

Гелий атомында бірінші электронды қабат аяқталды - оның 2 электроны бар. Сутегі мен гелий s-элементтер; бұл атомдар үшін s-орбиталь электрондармен толтырылған.

Екінші кезеңнің барлық элементтері бірінші электронды қабат толтырылады, ал электрондар екінші электрон қабатының s- және p-орбитальдарын ең аз энергия принципіне (алдымен s, содан кейін р) және Паули мен Хунд ережелеріне сәйкес толтырады.

Неон атомында екінші электронды қабат аяқталды - оның 8 электроны бар.

Үшінші период элементтерінің атомдары үшін бірінші және екінші электронды қабаттар аяқталады, сондықтан үшінші электронды қабат толтырылады, онда электрондар 3s-, 3p- және 3d-ішкі деңгейлерді ала алады.

Магний атомында 3s электронды орбиталь аяқталады. Na және Mg - s-элементтер.

Алюминий және одан кейінгі элементтер үшін 3p ішкі деңгейі электрондармен толтырылған.

Үшінші периодтың элементтерінде толтырылмаған 3d орбитальдары бар.

Al-дан Ar-ға дейінгі барлық элементтер p-элементтер болып табылады. s- және p-элементтер Периодтық жүйедегі негізгі топшаларды құрайды.

Төртінші – жетінші кезеңдердің элементтері

Калий мен кальций атомдарында төртінші электронды қабат пайда болады, 4s ішкі деңгейі толтырылады, өйткені оның 3d ішкі деңгейіне қарағанда энергиясы аз.

К, Са - негізгі топшаларға кіретін s-элементтер. Sc-ден Zn-ге дейінгі атомдар үшін 3d ішкі деңгейі электрондармен толтырылған. Бұл 3D элементтері. Олар қайталама топшаларға кіреді, оларда толтырылған алдын ала сыртқы электронды қабат бар, оларды өтпелі элементтер деп атайды.

Хром және мыс атомдарының электронды қабаттарының құрылымына назар аударыңыз. Оларда 4s-тен 3d-ішкі деңгейге дейін бір электронның «сәтсіздігі» орын алады, бұл нәтижесінде алынған 3d 5 және 3d 10 электрондық конфигурацияларының үлкен энергетикалық тұрақтылығымен түсіндіріледі:

Мырыш атомында үшінші электрон қабаты аяқталды - онда барлық 3s, 3p және 3d ішкі деңгейлері толтырылған, барлығы 18 электрон бар. Мырыштан кейінгі элементтерде төртінші электронды қабат, 4p ішкі деңгейі толтырылуын жалғастырады.

Ga-дан Kr-ға дейінгі элементтер p-элементтер болып табылады.

Криптон атомының сыртқы қабаты (төртінші) толық және 8 электроны бар. Бірақ төртінші электронды қабатта тек 32 электрон болуы мүмкін; криптон атомының 4d- және 4f-ішкі деңгейлері әлі толтырылмаған күйде қалады.Бесінші период элементтері ішкі деңгейлерді келесі ретпен толтырады: 5s - 4d - 5p. Сондай-ақ қатысты ерекшеліктер бар " сәтсіздік» электрондар, y 41 Nb, 42 Mo, 44 Ru, 45 Rh, 46 Pd, 47 Ag.

Алтыншы және жетінші кезеңде f-элементтер пайда болады, яғни сәйкесінше үшінші сыртқы электрондық қабаттың 4f- және 5f- ішкі деңгейлері толтырылған элементтер.

4f элементтері лантанидтер деп аталады.

5f элементтері актинидтер деп аталады.

Алтыншы период элементтерінің атомдарындағы электрондық ішкі деңгейлерді толтыру тәртібі: 55 Cs және 56 Ba - 6s-элементтер; 57 La … 6s 2 5d x - 5d элементі; 58 Ce - 71 Lu - 4f элементтері; 72 Hf - 80 Hg - 5d элементтері; 81 T1 - 86 Rn - 6d элементтері. Бірақ мұнда да электронды орбитальдарды толтыру тәртібі «бұзылатын» элементтер бар, олар, мысалы, жарты және толығымен толтырылған f-ішкі деңгейлердің, яғни nf 7 және nf 14-тің үлкен энергетикалық тұрақтылығымен байланысты. Атомның қай ішкі деңгейі электрондармен толтырылғанына байланысты барлық элементтер төрт электронды отбасына немесе блоктарға бөлінеді:

s-элементтер. Атомның сыртқы деңгейінің s- ішкі деңгейі электрондармен толтырылған; s-элементтерге сутегі, гелий және I және II топтардың негізгі топшаларының элементтері жатады.

p-элементтер. Атомның сыртқы деңгейінің p- ішкі деңгейі электрондармен толтырылған; p-элементтерге III-VIII топтардың негізгі топшаларының элементтері жатады.

d-элементтер. Атомның сыртқы алдыңғы деңгейінің d- ішкі деңгейі электрондармен толтырылған; d-элементтерге I-VIII топтардың қайталама топшаларының элементтері, яғни s- және p-элементтер арасында орналасқан үлкен периодтардың интеркалярлық онкүндіктерінің элементтері жатады. Оларды өтпелі элементтер деп те атайды.

f-элементтер. Атомның үшінші сыртқы деңгейінің f- ішкі деңгейі электрондармен толтырылған; оларға лантанидтер мен антиноидтар жатады.

Швейцар физигі В.Паули 1925 жылы бір атомда бір орбитальда қарама-қарсы (антипараллель) спиндері (ағылшын тілінен аударғанда – «шпиндель») екі электроннан артық болмайтынын, яғни шартты түрде елестетуге болатын қасиеттерге ие болатындығын анықтады. электронның өз осінің айналасында айналуы: сағат тілімен немесе сағат тіліне қарсы.

Бұл принцип деп аталады Паули принципі. Егер орбитальда бір электрон болса, онда оны жұпталмаған деп атайды, егер екеуі болса, онда бұл жұпталған электрондар, яғни спиндері қарама-қарсы электрондар. Суретте энергия деңгейлерінің ішкі деңгейлерге бөліну диаграммасы және оларды толтыру реті көрсетілген.

Көбінесе атомдардың электронды қабаттарының құрылымы энергия немесе кванттық жасушалар арқылы бейнеленген - олар графикалық электронды формулалар деп аталатындарды жазады. Бұл жазба үшін келесі белгілер қолданылады: әрбір кванттық ұяшық бір орбитальға сәйкес келетін ұяшықпен белгіленеді; әрбір электрон спиннің бағытына сәйкес келетін көрсеткі арқылы көрсетіледі. Графикалық электрондық формуланы жазу кезінде екі ережені есте сақтау керек: Паули принципі және Ф.Хунд ережесі, соған сәйкес электрондар бірінші кезекте бос ұяшықтарды алады және бір уақытта бірдей спиндік мәнге ие болады, содан кейін ғана олар жұпталады, бірақ Паули принципі бойынша спиндер қазірдің өзінде қарама-қарсы бағытта болады.

Хунд ережесі және Паули принципі

Хунд ережесі- белгілі бір ішкі қабаттың орбитальдарын толтыру ретін анықтайтын және былай тұжырымдалатын кванттық химия ережесі: осы ішкі қабаттың электрондарының спиндік кванттық санының жалпы мәні максималды болуы керек. 1925 жылы Фридрих Хунд құрастырған.

Бұл ішкі қабаттың орбитальдарының әрқайсысында алдымен бір электрон толтырылады, ал толтырылмаған орбитальдар таусылғаннан кейін ғана осы орбитальға екінші электрон қосылады. Бұл жағдайда бір орбитальда қарама-қарсы таңбалы жартылай бүтін спиндері бар екі электрон бар, олар жұптасады (екі электронды бұлтты құрайды) және нәтижесінде орбитальдың жалпы спині нөлге тең болады.

Басқа тұжырымдар: Энергияның астында екі шарт орындалатын атомдық термин жатыр.

Көпшілік максималды
Көбейтінділер сәйкес келгенде, толық орбиталық импульс L максималды болады.

Бұл ережені р-ішкі деңгейдің орбитальдарын толтыру мысалы арқылы талдап көрейік б- екінші кезеңнің элементтері (яғни бордан неонға дейін (төмендегі диаграммада көлденең сызықтар орбитальдарды, тік көрсеткілер электрондарды, ал көрсеткі бағыты спиннің бағытын көрсетеді).

Клечковский ережесі

Клечковский ережесі -атомдардағы электрондардың жалпы саны артқан сайын (олардың ядроларының зарядтарының немесе химиялық элементтердің реттік нөмірлерінің ұлғаюымен) атомдық орбитальдар жоғары энергиялы орбитальдардағы электрондардың пайда болуы тек тәуелді болатындай етіп орналасады. бас кванттық сан n және барлық басқа кванттық сандарға тәуелді емес, l-ден келетін сандарды қоса. Физикалық тұрғыдан бұл сутегі тәрізді атомда (электронаралық тебілу болмаған жағдайда) электронның орбиталық энергиясы тек электрон зарядының тығыздығының ядродан кеңістіктік қашықтығымен анықталатынын және оның қозғалыс ерекшеліктеріне тәуелді емес екенін білдіреді. ядро саласында.

Клечковскийдің эмпирикалық ережесі және одан туындайтын атомдық орбитальдардың біршама қарама-қайшы нақты энергетикалық тізбегінің тізбегі бір типті екі жағдайда ғана: Cr, Cu, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Pt атомдары үшін, Au, сыртқы қабаттың алдыңғы қабаттың d-қосалқы деңгейіне s - ішкі деңгейі бар электронның «сәтсіздігі» бар, бұл атомның энергетикалық тұрақты күйіне әкеледі, атап айтқанда: 6 орбитасын екі элементпен толтырғаннан кейін. электрондар с

Дүниедегі барлық нәрсе атомдардан тұрады. Бірақ олар қайдан пайда болды және олар неден тұрады? Бүгін біз осы қарапайым және негізгі сұрақтарға жауап береміз. Шынында да, планетада өмір сүретін көптеген адамдар өздері құрайтын атомдардың құрылымын түсінбейтінін айтады.

Әрине, құрметті оқырман бұл мақалада біз бәрін қарапайым және қызықты деңгейде ұсынуға тырысып жатқанымызды түсінеді, сондықтан біз ғылыми терминдерді «жүктемейміз». Мәселені кәсіби деңгейде зерттегісі келетіндерге арнайы әдебиеттерді оқуға кеңес береміз. Дегенмен, осы мақаладағы ақпарат сіздің оқуыңызда жақсы жұмыс істей алады және сізді білімдірек етеді.

Атом – микроскопиялық мөлшері мен массасы бар заттың бір бөлігі, оның қасиеттерін тасымалдаушы болып табылатын химиялық элементтің ең кішкентай бөлігі. Басқаша айтқанда, бұл химиялық реакцияларға түсе алатын заттың ең кішкентай бөлігі.

Ашылу тарихы және құрылымы

Атом ұғымы ежелгі Грецияда белгілі болды. Атомизм - барлық материалдық объектілер бөлінбейтін бөлшектерден тұрады деп айтатын физикалық теория. Ежелгі Грециямен қатар атомизм идеясы Ежелгі Үндістанда да қатар дамыды.

Шетелдіктер атомдар туралы сол кездегі философтарға айтты ма, әлде олар бұл туралы өздері ойлады ма, белгісіз, бірақ химиктер бұл теорияны әлдеқайда кейінірек - тек XVII ғасырда, Еуропа инквизиция және Орта ғасыр тұңғиығынан шыққан кезде эксперименталды түрде растай алды. Жастар.

Ұзақ уақыт бойы атомның құрылымы туралы негізгі идея оның бөлінбейтін бөлшек ретіндегі идеясы болды. Атомның әлі де бөлінуі мүмкін екендігі ХХ ғасырдың басында ғана белгілі болды. Резерфорд альфа-бөлшектердің ауытқуымен жасаған әйгілі тәжірибесінің арқасында атомның электрондар айналатын ядродан тұратынын білді. Атомның планетарлық моделі қабылданды, оған сәйкес электрондар біздің Күн жүйесінің планеталары жұлдыздың айналасында айналады.

Атомның құрылымы туралы қазіргі заманғы идеялар әлдеқайда алға шықты. Атом ядросы өз кезегінде субатомдық бөлшектерден немесе нуклондардан – протондар мен нейтрондардан тұрады. Бұл атомның негізгі бөлігін құрайтын нуклондар. Сонымен қатар протондар мен нейтрондар да бөлінбейтін бөлшектер емес, іргелі бөлшектер – кварктардан тұрады.

Атом ядросының электр заряды оң, ал айналатын электрондар теріс зарядқа ие. Осылайша, атом электрлік бейтарап.

Төменде көміртегі атомының құрылымының элементар диаграммасы берілген.

атомдардың қасиеттері

Салмағы

Атомдардың массасы әдетте атомдық масса бірліктерімен өлшенеді - a.m.u. Атомдық масса бірлігі - негізгі күйдегі бос көміртегі атомының 1/12 массасы.

Химияда атомдардың массасын өлшеу үшін ұғым қолданылады "моль". 1 моль - Авогадро санына тең атомдар саны бар заттың мөлшері.

Көлемі

Атомдар өте кішкентай. Сонымен, ең кіші атом - гелий атомы, оның радиусы 32 пикометр. Ең үлкен атом – цезий атомы, оның радиусы 225 пикометр. Пико префиксі оннан минус он екіншіге дейін дегенді білдіреді! Яғни, 32 метрді мың миллиард есе азайтса, гелий атомының радиусының өлшемін аламыз.

Сонымен қатар, заттардың ауқымы, шын мәнінде, атом 99% босдықтан тұрады. Ядро мен электрондар оның көлемінің өте аз бөлігін алады. Түсіндіру үшін мысалды қарастырайық. Егер сіз атомды Бейжіңдегі Олимпиада стадионы түрінде елестетсеңіз (немесе Бейжіңде емес шығар, жай ғана үлкен стадионды елестетіңіз), онда бұл атомның ядросы өрістің ортасында орналасқан шие болады. Электрондардың орбиталары сол кезде жоғарғы тіректер деңгейінде болады, ал шие салмағы 30 миллион тонна болады. Әсерлі, солай емес пе?

Атомдар қайдан пайда болды?

Өздеріңіз білетіндей, қазір әртүрлі атомдар периодтық жүйеде топтастырылған. Оның изотоптарды есептемегенде 118 (және болжанған, бірақ әлі ашылмаған элементтері болса - 126) элементі бар. Бірақ әрқашан олай болған жоқ.

Әлемнің пайда болуының ең басында атомдар болған жоқ, одан да үлкен температуралардың әсерінен бір-бірімен әрекеттесетін қарапайым бөлшектер ғана болды. Ақын айтқандай, бұл бөлшектердің нағыз апотеозы еді. Әлемнің пайда болуының алғашқы үш минутында температураның төмендеуіне және көптеген факторлардың сәйкес келуіне байланысты бастапқы нуклеосинтез процесі басталды, бұл кезде элементар бөлшектерден алғашқы элементтер пайда болды: сутегі, гелий, литий және дейтерий (ауыр сутегі). Дәл осы элементтерден алғашқы жұлдыздар пайда болды, олардың тереңдігінде термоядролық реакциялар жүріп, нәтижесінде сутегі мен гелий «жанып» ауыр элементтерді құрады. Егер жұлдыз жеткілікті үлкен болса, онда ол өзінің өмірін «суперновалар» деп аталатын жарылыспен аяқтады, нәтижесінде атомдар қоршаған кеңістікке лақтырылды. Осылайша бүкіл периодтық кесте шықты.

Сонымен, біз құрайтын барлық атомдар бір кездері ежелгі жұлдыздардың бөлігі болды деп айта аламыз.

Неліктен атомның ядросы ыдырамайды?

Физикада бөлшектер мен олар құрайтын денелер арасындағы іргелі әрекеттесулердің төрт түрі бар. Бұл күшті, әлсіз, электромагниттік және гравитациялық әсерлесулер.

Атом ядроларының масштабында көрінетін және нуклондар арасындағы тартылыс үшін жауапты күшті өзара әрекеттесу арқасында атом осындай «қатты жаңғақ» болып табылады.

Жақында адамдар атом ядролары бөлінгенде үлкен энергия бөлінетінін түсінді. Ауыр атом ядроларының ыдырауы ядролық реакторлар мен ядролық қарулардағы энергия көзі болып табылады.

Сонымен, достар, сіздерді атомның құрылымымен және құрылымының негіздерімен таныстыра отырып, біз сізге кез келген уақытта көмектесуге дайын екенімізді еске саламыз. Ядролық физика бойынша дипломды аяқтау керек пе, немесе ең кішкентай сынақ - жағдайлар әртүрлі, бірақ кез келген жағдайдан шығудың жолы бар. Ғаламның ауқымы туралы ойланыңыз, Заочникке жұмысқа тапсырыс беріңіз және есте сақтаңыз - алаңдауға негіз жоқ.

1 нұсқа

А бөлімі.

A 1.Атомның ядросы (39 К) түзіледі

1) 19 протон және 20 электрон 2) 20 нейтрон және 19 электрон

3) 19 протон және 20 нейтрон 4) 19 протон және 19 нейтрон

А 2. Электрондық формулаға фосфор элементінің атомы сәйкес келеді

1) 1S 2 2S 2 2p 6 3S 2 3p 2 2) 1S 2 2S 2 2p 6 3S 2 3p 3 3) 1S 2 2S 2 2p 6 3S 2 3p 4 4) 1S 2 2S 2 3p

A 3. Химиялық элементтер атомдық радиустарының кему ретімен орналасады

1) Ba, Cd, Sb 2) In, Pb, Sb 3) Cs, Na, H 4) Br, Se, As

A 4.Төмендегі химиялық элементтер туралы тұжырымдар дұрыс па?

A. Барлық химиялық элементтер-металдар S- және d-элементтерге жатады.

B. Қосылыстардағы бейметалдар тек теріс тотығу дәрежесін көрсетеді.

A 5. II топтың негізгі топшасының металдарының ішінде ең күшті тотықсыздандырғыш болып табылады

1) барий 2) кальций 3) стронций 4) магний

A 6.Хром атомының сыртқы энергетикалық қабатындағы энергетикалық қабаттардың саны және электрондар саны сәйкесінше,

A 7.Жоғары хром гидроксиді экспонаттары

A 8.Элементтердің электртерістігі қатарда солдан оңға қарай артады

1) O-S-Se-Te 2) B-Be-Li-Na 3) O-N-P-As 4) Ge-Si-S-Cl

A 9. Ba(ClO 3) 2 құрамындағы хлордың тотығу дәрежесі

1) +1 2) +3 3) +5 4) +7

A 10.Мышьяк элементіне жатады

Тапсырманың жауаптары B1-B2

IN 1.Жоғары оксидтердің қышқылдық қасиеттерінің жоғарылауы келесі қатарда жүреді:

1) CaOSiO 2 SO 3 2) CO 2 Al 2 O 3 MgO 3) Li 2 OCO 2 N 2 O 5

4) 2 O 5 P 2 O 5 N 2 O 5 5) BeOCaOSrO 6) SO 3 P 2 O 5 Al 2 O 3 ретінде

2-ДЕ. Сәйкестік орнату.

Негізгі құрам Электрондық формула

A. 7 p + 1, 7 n 0 1 1. 2S 2 2p 3

B. 15 p + 1, 16 n 0 1 2. 2S 2 2p 4

B. 9 p + 1 , 10 n 0 1 3. 3S 2 3p 5

D. 34 p + 1, 45 n 0 1 4. 2S 2 2p 5

1-ден.Жоғары оксид пен жоғары бром гидроксиді формуласын жаз. Бром атомының жердегі және қозған күйдегі электрондық конфигурациясын жазыңыз, оның мүмкін валенттілігін анықтаңыз.

Бром атомының электрондық формулаларын максимум және минимум дәрежеде жаз.

«Атом құрылысы» тақырыбы бойынша No1 емтихан.

2-нұсқа

А бөлімі. Бір дұрыс жауапты таңдаңыз

A 1. 90 Sr изотопының протондарының, нейтрондарының және электрондарының саны сәйкесінше

1. 38, 90, 38 2. 38, 52, 38 3. 90, 52, 38 4. 38, 52,90

А 2. Элемент атомына 1S 2 2S 2 2p 6 3S 2 3p 6 4S 1 электрондық формуласы сәйкес келеді.

1. күкірт 2. бром 3. калий 4. марганец

А 3.Элементтер атом радиусын азайту ретімен орналасады

1) бор, алюминий, галлий 3) бор, көміртек, кремний

2) калий, натрий, литий 4) криптон, ксенон, радон

A 4.Қатардағы элементтердің қасиеттерін өзгерту туралы келесі пайымдаулар дұрыс па?

Be-Mg-Ca-Sr-Ba?

A. Металлдық қасиеттері жақсарады.

B. Атомдардың радиусы және валенттілік электрондарының саны өзгермейді.

1) тек А дұрыс 2) тек В дұрыс 3) екі пайымдау да дұрыс 4) екі пайымдау да қате

A 5.Үшінші кезеңдегі бейметалдардың ішінде ең күшті тотықтырғыш болып табылады

1) фосфор 2) кремний 3) күкірт 4) хлор

A 6.Марганец атомының сыртқы энергетикалық қабатындағы энергетикалық қабаттардың саны және электрондар саны сәйкесінше,

1) 4, 2 2) 4, 1 3) 4, 6 4) 4, 5

A 7.Жоғары марганец гидроксиді экспонаттар

1) қышқылдық қасиеттер 3) негіздік қасиеттер

2) амфотерлік қасиет 4) қышқыл-негіздік қасиет көрсетпейді

A 8.Элементтердің электртерістігі қатар бойымен солдан оңға қарай төмендейді

1) O-Se-S-Te 2) Be-Be-Li-H 3) O-N-P-As 4) Ge-Si-S-Cl

A 9. Ba(NO 2) 2 құрамындағы азоттың тотығу дәрежесі

1) +1 2) +3 3) +5 4) +7

A 10.Марганец элементіне жатады

1) s-элементтер 2) p-элементтер 3) d-элементтер 4) өтпелі элементтер

Тапсырманың жауаптары B1-B2дұрыс жауаптардың сандарына сәйкес келетін цифрлар тізбегі.

IN 1.Жоғары гидроксидтердің негізгі қасиеттерінің жоғарылауы оларды құрайтын элементтер қатарында болады:

1) MgAl ) AsР 3) PSCl

4) BBeLi 5) MgCaBa 6)CaKCs

2-ДЕ. Сәйкестік орнату.

Негізгі құрам Электрондық формула

A. 19 p + 1, 20 n 0 1 1. 4S 1

B. 20 p + 1, 20 n 0 1 2. 4S 2

B. 14 p + 1, 14 n 0 1 3. 5S 1

D. 35 p + 1, 45 n 0 1 4. 4S 2 4p 5

С 1 тапсырмасын орындаған кезде оның шешілу барысын және алынған нәтижені егжей-тегжейлі жазыңыз.

1-ден.Жоғары оксид пен жоғары мышьяк гидроксидінің формуласын жаз. Мышьяк атомының жердегі және қозған күйдегі электрондық конфигурациясын жазыңыз, оның мүмкін валенттіліктерін анықтаңыз.

Мышьяк атомының электрондық формулаларын максимум және ең кіші дәрежеде жаз.

Тест No1 «Атомның құрылысы. Периодтық жүйе. Химиялық формулалар»

Закирова Олися Тельмановна – химия пәнінің мұғалімі.

MBOU "Арская орташа жалпы білім беру мектеп № 7 "

Мақсаты: Білімнің жүйелілігін, беріктігін, тереңдігін тексерутақырыбына «Атомның құрылысы. Периодтық жүйе. Химиялық формулалар». Студенттердің атом құрылысы туралы білімді меңгеру дәрежесін бақылау, элементті ПҚҚЕ-дағы орны бойынша сипаттай алу, қосылыстардың молекулалық массасын анықтау.

1-кезең. Ұйымдастыру уақыты. 1. Сәлемдесу.

2. Жұмыс орындарын ұйымдастыру.

3. Оқушыларға сабақтың мақсатын хабарлау

Сабақтың мақсатын қою:

Ұғымдарды қайталау, жалпылау және жүйелеу.PZ және PSE D. I. Менделеев

2-кезең: Ұғымдарды қайталау, жалпылау және жүйелеу

1 нұсқа.

1. Д.И.Менделеевтің ПҚЕҰ-да химиялық элементтің орны немен анықталады?

А) атомдағы электрондар саны;В) сыртқы деңгейдегі электрондар саны;С) атом ядросындағы нейтрондар саны;

D) атом ядросындағы протондар саны;Е) дұрыс жауап жоқ.

2.Химиялық элементтердің қасиеттері немен анықталады?А) салыстырмалы атомдық массаның мәні;В) атом ядросының заряды;С) сыртқы деңгейдегі электрондар саны;Д) атомдағы электрондар; E) дұрыс жауап жоқ.

3. Кез келген химиялық элемент атомындағы электрондық деңгейлердің санын қалай анықтауға болады?

4. Негізгі топшалар элементтерінің атомдарының сыртқы қабатындағы электрондар санын қалай анықтауға болады?

А) период нөмірі бойынша;Б) топ нөмірі бойынша;С) жол нөмірі бойынша;Д) дұрыс жауап жоқ.

5. Периодтағы элементтің реттік саны артқанда атомның радиусы қалай өзгереді?

А) артады;В) азаяды;C) өзгермейді;D) өзгерістерде заңдылық жоқ.

6. Төмендегі элементтердің қайсысының атомының радиусы ең үлкен?

А) бериллий; В) бор; B) көміртек; D) азот.

7. Молекулярлық массаны табыңызCO2 ; Х2 SO4

2-нұсқа.

1. Ядро заряды ұлғайған кезде химиялық элементтердің қасиеттері қалай өзгереді?

А) металдық қасиеттер күшейеді Б) металдық қасиеттер периодты түрде қайталанады;

С) бейметаллдық қасиеттері күшейтілген;D) дұрыс жауап жоқ.

2. Қай элементте металдық қасиет ерекше?А) кремний;В) алюминий;C) натрий;D) магний.

3. Периодтық жүйенің негізгі топшаларындағы элементтердің қасиеттері ядро зарядының артуымен қалай өзгереді?

А) металдық қасиет әлсірейді Б) металдық қасиет өзгермейді;

С) бейметалдық қасиеттері өзгермейді;D) дұрыс жауап жоқ.

4. Қай элементте бейметаллдық қасиет көбірек байқалады?А) күкірт;В) оттегі;С) селен;D) теллур.

5.Д.И.Менделеевтің ПҚСЕ-дегі химиялық элементтің орны немен анықталады?А) атомның массасы;В) атом ядросының заряды;

С) сыртқы деңгейдегі электрондар саны;D) атомның электрондық деңгейлерінің саны;Е) дұрыс жауап жоқ.

6. Химиялық элемент орналасқан период саны бойынша мыналарды анықтауға болады: A) атомдағы электрондар санын;

В) сыртқы электрондық деңгейдегі электрондар саны;C) элементтің ең жоғары валенттілігі;

D) атомдағы электрондық деңгейлер саны;Е) дұрыс жауап жоқ.

7. Молекулярлық массаны табыңызCO ; Х2 SO3

3-нұсқа.

1.Химиялық элементтің қасиеті немен анықталады?А) атомдағы электрондар саны;В) атомдағы электрондық деңгейлер саны;С) атом ядросындағы нейтрондар саны;Д) дұрыс жауап жоқ. .

2. Атом орналасқан топтың саны бойынша мыналарды анықтауға болады: A) атомдағы электрондар санын;

В) топтағы кез келген элемент атомындағы сыртқы электрондық деңгейдегі электрондар саны;

C) осы топтың негізгі топшасының элементінің атомындағы сыртқы электрондық деңгейдегі электрондар саны;

D) атомдағы электрондық деңгейлер саны;Е) дұрыс жауап жоқ.

3. Периодта элементтің реттік саны артқанда атомның радиусы қалай өзгереді?

А) өзгермейді;В) артады;С) азаяды;D) кезеңді түрде қайталанады.

4. Ядро зарядының жоғарылауымен периодта химиялық элементтердің қасиеттері қалай өзгереді?А) металдық қасиеттер әлсірейді;Б) металдық қасиеттер периодты түрде қайталанады;С) бейметалдық қасиеттер әлсірейді;

D) бейметалдық қасиеттер периодты түрде қайталанады;Е) дұрыс жауап жоқ.

5. PSCE D.I. негізгі топшаларында элементтердің қасиеттері қалай өзгереді. Менделеев ядро зарядының жоғарылауымен?

А) металдық қасиет күшейеді;В) бейметалдық қасиет күшейеді;

С) қасиеттер өзгермейді;D) дұрыс жауап жоқ.

6. Қай элементте металдық емес қасиеттер ең айқын көрінеді?

А) германий;В) мышьяк;C) бром;D) селен.

7. Молекулярлық массаны табыңызХ2 О ; Х3 PO4

3-кезең: Сабақты қорытындылау.