Неорганическая химия, ответы. 1. Строение атома. Атом

• Название: 1. Строение атома. Атом
• Дата: 14.03.2018
• Размер: 436.56 Kb.
• Имя файла: Неорганическая химия, ответы.docx
• Тип: Документы; #38501
• страница: 1 из 11

1. Строение атома. Атом (от греческого atomos - неделимый)  — одноядерная, неделимая химическим путем частица химического элемента, носитель свойства вещества. Вещества состоят из атомов. Сам атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженного электронного облака. В целом атом электронейтрален. Размер атома полностью определяется размером его электронного облака, поскольку размер ядра ничтожно мал по сравнению с размером электронного облака. Ядро состоит из Z положительно заряженных протонов (заряд протона соответствует +1 в условных единицах) и N нейтронов, которые не несут на себе заряда (протоны и нейтроны называют нуклонами). Таким образом, заряд ядра определятся только количеством протонов и равен порядковому номеру элемента в таблице Менделеева. Положительный заряд ядра компенсируется отрицательно заряженными электронами (заряд электрона -1 в условных единицах), которые формируют электронное облако. Количество электронов равно количеству протонов. Массы протонов и нейтронов равны (соответственно 1 и 1 а.е.м.). Масса атома определяется массой его ядра, поскольку масса электрона примерно в 1850 раз меньше массы протона и нейтрона и в расчетах редко учитывается. Количество нейтронов можно узнать по разности между массой атома и количеством протонов (N=A-Z). Вид атомов какого-либо химического элемента с ядром, состоящим из строго определённого числа протонов (Z) и нейтронов (N) называется нуклидом. Поскольку в ядре атома сосредоточена практически вся масса, но его размеры ничтожно малы по сравнению с общим объемом атома, то ядро условно принимается материальной точкой покоящейся в центре атома, а сам атом рассматривается как система электронов. При химической реакции ядро атома не затрагивается (кроме ядерных реакций), как и внутренние электронные уровни, а участвуют только электроны внешней электронной оболочки. По этой причине необходимо знать свойства электрона и правила формирования электронных оболочек атомов.

Квантовые числа Состояние электрона в атоме характеризуется набором квантовых чисел. 1. Главное квантовое число (n) – характеризует главный уровень энергии, определяет размер орбитали. n принимает значения целых чисел от 1 до ∞. Слои: 1-K, 2-L, 3 – M, 4 – N, 5-O, 6-P С ростом n повышается энергия электрона (при n= ∞ , Е→ 0). Чем меньше значение n, тем меньше энергия электрона, тем в более связанном состоянии он находится. Электроны атома, имеющие одно и то же значение n, относятся к общей электронной оболочке или энергетическому уровню.

Максимальное количество электронов на оболочке равно 2n2

2. Орбитальное (побочное) квантовое число (l) – характеризует подуровень энергии, определяет форму орбитали. Орбиталь – совокупность положений электрона в атоме с одинаковом значением l. l принимает значения целых чисел от 0 до (n-1).

l	0	1	2	3	4
орбиталь	s	p	d	f	g

Каждой комбинации главного и орбитального квантовых чисел отвечает некоторая электронная подоболочка или энергетический подуровень. Максимальное количество электронов на подоболочке равно 2(2l+1).

3. Магнитное квантовое число (m)

– определяет положение орбитали в пространстве по отношению к др. орбиталям

m принимает значения целых чисел от -l до +l.

S-орбиталь : l=0 m=0

р-орбиталь : l=1 m=-1; 0; +1

d-орбиталь : l=2 m=-2;-1; 0; +1;+2

f-орбиталь : l=3 m=-3;-2;-1; 0; +1;+2;+3

Каждая волновая функция однозначно определяется набором из трех квантовых чисел: n, l, m. Однако для полного описания поведения электрона необходимо использовать четвертое – спиновое квантовое число s. 4. Спиновое квантовое число (s) – характеризует собственный магнитный момент электрона s принимает 2 значения + ½ (↑) и - ½ (↓).

2. Солеобразующие оксиды. Солеобразу́ющие окси́ды (ангидри́ды) — оксиды неметаллов и металлов, при взаимодействии с водой образующие соответствующие кислоты, при взаимодействии с основаниями — соответствующие нормальные и кислые соли. Солеобразующие оксиды, в свою очередь, делятся на:

осно́вные оксиды, элемент которых при образовании соли становится катионом; например, Na₂O, CuO, K₂O, СаО;

кислотные оксиды, элемент которого при образовании соли входит в состав кислородсодержащего аниона; например, SO₃, NO₂;

амфотерные оксиды, которые могут реагировать и как кислотные, и как основные оксиды; например, ZnO, Al₂О₃.

3. ЭО. Эле́ктроотрица́тельность (χ) (относительная электроотрицательность) — фундаментальное химическое свойство атома, количественная характеристика способности атома в молекуле смещать к себе общие электронные пары, то есть способность атомов оттягивать к себе электроны других атомов. Самая высокая степень электроотрицательности у галогенов и сильных окислителей (p-элементов, F, O, N, Cl), а низкая — у активных металлов (s-элементов I группы).

4. Изменение максимальной степени окисления атома в периодах ПС Менделеева. Степени окисления закономерно изменяются при переходе от одного элемента к другому в периодической системе. Высшая степень окисления элементов в группе обычно равна номеру группы таким образом, в периодах высшая степень окисления растет. П главных подгруппах при переходе от элементов сверху вниз обычно становятся более устойчивыми низкие степеннокисления,в побочных подгруппах — наоборот, более высокие.

5. Способы перекрывания электронных облаков. Ковалентная связь образуется за счет перекрывания электронных облаков связываемых атомов. Существуют разные способы перекрывания этих электронных облаков.

1. Прямое перекрывание:



В этом случае единственная область перекрывания электронных облаков лежит на прямой, соединяющей ядра атомов. Связь, образованная таким образом, называется  -связью.

В зависимости от вида перекрывающихся облаков может образоваться  _s-s,  _s-p,  _p-p и другие разновидности -связи.

-Связь – ковалентная связь между атомами, образованная при прямом перекрывании их электронных облаков.

2. Боковое перекрывание:



В этом случае две области перекрывания электронных облаков находятся по разные стороны от плоскости, в которой лежат ядра связываемых атомов. Связь, образованная при таком перекрывании ЭО, называется   - связью.
Как и в случае -связи, в зависимости от вида перекрывающихся облаков могут образоваться различные разновидности -связи:  _p-p,  _p-d,  _d-d и т. п.

-Связь – ковалентная связь между атомами, образованная при боковом перекрывании их электронных облаков.

И -, и -связь имеют определенное направление, которое возникает из-за стремления атомов к максимально эффективному перекрыванию ЭО, то есть к перекрыванию облаков в области максимальной электронной плотности. Таким образом, ковалентная связь обладает направленностью. Например, в молекуле сероводорода H₂S направления двух -связей между атомом серы и двумя атомами водорода почти перпендикулярны (см. схему на стр. 95). У атома есть вполне определенное число неспаренных электронов, поэтому он может образовать вполне определенное число ковалентных связей. Таким образом, ковалентная связь обладает насыщаемостью. Например, если атом хлора образовал одну -связь с атомом водорода (см. схему на стр. 95), то соединиться еще с одним атомом водорода он уже не может.

6. Закон сохранения энергии. Первое начало термодинамики.

(1905, А. Эйнштейн) При любых взаимодействиях, имеющих место в изолированной системе, энергия этой системы остается постоянной и возможны лишь переходы из одного вида энергии в другой.

Сумма кинетических  энергий хаотического движения всех частиц тела относительно центра масс тела  (молекул, атомов) и потенциальных энергий  их  взаимодействия друг с другом называется внутренней энергией.
Внимание! Энергия упорядоченного движения частиц тела представляет собой механическую кинетическую энергию тела. Вообще говоря, во внутреннюю энергию входят энергии внутриатомных частиц, но при не очень больших температурах эта энергия остается неизменной. Кинетическая энергия частиц определяется скоростью, а значит - температурой тела. Потенциальная - расстоянием между частицами, а значит - объемом. Следовательно: U=U(T,V) - внутренняя энергия зависит от объема и температуры.	U=U(T,V)
Для идеального газа: U=U(T), т.к. взаимодействием на расстоянии пренебрегаем.  - внутренняя энергия идеального одноатомного газа. Внутренняя энергия - однозначная функция состояния (с точностью до произвольной постоянной) и в замкнутой системе сохраняется. Обратное неверно(!) - одной и той же энергии могут соответствовать разные состояния.	Идеальный  газ:
Опыты Джоуля доказали эквивалентность работы и количества теплоты, т.е. и та и другая величины являются мерой изменения энергии, их можно измерять в одинаковых единицах: 1 кал = 4,1868 Дж ≈ 4,2 Дж. Эта величина наз. механическим эквивалентом теплоты.
Р.Майер, Д.Джоуль, Г.Гельмгольц - закон сохранения энергии для тепловых процессов - 1-й закон термодинамики.
Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе:
Изменений внутренней энергии не зависит от способа, которым осуществляется этот переход. Т.о. существует два способа изменения внутренней энергии: совершение механической работы и теплопередача (теплообмен). Работа и количество теплоты характеризуют процесс изменения внутренней энергии, но не саму внутреннюю энергию.
Если А - работа внешних сил, а А' - работа газа, то А = -  А'(в соответствии с 3-м законом Ньютона). Тогда: - другая форма записи первого закона термодинамики.Количество теплоты, переданное системе,  идет на изменение ее  внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами.
Невозможность создания вечного двигателя 1-го рода. Вечный двигатель первого рода - устройство, которое могло бы совершать неограниченное количество работы без затраты энергии. Тогда Q=0. Следовательно: A'= - ΔU. Т.е. такой двигатель должен совершать работу за счет убыли внутренней энергии. Но ее запасы конечны. После того, как запас энергии будет исчерпан, двигатель остановится.