Электронное строение атома. Расположение структурных элементов в таблице Менделеева
 Скачать 0.65 Mb.
|
Атомы состоят из еще более мелких частиц, чем они сами, называемых электронами. Электроны вращаются вокруг центрального ядра, состоящего из одного или более протонов и нейтронов, по концентрическим орбитам. Электроны являются отрицательно заряженными частицами, протоны — положительными, а нейтроны — нейтральными. строение электронных оболочек атомов Самая внешняя оболочка называется валентной, а число электронов, содержащееся в ней, называется валентностью. Чем дальше находится от ядра валентная оболочка, следовательно, тем меньшую силу притяжения испытывает каждый валентный электрон со стороны ядра. Тем самым у атома увеличивается возможность присоединять к себе электроны в том случае, если валентная оболочка не заполнена и расположена далеко от ядра, либо терять их. Электроны внешней оболочки могут получать энергию. Если электроны находящиеся в валентной оболочке получат необходимый уровень энергии от внешних сил, они могут оторваться от нее и покинуть атом, то есть стать свободными электронами. Свободные электроны способны произвольно перемещаться от одного атома к атому. Те материалы, в которых содержится большое число свободных электронов, называются проводниками. Изоляторы, есть противоположность проводникам. Они препятствуют протеканию электрического тока. Изоляторы стабильны потому, что валентные электроны одних атомов заполняют валентные оболочки других атомов, присоединяясь к ним. Это препятствует образованию свободных электронов. Промежуточное положение между изоляторами и проводниками занимают полупроводники. Расположение структурных элементов в таблице Менделеева а) Закономерности, связанные с металлическими и неметаллическими свойствами элементов. 1. При перемещении вдоль периода СПРАВА НАЛЕВО металлические свойства элементов УСИЛИВАЮТСЯ. В обратном направлении возрастают неметаллические. Это объясняется тем, что правее находятся элементы, электронные оболочки которых ближе к октету. Элементы в правой части периода менее склонны отдавать свои электроны для образования металлической связи и вообще в химических реакциях. 2. При перемещении СВЕРХУ ВНИЗ вдоль групп УСИЛИВАЮТСЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ свойства элементов. Это связано с тем, что ниже в группах расположены элементы, имеющие уже довольно много заполненных электронных оболочек. Их внешние оболочки находятся дальше от ядра. Они отделены от ядра более толстой "шубой" из нижних электронных оболочек и электроны внешних уровней удерживаются слабее. б) Закономерности, связанные с окислительно-восстановительными свойствами. Изменения электроотрицательности элементов. 3. Перечисленные выше причины объясняют, почему СЛЕВА НАПРАВО УСИЛИВАЮТСЯ ОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ свойства, а при движении СВЕРХУ ВНИЗ - ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ свойства элементов. Последняя закономерность распространяется даже на такие необычные элементы, как инертные газы. У "тяжелых" благородных газов криптона и ксенона, которые находятся в нижней части группы, удается "отобрать" электроны и получить их соединения с сильными окислителями (фтором и кислородом), а для "легких" гелия, неона и аргона это осуществить не удается. в) Закономерности, связанные с размерами атомов. 6. Размеры атомов (АТОМНЫЕ РАДИУСЫ) при перемещении СЛЕВА НАПРАВО вдоль периода УМЕНЬШАЮТСЯ. Это объясняют тем, что электроны все сильнее притягиваются к ядру по мере возрастания заряда ядра. Даже увеличение числа электронов на внешней оболочке (например, у фтора по сравнению с кислородом) не приводит к увеличению размеров атома. Наоборот, размеры атома фтора меньше, чем атома кислорода г) Закономерности, связанные с валентностью элементов. 8. Элементы одной и той же подгруппы (в короткой форме таблицы) или группы (в длинной) имеют аналогичную конфигурацию внешних электронных оболочек и, следовательно, одинаковую валентность в соединениях с другими элементами. 9. s-Элементы имеют валентности, совпадающие с номером их группы (в любой форме таблицы). 10. p-Элементы имеют наибольшую возможную для них валентность, равную номеру группы в короткой форме Периодической таблицы. Кроме того, они могут иметь валентность, равную разности между числом 8 (октет) и номером их группы в короткой форме таблицы (этот номер совпадает с числом электронов на внешней оболочке). 11. d-Элементы обычно обнаруживают несколько разных валентностей, которые нельзя точно предсказать по номеру группы. 12. Не только элементы, но и многие их соединения - оксиды, гидриды, соединения с галогенами - обнаруживают периодичность. Для каждой ГРУППЫ элементов можно записать формулы соединений, которые периодически "повторяются" (то есть могут быть записаны в виде обобщенной формулы)
Строение материалов выражается структурой и текстурой. Структура – это характер взаимосвязи частиц в материале. Текстура – пространственное расположение частиц в материале. Структура может быть кристаллической (упорядоченной) и аморфной. Структуру можно рассматривать на разных уровнях:
Макроструктура строительных материалов может быть: рыхлозернистая, конгломератная, слоистая, сланцеватая, волокнистая, ячеистая, мелкопористая. Рыхлозернистая или сыпучая структура это скопление частиц, не связанных между собой и легко перемещающихся друг относительно друга (песок, щебень, гравий). Конгломерат – это зерна различной величины, склеенные между собой вяжущим в монолит. Природный конгломерат – песчаник (зерна кристаллического кварца, образовавшиеся при химическом выветривании гранита, склеенные гелем аморфного кремнезема), искусственные конгломераты – бетоны. Слоистая структура – это чередование различных слоев, характерна для рулонных материалов и листовых. В природе для осадочных пород. Сланцеватая структура однородная из вытянутых (сплющенных) зерен ориентированных в горизонтальном направлении. Волокнистая структура – наблюдается в древесине, минеральной вате, стеклопластиках. Если волокна не спутаны, а ориентированы в одном направлении, то материал имеет резкое различие прочности и др. свойств вдоль и поперек волокон (т.е. анизотропен). Ячеистая структура характеризуется наличием в материале достаточно крупных воздушных полостей – пор. Она свойственна пено- и газобетонам, газонаполненным пластмассам (пенопласт, поропласт), а из природных материалов – пемзам. Мелкопористая структура – присуща керамическим материалам, в которых многочисленные мелкие поры образуются при сушке, или выгорании органических добавок при обжиге; из природных - осадочным породам.
Кристаллическая структура – упорядоченное расположение микрочастиц на строгом расстоянии и под определенном углом. В кристаллических телах частицы располагаются в строгом порядке, образуя пространственные периодически повторяющиеся структуры во всем объеме тела. Для наглядного представления таких структур используются пространственные кристаллические решетки, в узлах которых располагаются центры атомов или молекул данного вещества. Чаще всего кристаллическая решетка строится из ионов (положительно и отрицательно заряженных) атомов, которые входят в состав молекулы данного вещества. Например, решетка поваренной соли содержит ионы Na+ и Cl-, не объединенные попарно в молекулы NaCl (рис. 3.6.1). Такие кристаллы называются ионными. В каждой пространственной решетке можно выделить структурный элемент минимального размера, который называется элементарной ячейкой. Вся кристаллическая решетка может быть построена путем параллельного переноса (трансляции) элементарной ячейки по некоторым направлениям. Кристаллические тела могут быть монокристаллами и поликристаллами. Поликристаллические тела состоят из многих сросшихся между собой хаотически ориентированных маленьких кристалликов, которые называются кристаллитами. Большие монокристаллы редко встречаются в природе и технике. Чаще всего кристаллические твердые тела, в том числе и те, которые получаются искусственно, являются поликристаллами.В отличие от монокристаллов, поликристаллические тела изотропны, т. е. их свойства одинаковы во всех направлениях. Поликристаллическое строение твердого тела можно обнаружить с помощью микроскопа, а иногда оно видно и невооруженным глазом (чугун). Аморфная структура – хаотичное расположение ионов, атомов и молекул в материале. Среди твердых тел встречаются такие, в изломе которых нельзя обнаружить никаких признаков кристаллов. Например, если расколоть кусок обыкновенного стекла, то излом окажется гладким и, в отличие от изломов кристаллов, ограничен не плоскими, а овальными поверхностями. Подобная же картина наблюдается при раскалывании кусков смолы, клея и некоторых других веществ. Такое состояние вещества называют аморфным. Различие между кристаллическими и аморфными структурами особенно резко проявляется в их отношении к нагреванию. В то время как кристаллы каждого вещества при строго определенной температуре происходит переход из жидкого состояния в твердое, аморфные тела не имеют определенной температуры плавления. При нагревании аморфное тело постепенно размягчается, начинает растекаться и становится жидким. При охлаждении оно также постепенно затвердевает. В связи с отсутствием определенной температуры плавления аморфные тела обладают и другой особенностью: многие из них подобно жидкостям текучи, т. е. при длительном действии сравнительно небольших сил постепенно изменяют свою форму. Например, кусок смолы , положенный на плоскую поверхность, в теплом помещении растекается, принимая форму диска. Ещё одной особенностью является упорядоченность в расположении частиц только на очень малых участках.
|