Г. В. Плеханова (технический университет) к афедра общей и физической химии общая химия Сборник задач
 Скачать 2.09 Mb.
|
2. Строение атомаАтом любого элемента состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, в целом же атом – система электронейтральная. Заряд ядра равен порядковому номеру элемента в таблице Д.И. Менделеева. Состояние электрона в атоме описывается при помощи набора четырех квантовых чисел: главного n, орбитального l, магнитного ml и спинового ms. Определенные значения трех квантовых чисел (n, l ,ml) описывают состояние электрона называемое атомной орбиталью (АО). Главное квантовое число n определяет энергию АО и номер энергетического уровня, на котором находится электрон, может принимать целочисленные значения от единицы до бесконечности. Орбитальное квантовое число l определяет форму АО и энергетический подуровень, может принимать значения от нуля до n-1. Исторически атомным орбиталям со значениями l, равным 0, 1, 2, 3 присвоены буквенные обозначения s-, p-, d-, f-. В графических схемах электронного строения атомов каждая орбиталь обозначается символом ра Магнитное квантовое число ml определяет пространственную ориентацию данной АО и отчасти ее форму, может принимать значения от –l…0…+l. Спиновое квантовое число ms характеризует собственный момент импульса и связанный с ним магнитный момент, может принимать значения ±1/2. Последовательность распределения электронов в атоме по мере увеличения значений l и n выражается электронными или электронно-графическими формулами. При заполнении АО действует принцип Паули, из которого следует, что в атоме не может быть двух электронов, характеризующихся одинаковым набором значений четырех квантовых чисел. Состояние электронов в атоме должно отличаться значением хотя бы одного квантового числа. Заполнение энергетических подуровней подчиняется правилу Хунда, согласно которому электроны в основном состоянии в атоме располагаются так, чтобы модуль суммарного спина всех электронов подуровня был максимальным. Например, четыре валентных p-электрона атома кислорода размещаются в квантовых ячейках следующим образом:  Последовательность заполнения энергетических уровней и подуровней в атомах выражается правилом Клечковкого: порядок заполнения определяется возрастанием суммы n+l, а при одинаковом ее значении первым заполняется подуровень с меньшим значением n в этой сумме: 1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s5d1(La)4f (лантаноиды)5d6p7s6d1(Ac)5f(актиноиды)6d… Принадлежность элемента к электронному семейству определяется характером заполнения энергетических подуровней: s-элементы – заполнение внешнего s-подуровня, например: Li: 1s22s2; р-элементы – заполнение внешнего p-подуровня, например: F: 1s22s22p5; d-элементы – заполнение предвнешнего d-подуровня, например: V: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d3; f-элементы – заполнение f-подуровня второго снаружи уровня, например: N  d: 1s2 2s2 2p2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f4.Для d- и f-элементов имеются отклонения от описанного способа заполнения АО – так называемый провал электрона. Это явление связано с тем, что для атома устойчивым состоянием является полностью или на половину заполненная АО, т. е. d10, d5, f14, f7. В ситуации, когда до достижения такого состояния не хватает одного электрона, он переходит («проваливается») с предыдущего уровня, например электронный паспорт серебра 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d9 с учетом провала электрона: 1s22s22p63s23p64s23d104p65s14d10. Если на валентных энергетических уровнях имеются вакантные АО, то при получении электронами порции энергии (возбуждении атома) становится возможным «разъединение» валентных электронов, то есть их переходы с тех подуровней, где все АО заняты полностью () или частично () на другие валентные подуровни того же уровня, имеющие незаполненные АО. При этом с тех АО, которые в основном (соответствующем минимальной энергии атома) состоянии были заняты полностью, «уходит» по одному электрону последовательно, т. е. возможно несколько возбужденных состояний. Возбуждение меняет валентное состояние атома (число его неспаренных электронов). |