История развития учения о строении атома
Доказательством сложного строения атома явилось открытие:
А) Электролиза
Б) Катодных лучей-поток е
В) Радиоактивности
Совершённые представления о строении атома
Резерфорд предложил(1910) ядерную модель строения атома.
В 1913 году Нилс Бор предложил планетарную модель. Согласно этим моделям атом состоит из ядра, которое(в 100 тысяч раз) меньше атома и движущихся вокруг него электронов.
Строение ядер атомов
Состав ядра
| Атом | ||
| Ядро(+) | Электронная оболочка(-) | |
| Нуклоны | Электроны | |
| протоны | Нейтроны | |
| Изучает ядерная физика | Изучает квантовая механика | |
Порядковый номер элемента численно равен заряду ядра атома, числу протонов, числу электронов. Порядковый номер называется атомным.
A=Z+N
A-массовое число(нуклонное число)
Z-заряд ядра или число протонов, порядковый номер
N-число нейтронов
А не может быть дробным
Атом с определённым значением атомного номера(протонное число) и массового числа(нуклонное число) называется нуклидом.
Изотопы
Атомы одного и того же химического элемента могут содержать различное число нейтронов или разную массу.
Нуклиды, имеющие одинаковый атомный номер, но различные массовые числа, называются изотопами.
Большинство химических элементов имеют изотопы.
Ar подсчитывается с учётом распространения изотопов в природе(чаще дробное число).
Радиоактивность
| Нуклиды | |
| Устойчивые(стабильные) | Неустойчивые(радиоактивные) |
| 300 нуклидов | 1400 нуклидов |
| Естественные | Искусственные |
Устойчивому состоянию ядер соответствует определённое состояние протонов и нейтронов(Z/n).
Для лёгких элементов, у которых Ar Z/n=1.
У тяжёлых Z/n=0.6
У кислорода Z=8, n=8.
Если эти соотношения нарушаются, атом становится неустойчивым и самопроизвольно распадается, превращаясь в ядра атомов и других элементов.
Самопроизвольно превращение неустойчивых ядер атомов в другие ядра, сопровождающаяся испусканием различных частиц называется радиоактивностью.
Различают 3 вида радиоактивного распада.
А) α-распад Б) β-распад В) γ сопровождается испусканием короткого волнового электромагнитного излучения не имеющего заряда с высокой проникающей способностью.
При составлении уравнений ядерных реакций соблюдается правило равенства масс и зарядов в левой и правой частях уравнения.
Продолжительность жизни нуклида характеризуется периодом полураспада T⅟₂ временем за которое число ядер уменьшается вдвое.
Строение электронных оболочек атома
Квантово-механическая модель движения е
Согласно квантово-механическим представлениям электрон имеет двойственную природу, проявляя свойства:
А) Частиц (m покоя)
Б) Волны (отсутствует определённая траектория движения)
Это связано с тем, что е движется в очень маленьком объёме с очень высокой скоростью, близкой к скорости света. При движении электрона вокруг ядра образуется электронное облако-пространство вокруг ядра, где возможно нахождение е. Плотность электронного облака в различных местах различно-низкая на определённом расстоянии от ядра. У атома Н это расстояние 0,053нм.
Атомная(электронная)орбиталь
Область около ядерного пространства, в котором валентность нахождения е составляет 90% называется атомной(электронной)орбиталь.
Орбитали различаются:
А) Размерами, т.к. е имеют различный запас энергии.
Б) Формой. Бывает –сферическая(s-орбитали)
–гантелеобразная(p-орбитали)
–четырёхлепестковая(d-орбитали)
–фрагментарная(f-орбитали)
Орбитали принято обозначать квантовыми ячейками, а е – стрелкой
В) Расположением в пространстве относительно осей координат.
s-орбита имеет одно окно расположения в пространстве и изображается одной ячейкой.
p-орбиты имеют 3 расположения и изображают 3 ячейки.
d-орбиты имеют 5 расположений и изображаются 5 ячейками.
f-орбиты имеют 7 расположений и им соответствуют 7 ячеек.
Г) е в орбиталях различаются вращением вокруг своей оси, называемой спином.
В орбитали могут находиться 2 е с противоположными спинами.
Энергетические уровни.
Энергетический уровень – совокупность электронов, имеющих приблизительно одинаковое значение энергии.
Обозначаются уровни цифрами или латинскими буквами.
n=1 K n=2 L n=3 M n=4 N n=5 O n=6 P n=7 Q n = ∞
n – главное квантовое число, обозначающее номер энергетического уровня. В атоме число уровней соответствует номеру периода, так число электронов на уровне рассчитывается по формуле Ne =2n2 , где n – номер уровня.
Так число орбиталей на уровне рассчитывается по формуле N(орб.)= n2.
Главное квантовое число n характеризует энергию электрона и удалённость от ядра. Чем больше n, тем дальше от ядра расположение электронов и выше их энергия.
Энергетические подуровни.
Электроны одного и того же уровня различаются запасом энергии и формой орбитали, поэтому в атоме образуются энергетические подуровни. Число подуровней равно номеру уровня.
Минимальную энергию имеют электроны 1 уровня S подуровня.
Правила дополнения уровней и подуровней.
Распределение электронов в атоме по уровням и подуровням называется электронной конфигурацией атома. Оно идет в соответствии с тремя правилами.
1. Правило Клечковского (принцип наименьшей энергии) – заполнение электронов начинается с уровней и подуровней, имеющих минимальную энергию
2. Правило Хунда – электроны, располагающиеся на одном подуровне ,в начале заполняют орбитали по одному, имея противоположные спины, а затем по 2 с противоположными спинами.
3. Принцип Паули – на любой орбитали не может быть более 2-х электронов, имеющих противоположные спины.
Строение ионов.
Катионы, образующиеся в результате отдачи электронов.
Анионы – в результате присоединения электронов.
Атом отдает электроны в первую очередь с последнего уровня.
Семейство (типы) элементов.
В зависимости от того, какой подуровень заполняется электронами последним, все элементы делятся на 4 семейства.
1. S-элементы. Последним заполняется S-подуровень внешнего уровня. Это первые 2 элемента любого периода.
2. Р-элементы. Последним заполняется Р-подуровень внешнего уровня. Это последние 6 элементов во всех периодах, кроме первого.
3. D-элементы. Последним заполняется D-подуровень внешнего уровня. Это 1- элементов, располагающиеся в больших периодах между s и p-элементам.
4. F-элементы. Последним заполняется F-подуровень 3 снаружи уровня. Лантониды, актиниды расположены в 6 и 7 периодах.
В А группах расположены только S и Р элементы , а в В – D и F элементы. В малых только S и Р элементы, а в больших – S, P, D.
Валентные электроны –электроны, участвующие в образовании химических связей. У s- элементов это s-электроны внешнего слоя.
У р-элементов это s и р-электроны последнего слоя
У d-элементов валентными являются s-электроны последнего слоя и d-электроны предпоследнего слоя.
У f-элементов это s-электроны последнего слоя и f-электроны третьего наружного слоя. Как правило, число валентных электронов равно номеры группы.
Исключения : 1В и VIII B
Провал или проскок уровня.
Атом является более устойчивым, если подуровни заполнены полностью или наполовину (по одному электрону в каждой орбитали)