Введение в курс химии

Химия в энергетическом институте – фундаментальная общетеоретическая дисциплина.

Химия – естественная наука, изучающая состав, строение, свойства и превращения веществ, а также явления, сопровождающие эти превращения.

М.В.Ломоносов (1741 г.) – “Химическая наука рассматривает свойства и изменения тел…, состав тел…,объясняет причину того, что с телами при химических превращениях происходит”.

Д.И.Менделеев (в “Основах химии” 1871 г.) – “Химия – это учение об элементах и их соединениях”.

Понимание законов химии и их применение позволяет создавать новые процессы, машины, установки и приборы. Получение электроэнергии, топлива, металлов, различных материалов, продуктов питания и т.п. непосредственно связано с химическими реакциями. Например, электрическую и механическую энергии в настоящее время в основном получают преобразованием химической энергии природного топлива (реакции горения, взаимодействия воды и ее примесей с металлами и т.п.). Без понимания этих процессов невозможно обеспечить эффективную работу электростанций и двигателей внутреннего сгорания.


Тема 1. Электронное строение атома.

Атом - сложная электромагнитная микросистема, являющаяся носителем свойств химического элемента.

протоны (р, р+)

ядро

атом нейтроны (n, no) 1840

электроны (е-)

массовое число

35Cl (17p+, 18n, 17e-)

заряд ядра 17


Мr(Cl)=35*0,7543 + 37*0,2457 = 35,491

Квантовая механика - поведение движущихся микрообъектов (в том числе и электронов) – это одновременное проявление как свойств частиц так и свойств волн.

Частица – m, mv, E1 =mv2

Волна - , , E2 = h = hv/

Луи де Бройль (1924г.): Е1 = Е2; =h/ mv

hпостоянная Планка, 6,62610-34Джс

Принцип неопределенности - Вернер Гейзенберг (1927г.)

произведение неопределенностей положения х и импульса (mv) не может быть меньше h/2

х(mv) h/2







Точное нахождение частицы (электрона) заменяется понятием статистической вероятностью нахождения ее в определенном объеме (около ядерного) пространства.

Движение е- - волновой характер – волновая функция

=(х,у,z).

2dv - плотность вероятности нахождения е- в определенном объеме около ядерного пространства. Это пространство называется атомной орбиталью(АО).

Квантовые числа (n, l, ml ) – характеристики АО.

1. Главное квантовое число (n):

  • определяет энергию электрона – энергетический уровень

  • показывает размер электронного облака (орбитали)

  • принимает значения – от 1 до

n (энерг. ур.): 1 2 3 4 и т.д.

K L M N

Ее увеличивается

2. Орбитальное квантовое число (l) :

  • определяет – орбитальный момент количества движения электрона

  • показывает – форму орбитали

  • принимает значения – от 0 до (n-1)

Графически любая АО изображается

Орбитальное квантовое число: 0 1 2 3 4

Энергетический подуровень : s p d f g

Еувелич.

z

l =0 s –подуровень s –АО x

y

l=1 p-подуровень р-АО х

y

Каждому n соответствует определенное число значений l, т.е. каждый энергетический уровень расщепляется на подуровни. Число подуровней равно номеру уровня.

1-ый энерг.уровень 1 подуровень 1s

2-ой энерг.уровень 2 подуровня 2s2p

3-ий энерг.уровень 3 подуровня 3s3p3d

4-ый энерг.уровень 4 подуровня 4s4p4d4f и т.д.

3. Магнитное квантовое число (ml)

  • определяет – значение проекции орбитального момента количества движения электрона на произвольно выделенную ось

  • показывает – пространственную ориентацию АО

  • принимает значения – от –l до + l

Любому значению l соответствует (2l+1) значений магнитного квантового числа, т.е. (2l+1) возможных расположений электронного облака данного типа в пространстве.

s-состояние – одна орбиталь (20+1=1) - ml=0, т.к. l=0

p-состояние – три орбитали (21+1=3)

ml: +1 0 -1, т.к.l=1

z ml=1 z ml=0 z ml = -1

Все орбитали, принадлежащие одному подуровню, имеют одинаковую энергию и называются вырожденными.


Вывод – АО характеризуется определенным набором n,l,ml, т.е. определенными размерами, формой и ориентацией в пространстве.


4. Cпиновое квантовое число (ms)

  • определяет - собственный механический момент электрона, связанный с вращением его вокруг своей оси

  • принимает значения - +1/2 h/2 или –1/2 h/2


В многоэлектронном атоме состояние электрона определяется принципом Паули:

в атоме не может быть двух электронов, у которых все четыре квантовых числа были бы одинаковы.




Следствия из принципа Паули:

  1. на одной орбитали могут находиться не более двух электронов, отличающихся друг от друга спинами

  2. максимальное число электронов на энергетическом подуровне – 2(2l+1)

  3. максимальное число электронов на энергетическом уровне – 2n2

Электроны в атоме (основное состояние) распределяются в соответствии с принципом минимальной энергии:

Электроны занимают наиболее низкое энергетическое состояние, отвечающее наиболее устойчивому его состоянию.






Правило Клечковского:

Электроны размещаются последовательно на орбиталях, характеризуемых возрастанием суммы главного и орбитального квантовых чисел (n+l); при одинаковых значениях этой суммы раньше заполняется орбиталь с меньшим значением главного квантового числа n








n l 0 1 2 3


1

2


3


4


5


6


7




З

В пределах энергетического подуровня электроны располагаются так, чтобы их суммарный спин был максимальным.

аполнение однотипных АО происходит по правилу Хунда:








Существует два способа составления схем распределения электронов в атоме:

  1. в виде формул электронных конфигураций

19К 1s22s22p63s23p64s1

  1. в виде графических формул АО


Е p

s

n = 2

8О

s

n = 1




Периодический закон. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева.

Периодический закон:

  • формулировка Д.И.Менделеева (1869 г.)

Свойства простых тел, а также свойства и формы соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов






  • с

    Свойства химических элементов, а также свойства и формы образуемых ими соединений находятся в периодической зависимости от величины заряда их ядер

    овременная формулировка






Элементы располагаются в периодической системе в порядке возрастания заряда их ядер.

Ф

за счет периодически повторяющейся конфигурации электронных оболочек атомов происходит периодическое повторение химических свойств их элементов

изический смысл периодического закона:







7 периодов; 8 групп; каждая группа из 2-х подгрупп (А и В)

А подгруппа – главная

В подгруппа – побочная

Элементы-аналоги – элементы, имеющие одинаковое строение внешних электронных оболочек и расположенные в одной подгруппе.

В зависимости от того , какой энергетический подуровень заполняется электронами последним, раэличают четыре типа элементов:

  1. s-элементы

расположены в 1А, 2А подгруппах и Н,Не

их краткая электронная формула:

ns12



где n –номер периода, в котором находится элемент

  1. 2) – номер группы, в которой находится элемент

  1. р-элементы

расположены в 3А - 8А подгруппах

их краткая электронная формула:


Случайные файлы

Файл
СТ СЭВ 4940-84.doc
13757.rtf
184522.doc
101061.rtf
74210.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.