Строение атома и химическая связь - Учебное пособие

Строение атома и химическая связьНеорганическая химия изучает огромное число химических элементов и типов простых и сложных веществ. Все свойства веществ обусловлены составом и строением их атомов; а изменение состава или строения различных веществ, в свою очередь, являют собой сущность химических превращений. Поэтому понимание того, какие именно изменения происходят или могут произойти, невозможно без знаний о строении атомов и молекул, свойств ковалентной, ионной, металлической связи и межмолекулярных взаимодействий. Учение о строении атома и химической связи помогает построить цельную картину химических явлений и процессов в таких разделах, как «термодинамика и термохимия», «кинетика и механизмы химических реакций», «растворы», «окислительно-восстановительные реакции»; а также понимать фактический материал по химии элементов.Они выдвинули идею о дискретном строении материи и ввели понятие «атом». Следуя за Левкиппом, Демокрит утверждал, что все существующее состоит из атомов и пустоты. Атомы же не содержат пустоты, они отличаются абсолютной плотностью. Атомы от природы обладают свойством движения, и это движение передается посредством столкновения атомов. В конце XIX - начале ХХ века в области физики были сделаны открытия, которые показали, что атом имеет сложное строение и неделимым является только в химических реакциях: открытие катодных лучей, открытие электрона английским физиком Дж.Томсоном, открытие рентгеновского излучения, открытие и изучение явления радиоактивности и т.д.Выход из создавшегося положения был найден в 1913 году датским физиком Нильсом Бором, который предложил свою теорию строения атома. Он не отбрасывал полностью прежние представления о планетарном строении атома, но для объяснения устойчивости такой системы сделал предположение, что законы классической физики не всегда применимы для описания таких систем, как атомы. Бор сформулировал два постулата: Первый постулат Бора. Электроны могут вращаться вокруг ядра по строго определенным стационарным орбитам, при этом они не излучают и не поглощают энергию. Бор предположил, что момент импульса электрона в атоме может принимать дискретные значения, которые равны только целому числу квантов действия (h/2?), что математически можно записать так: m·v·r = n·h/2· ? (1) где m - масса электрона;Это можно сделать, предположив для света корпускулярную (от лат. corpusculum - частица) природу. Эйнштейн высказал мысль, согласно которой свет испускается в виде частиц (их назвали фотонами или квантами). Каждый фотон обладает энергией согласно уравнению Учтем, что для фотона скорость движения v равна скорости света с, и в это равенство вместо частоты ? подставим с/?; в итоге получим основное уравнение волновой механики (уравнение де Бройля): ? = h/m·v (5) В 1924 г. французский физик де Бройль исходя из представления о двойственной природе микромира, предположил, что электрон, также как и другие частицы микромира, обладает корпускулярно-волновой двойственностью.Однако невозбужденные атомы известных в настоящее время химических элементов не содержат электроны, для описания которых необходимы значения n > 7. Состояние электрона, которое характеризуется определенным значением главного квантового числа, называют энергетическим уровнем электрона в атоме. Например, при значении n = 1 электрон находится на первом энергетическом уровне, при n = 2 - на втором. Наименьшей энергией электрон обладает на первом уровне, с увеличением значения n энергия электрона возрастает. Поскольку электронное облако не имеет четко очерченных в пространстве границ, за размеры электронного облака принимаются размеры граничной поверхности, проведенной так, чтобы она включала 90% заряда и массы электрона.Электроны в оболочке располагаются в порядке возрастания их энергии с учетом принципа Паули и правила Гунда (Хунда). Каждая атомная орбиталь может быть занята не более, чем двумя электронами, спины которых имеют противоположные знаки. Ограниченность числа электронов в каждом уровне делает неизбежной периодичность в построении электронных оболочек атомов с вытекающей отсюда периодичностью в изменении всех их свойств. n = 1 2n2 = 2 n = 2 2n2 = 8 n = 3 2n2 = 18 n = 4 2n2 = 32 Например, для основного состояния атома водорода: Это означает, что на первом энергетическом уровне на s-подуровне находится один электрон. Правило Хунда: В пределах одного подуровня электроны располагаются по орбиталям таким образом, чтобы их суммарный спин был максимальным, т. е. на подуровне должно быть максимальное число неспаренных электронов.Современная формулировка периодического закона: Периодическое изменение свойств элементов и их соединений зависит от периодически повторяющейся структуры электронной оболочки их атомов. Эта формулировка раскрывает истинную причину периодического изменения свойств элементов.

Содержание

Введение

1. Строение атома

1.1 Модели строения атома

1.2 Постулаты Бора

1.3 Корпускулярно-волновые свойства микромира

1.4 Квантовые числа

1.5 Электронные оболочки атомов

2. Периодическая система элементов и периодический закон Д.И.Менделеева

3. Периодичность свойств химических элементов

4. Химическая связь