2015-10-16
7139План:
1. Квантовые числа (главное, побочное, магнитное, спиновое).
2. Закономерности заполнения электронной оболочки атома:
- принцип Паули;
- принцип наименьшей энергии;
- правило Клечковского;
- правило Гунда.
3. Определения понятий: электронная оболочка, электронное облако, энергетический уровень, энергетический подуровень, электронный слой.
Атом состоит из ядра и электронной оболочки. Электронная оболочка атома – это совокупность всех электронов в данном атоме. От строения электронной оболочки атома напрямую зависят химические свойства данного хим. элемента. Согласно квантовой теории, каждый электрон в атоме занимает определенную орбиталь и образует электронное облако, которое является совокупностью различных положений быстро движущегося электрона.
Для характеристики орбиталей и электронов используют квантовые числа.
Главное квантовое число – n. Характеризует энергию и размер орбитали и электронного облака; принимает значения целых чисел от 1 до бесконечности (n = 1,2,3,4,5,6…). Орбитали, имеющие одинаковое значение n, близки между собой по энергии и по размеру и образуют один энергетический уровень.
Энергетический уровень – это совокупность орбиталей, имеющих одинаковое значение главного квантового числа. Энергетические уровни обозначают либо цифрами, либо большими буквами латинского алфавита (1-K, 2-L, 3-M, 4-N, 5-O, 6-P, 7-Q). С увеличением порядкового номера энергия и размер орбиталей увеличиваются.
Электронный слой – это совокупность электронов, находящихся на одном энергетическом уровне.
На одном энергетическом уровне могут находиться электронные облака, имеющие различные геометрические формы.
Побочное (орбитальное) квантовое число – l. Характеризует форму орбиталей и облаков; принимает значения целых чисел от 0 до n-l.
| УРОВЕНЬ | ГЛАВНОЕ КВАНТОВОЕ ЧИСЛО - n | ЗНАЧЕНИЕ ПОБОЧНОГО КВАНТОВОГО ЧИСЛА – l |
| K | 0 (s) | |
| L | 0,1 (s,p) | |
| M | 0,1,2 (s,p,d) | |
| N | 0,1,2,3 (s,p,d,f) |
Орбитали, для которых l=0, имеют форму шара (сферы) и называются s-орбиталями. Они имеются на всех энергетических уровнях, причем на К-уровне имеется только s-орбиталь. Схематично изобразите форму s-орбитали:
Орбитали, для которых l=1, имеют форму вытянутой восьмерки и называются р - орбиталями. Они имеются на всех энергетических уровнях, кроме первого (К). Схематично изобразите форму l -орбитали:
Орбитали, для которых l=2, называются d-орбиталями. Их заполнение электронами начинается с третьего энергетического уровня.
Заполнение f-орбиталей, для которых l=3, начинается с четвертого энергетического уровня.
Энергия орбиталей, находящихся на одном энергетическом уровне, но имеющих разную форму, неодинакова: Es<Ep<Ed<Ef, поэтому на одном уровне выделяют разные энергетические подуровни.
Энергетический подуровень – это совокупность орбиталей, которые находятся на одном энергетическом уровне и имеют одинаковую форму. Орбитали одного подуровня имеют одинаковые значения главного и побочного квантового числа, но отличаются направлением (ориентацией) в пространстве.
Магнитное квантовое число – ml. Характеризует ориентацию орбиталей (электронных облаков) в пространстве и принимает значения целых чисел от –l через 0 до +l. Число значений ml определяет число орбиталей на подуровне, например:
s-подуровень: l=0, ml=0, - 1 орбиталь.
p-подуровень: l=1, ml=-1, 0, +1, -3 орбитали
d-подуровень: l=2, ml=-2, -1, 0, +1, +2, - 5 орбиталей.
Таким образом, число орбиталей на подуровне можно вычислить как 2l+1. Общее число орбиталей на одном энергетическом уровне = n2. Общее число электронов на одном энергетическом уровне = 2n2. Графически любая орбиталь изображается в виде клетки (квантовой ячейки).
Схематично изобразите квантовые ячейки для разных подуровней и подпишите для каждой из них значение магнитного квантового числа:
Итак, каждая орбиталь и электрон, находящийся на этой орбитали, характеризуется тремя квантовыми числами: главным, побочным и магнитным. Электрон характеризуется еще одним квантовым числом – спином.
Спиновое квантовое число, спин (от англ. to spin – кружить, вращать) – ms. Характеризует вращение электрона вокруг своей оси и принимает только два значения: +1/2 и –1/2. Электрон со спином +1/2 условно изображают так: ; со спином –1/2: ¯.
Заполнение электронной оболочки атома подчиняется следующим законам:
Принцип Паули: в атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором всех четырех квантовых чисел. Составьте наборы квантовых чисел для всех электронов атома кислорода и убедитесь в справедливости принципа Паули:
Принцип наименьшей энергии: Основное (устойчивое) состояние атома – это такое состояние, которое характеризуется минимальной энергией. Поэтому электроны заполняют орбитали в порядке увеличения их энергии.
Правило Клечковского: Электроны заполняют энергетические подуровни в порядке увеличения их энергии, который определяется значением суммы главного и побочного квантовых чисел (n + l): 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d.
Правила Гунда: На одном подуровне электроны располагаются так, чтобы абсолютное значение суммы спиновых квантовых чисел (суммарного спина) было максимальным. Это соответствует устойчивому состоянию атома.
Составьте электронно-графические формулы магния, железа и теллура:
Исключения составляют атомы хрома и меди, в которых происходит проскок (переход) одного электрона с 4s-подуровня на 3d-подуровень, что объясняется большой устойчивостью образующихся при этом электронных конфигураций 3d5 и 3d10. Составьте электронно-графические формулы атомов хрома и меди:
Для характеристики электронного строения атома можно использовать схемы электронного строения, электронные и электронно-графические формулы.
Используя вышеперечисленные схемы и формулы, покажите строение атома серы:
ТЕСТ НА ТЕМУ «СТРОЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ОБОЛОЧКИ АТОМА»
1. Элемент, невозбужденный атом которого не содержит неспаренных электронов, - это
| А) магний | Б) углерод | В) сера | Г) цинк |
2. Электронная конфигурация иона Cl+ в основном электронном состоянии (этот ион образуется при действии ультрафиолетового излучения на сильно нагретый хлор) имеет вид:
| А) [Ne] 3s23p5 | Б) [Ne] 3s13p6 | В) [Ne] 3s23p4 | Г) [Ne] 3s23p6 |
3. Элементу второго периода для завершения внешнего уровня не хватает трех электронов. Этот элемент
| А) бор | Б) углерод | В) азот | Г) фосфор |
4. Формула высшего оксида некоторого элемента – ЭО3. Какую конфигурацию валентных электронов может иметь этот элемент в основном состоянии?
| А) 4d6 | Б) 2s22p4 | В) 3s23p4 | Г) 3s13d5 |
5. Чему равно орбитальное квантовое число 3р электрона?
| А) 1 | Б) 3 | В) 0 | Г) +1/2 |
6. Число неспаренных электронов в атоме хрома в невозбужденном состоянии равно:
| А) 1 | Б) 4 | В) 5 | Г) 6 |
7. Электронную конфигурацию внешнего электронного слоя 3s23p6 имеют соответственно атом и ионы:
| А) Ar, Cl-, S-2 | Б) Kr, K+, Ca+2 | В) Ne, Cl-, Ca+2 | Г) Ar, Cl-, Ca+2 |
8. Число d-электронов у атома серы в максимально возбужденном состоянии равно:
| А) 1 | Б) 2 | В) 4 | Г) 6 |
9. Распределение электронов в нормальном состоянии в атоме хрома по энергетическим уровням соответствует ряду цифр:
| А) 2,8,12,2 | Б) 2,8,8,6 | В) 2,8,13,1 | Г) 2,8,14,0 |
10. Ионы О-2 и К+ имеют соответственно следующие электронные формулы:
| А) 1s22s22p4 | Б) 1s22s22p6 | В)1s22s22p63s23p64s0 | Г)1s22s22p63s23p64s1 |
КЛЮЧ К ТЕСТУ
| А,Г | В | В | В | А | Г | А,Г | Б | В | Б,В |
ЗАДАЧИ НА ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОРМУЛЫ ВЕЩЕСТВА ПО ПРОДУКТАМ СГОРАНИЯ
1. При полном сгорании 0,88 г вещества образовалось 0,51 г углекислого газа и 1,49 г сернистого газа. Определить простейшую формулу вещества. (CS2)
2. Установить истинную формулу органического вещества, если известно, что при сжигании 4,6 г его было получено 8,8 г углекислого газа и 5,4 г воды. Плотность паров этого вещества по водороду равна 23. (С2Н6О)
3. При полном сгорании 12,3 г органического вещества образовалось 26,4 г углекислого газа, 4,5 г воды и выделилось 1,4 г азота. Определить молекулярную формулу вещества, если его молярная масса в 3,844 раза больше молярной массы кислорода. (C6H5NO2)
4. При сгорании 20 мл горючего газа расходуется 50 мл кислорода, а получается 40 мл углекислого газа и 20 мл водяных паров. Определить формулу газа. (C2H2)
5. При сжигании 5,4 г неизвестного вещества в кислороде образовалось 2,8 г азота, 8,8 г углекислого газа и 1,8 г воды. Установите формулу вещества, если известно, что оно легче воздуха. (HCN)
6. При сжигании 3,4 г неизвестного вещества в кислороде образовалось 2,8 г азота и 5,4 г воды. Установить формулу вещества, если известно, что оно легче воздуха. (NH3)
7. При сжигании 1,7 г неизвестного вещества в кислороде образовалось 3,2 г сернистого газа и 0,9 г воды. Установить формулу вещества, если известно, что оно легче аргона. (H2S)
8. Образец вещества массой 2,96 г в реакции с избытком бария при комнатной температуре дает 489 мл водорода (Т=298°К, давление нормальное). При сожжении 55,5 мг того же вещества получили 99 мг углекислого газа и 40,5 мг воды. При полном испарении образца этого вещества массой 1,85 г его пары занимают объем 0,97 л при 473°К и 101,3 кПа. Определить вещество, привести структурные формулы двух его изомеров, отвечающих условиям задачи. (С3Н6О2)
9. При сгорании 2,3 г вещества образовалось 4,4 г углекислого газа и 2,7 г воды. Плотность паров этого вещества по воздуху равна 1,59. Определить молекулярную формулу вещества. (С2Н6О)
10. Определить молекулярную формулу вещества, если известно, что 1,3 г его при сгорании образует 2,24 л углекислого газа и 0,9 г паров воды. Масса 1 мл этого вещества при н.у. равна 0,00116 г. (C2H2)
11. При сжигании одного моля простого вещества образовалось 1,344 м3 (н.у.) газа, который в 11 раз тяжелее гелия. Установить формулу сжигаемого вещества. (С60)
12. При сжигании 112 мл газа было получено 448 мл углекислого газа (н.у.) и 0,45 г воды. Плотность газа по водороду составляет 29. Найти молекулярную формулу газа. (С4Н10)
13. При полном сгорании 3,1 г органического вещества образовалось 8,8 г углекислого газа, 2,1 г воды и 0,47 г азота. Найти молекулярную формулу вещества, если масса 1 л паров его при н.у. составляет 4,15 г. (C6H7N)
14. При сгорании 1,44 г органического вещества образовалось 1,792 л углекислого газа и 1,44 г воды. Установите формулу вещества, если его относительная плотность по воздуху составляет 2,483. (С4Н8О)
15. При полном окислении 1,51 г гуанина образуется 1,12 л углекислого газа, 0,45 г воды и 0,56 л азота. Вывести молекулярную формулу гуанина. (C5H5N5O)
16. При полном окислении органического вещества массой 0,81 г образуется 0,336 л углекислого газа, 0,53 г карбоната натрия и 0,18 г воды. Установить молекулярную формулу вещества. (C4H4O4Na2)
17. При полном окислении 2,8 г органического вещества образовалось 4,48 л углекислого газа и 3,6 г воды. Относительная плотность вещества по воздуху 1,931. Установить молекулярную формулу данного вещества. Какой объем 20% раствора гидроксида натрия (плотность 1,219 г/мл) необходим для поглощения выделившегося при сгорании углекислого газа? Какова массовая доля карбоната натрия в полученном растворе? (С4Н8; 65,6 мл; 23,9%)
18. При полном окислении 2,24 г органического вещества образуется 1,792 л углекислого газа, 0,72 г воды и 0,448 л азота. Вывести молекулярную формулу вещества. (C4H4N2O2)
19. При полном окислении органического вещества массой 2,48 г образуется 2,016 л углекислого газа, 1,06 г карбоната натрия и 1,62 г воды. Установить молекулярную формулу вещества. (C5H9O2Na)
