Многоэлектронные атомы. Квантово-механические законы

 

Принцип Паули: в атоме не может быть и двух электронов с одинаковым набором 4 квантовых чисел. Этот принцип позволяет определить ёмкость орбитали, подуровня и уровня.

Принцип наименьшей энергии: электрон идет на ту орбиталь, энергия которой меньше. Этот принцип позволяет установить последовательность расположения орбиталей по энергии.

Правило Хунда: в пределах подуровня электроны располагаются так, чтобы суммарный спин был макимальным.

 

Последовательность заполнения уровней и подуровней.

Составлена согласно принципу наименьшей энергии. Условная энергия орбитали рассчитывается по правилу Клечковского (E ~ n + ℓ). Орбитали располагаются по возрастанию сумм (n +ℓ), при равенстве сумм электрон идет на ту орбиталь, для которой n меньше, а ℓ больше. В результате получаем ряд орбиталей:

S 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d.

Лекция 2. Периодический закон и система Д.И. Менделеева (2часа)

План лекции.

 

1. Современная формулировка закона.

2. Периоды, группы и подгруппы с точки зрения строения атома.

3. Радиус атома, энергия ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность.

 

2.1 Современная формулировка закона.

Периодический закон был впервые сформулирован в виде таблицы Д.И. Менделеевым в 1869 году. Это был восьмиклеточный вариант таблицы и, до сих пор, он самый популярный (есть еще 18клеточный и 32клеточный).

Современная формулировка периодического закона: свойства элементов, а также свойства их соединений находятся в периодической зависимости от зарядов ядер элементов. Заряд ядра это порядковый номер элемента в периодической системе (было установлено Мозли в 1913 году).

Элемент - это совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра.

 

Периоды, группы и подгруппы.

 

В восьмиклеточном варианте таблицы семь периодов и восемь групп.

Период – совокупность элементов с одинаковым числом электронных слоев, т.е. с одинаковым макимальным главным квантовым числом. Первый, второй и третий периоды – малые, а остальные - большие.

Группа – совокупность элементов с одинаковой высшей степенью окисления.

Группа состоит из двух подгрупп – главной и побочной.

Подгруппа - совокупность элементов электронных аналогов.

Различают четыре семейства s-, p-, d-, и f-элементов. Элементы s- и p-семейства находятся в главных подгруппах, а d- и f-элементы в побочных подгруппах ПС.

 

2.3 Радиус атома, энергия ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность.

Радиус атома это расстояние от ядра до последнего электрона. Измеряется в ангстремах и нанометрах (1А = 10^{-10 м = 0,1 нм, 1нм = 10-9 м).}

В периоде радиус уменьшается с ростом заряда ядра, а в группах растет с увеличением числа электронных слоёв.

Энергия ионизации (J) это энергия, которую нужно затратить, чтобы оторвать электрон от нейтрального атома и превратить его в положительный ион. Измеряется в кДж/моль. В периоде растет с уменьшением радиуса, а в группах с ростом радиуса уменьшается. У типичных металлов энергия ионизации мала, а у неметаллов большая.

Сродство к электрону (Е) это энергия, которая выделяется при присоединении электрона к нейтральному атому. Измеряется в кДж/моль. Меняется по периодам и группам ПС также как J.

Электроотрицательность - это способность атома в молекуле оттягивать на себя электронную плотность. ЭО = ½ (J + Е). Измеряется в кДж/моль. Имеет такой же характер изменения в ПС, как и J и Е.

Полинг ввел понятие относительной электроотрицательности, где за единицу электроотрицательности принята электроотрицательность лития (ОЭО_Li = 1), а электроотрицательность фтора равна 4 (ОЭО_F = 4).