Оглавление

Часть I 1

Основные понятия и определения 3

1.1. Строение вещества 3

Химический элемент – вид атомов с одинаковым зарядом ядра. 4

Обобщающее (групповое) название протонов и нейтронов – нуклоны. 5

Массовое число – общее число нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре. 5

Изотоны – нуклиды с одинаковым числом нейтронов. 5

1.2. Количественные соотношения в химии 9

A_r =, 10

N_A = 6,022  10²³ моль^–1 – число Авогадро. 11

M =. 11

Следствия из закона Авогадро 12

1.3. Химические символы и формулы 13

1. Сколько атомов водорода содержится в 1 л водорода при н. у.? 16

2. Какова масса 1 молекулы NaOH? 16

3. Какая энергия выделяется при образовании атома гелия из элементарных частиц? 17

Дефект массы составляет 17

4. А г СаО растворили в избытке воды массой В г. Выразите массовую долю вещества в полученном растворе. 17

5. Смешали 11,2 л хлора и 22,4 л водорода. Найдите объемные доли газов в смеси после прохождения реакции. 17

6. В сплаве содержится 40 % K и 60 % Na. Найдите мольные доли компонентов. 18

7. Соединение углерода с водородом содержит 75 % углерода по массе. Найдите формулу этого соединения. 18

8. Плотность газа по воздуху 0,55. Что это за газ? 18

Строение атома 20

2.1. Ранние модели атома 20

Рис. 1. Опыт по прохождению -частиц через вещество. 21

2.2. Квантовомеханическая модель строения атома 26

 = 0, 1, … , (n – 1), 28

Рис. 3. Физический смысл магнитного квантового числа 29

Рис. 4. Пространственные конфигурации s-, p- и d-орбиталей 30

Рис. 5. Возникновение спина электрона (согласно Уленбеку и Голдсмиту) 31

Рис. 6. Схема изменения энергии подуровней с ростом заряда ядра. 36

1. Могут ли электроны иона Rb⁺ находиться на следующих орбиталях: 1) 4р; 2) 3f; 3) 5s; 4) 5p? 37

2. Приведите примеры трех частиц (атомы, ионы) с электронной конфигурацией 1s²2s²p⁶3s²p⁶. 37

3. Сколько элементов было бы в V периоде, если бы спиновое квантовое число имело единственное значение – 1? 37

4. Какие квантовые числа и как должны, по вашему мнению, измениться при переходе от нашего мира к 1) одномерному; 2) пятимерному? 38

Химическая связь 40

3.1. Заголовок 40

Рис. 9. Распределение сил взаимодействия между ядрами и электроном в . 41

Рис. 11. Результаты сложения двух синусоид. 42

Рис. 12. Некоторые примеры образования -связей. 43

3.2. Метод валентных связей 46

3.3. Метод молекулярных орбиталей 52

Гетероядерные молекулы. Из двухатомных молекул самой прочной является молекула азота, кратность связи в которой равна трем. Логично предположить, что у гетероядерных молекул и однозарядных ионов, имеющих одинаковое число электронов с N₂ – четырнадцать, – кратность связи будет такой же. Такими молекулами являются CO, BF, BeNe и ионы CN^–, NO⁺, CF⁺, BO^–. По аналогии с молекулой азота они должны обладать высокими значениями энергий диссоциации. Такой вывод нетрудно сделать, распространяя схему молекулярных орбиталей гомоядерных молекул на гетероядерные. При этом надо учитывать, что 2- и p-орбитали с увеличением заряда ядра понижают свою энергию, а расщепление между ними по энергии растет. 58

Рис. 22. Энергетические диаграммы для иона NO⁺ (a) и молекулы СО (б). 58

Рис. 23. Энергетические зоны в кристалле, образованные атомными орбиталями. 59

1 Левкипп () – древнегреч. философ. О жизни Левкиппа практически ничего не известно.

2 а. е. м. – атомная единица массы, см. ниже.

3 Электрон был первой из открытых элементарных частиц. В 1874 г. Дж. Дж. Стоней предположил, что электрический ток представляет собой поток отрицательно заряженных частиц, названных им электронами. Однако приоритет открытия электрона почти повсеместно признается за Дж. Дж. Томсоном, который экспериментально доказал наличие электрона и определил отношение его заряда к массе.

4 Впоследствии были открыты и другие типы радиоактивного распада: ⁺-рас­пад (испускание позитронов), электронный захват (захват ядром орбитального электрона), испускание запаздывающих нейтронов, спонтанное деление ядер, а в 1961 г. под руководством академика Флерова – протонный распад.

5 Одной из основных теорем электростатики является теорема, сформулированная в XIX веке английским физиком и математиком С. Ирншоу: всякая равновесная конфигурация покоящихся точечных электрических зарядов неустойчива, если на них, кроме кулоновских сил притяжения и отталкивания, никакие другие силы не действуют. Эта теорема вытекает из утверждения, что потенциальная энергия статической системы электрических зарядов не может иметь минимума. Наличие же минимума потенциальной энергии является необходимым условием устойчивого равновесия.

0