Квантовые характеристики состояний электрона в атоме(квантовые числа)

Квантовые числа, возникающие при решении волнового уравнения, служат для описания состояний квантово-химической системы. Каждая атомная орбиталь характеризуется набором из трех квантовых чисел: главного n, орбитального l и магнитного m_l.

Главное квантовое число n характеризует энергию атомной орбитали. Оно может принимать любые положительные целочисленные значения. Чем больше значение n, тем выше энергия и больше размер орбитали.

Орбитальное квантовое число l характеризует энергетический подуровень. Атомные орбитали с разными орбитальными квантовыми числами различаются энергией и формой. Для каждого n разрешены целочисленные значения l от 0 до (n−1). Значения l = 0, 1, 2, 3... соответствуют энергетическим подуровням s, p, d, f.

Магнитное квантовое число m_l отвечает за ориентацию атомных орбиталей в пространстве. Для каждого значения l магнитное квантовое число m_l может принимать целочисленные значения от −l до +l (всего 2l + 1 значений). Например, р-орбитали (l = 1) могут быть ориентированы тремя способами (m_l = -1, 0, +1).

Электрон, занимающий определенную орбиталь, характеризуется тремя квантовыми числами, описывающими эту орбиталь и четвертым квантовым числом (спиновым) m_s, которое характеризует спин электрона - одно из свойств (наряду с массой и зарядом) этой элементарной частицы. Спин - собственный магнитный момент количества движения элементарной частицы. Спин электрона характеризуется спиновым квантовым числом m_s, которое может быть равно +1/2 и −1/2.

Электронные конфигурации атомов элементов

Электронная конфигурация (формула) атома - распределение электронов по орбиталям в основном (невозбужденном) состоянии этого атома и его ионов: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶... Число электронов на орбиталях данного подуровня указывается в верхнем индексе справа от буквы, например 3d⁵ - это 5 электронов на 3d-подуровне.

Для краткости записи электронной конфигурации атома вместо орбиталей, полностью заселенных электронами, иногда записывают символ благородного газа, имеющего соответствующую электронную формулу:

 1s² = [He]

 1s²2s²2p⁶ = [Ne]

 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ = [Ar]

Например, электронная формула атома хлора 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵, или [Ne]3s²3p⁵. За скобки вынесены валентные электроны, принимающие участие в образовании химических связей.

Электронное строение многоэлектронных атомов

В многоэлектронных атомах на каждый электрон действует не только ядро, но и все остальные электроны. При этом электронные облака отдельных электронов как бы сливаются в одно общее многоэлектронное облако.

!!! По этой теме нашел только это, очень много текста где-то объемом 3 страницы, толком ничего не написано, надеемся, что такого не попадет на экзамене!!!

2.

Электролитическая диссоциация веществ в растворах

Сущность теории электролитической диссоциации: Вещества, растворы которых являются электролитами, при растворении распадаются на частицы (ионы), несущие положительные и отрицательные заряды.

Растворы являются проводниками электрического тока тогда, когда они содержат ионы. Чем больше растворенных частиц распадается на ионы, тем лучше они проводят электрический ток, т.е. тем лучше их электрическая проводимость. Процесс электролитической диссоциации изображается так:

Al2(SO4)3 = 2Al(3+) + 3SO4(2-)

Кислоты, основания, амфотерные гидроксиды, соли

Кислотами называются электролиты, при диссоциации которых в качестве катионов образуются только катионы водорода

Н₃РО₄  Н⁺ + Н₂РО^-₄(первая ступень)

Н₂РО^-₄   Н⁺ + НРO^2-₄ (вторая ступень)

НРО^2-₄  Н+ PО^З-₄ (третья ступень)

Диссоциация многоосновной кислоты протекает главным образом по первой ступени, в меньшей степени по второй и лишь в незначительной степени - по третьей. Поэтому в водном растворе, например, фос­форной кислоты наряду с молекулами Н₃РО₄ имеются ионы (в последовательно уменьшающихся количествах) Н₂РО^2-₄, НРО^2-₄ и РО^3-₄.

Основаниями называются электролиты, при диссоциации которых в качестве анионов образуются только гидроксид-ионы.

Например:

KOH  K⁺ + OH^-; NH₄OH  NH⁺₄ + OH^-

Основания, растворимые в воде называются щелочами. Их немно­го. Это основания щелочных и щелочноземельных металлов: LiOH, NaОН, КОН, RbОН, СsОН, FrОН и Са(ОН)₂, Sr(ОН)₂, Ва(ОН)₂, Rа(ОН)₂, а также NН₄ОН. Большинство оснований в воде малораство­римо.

Кислотность основания определяется числом его гидроксильных групп (гидроксогрупп). Например, NН₄ОН - однокислотное основание, Са(ОН)₂ - двухкислотное, Fе(ОН)₃ - трехкислотное и т.д. Двух- и многокислотные основания диссоциируют ступенчато

Ca(ОН)₂ Са(ОН)⁺ + OH^- (первая ступень)

Ca(OH)⁺ Ca²⁺+OH^- (вторая ступень)

Однако имеются электролиты, которые при диссоциации одновре­менно образуют катионы водорода, и гидроксид-ионы. Эти электроли­ты называются амфотерными или амфолитами. К ним относятся вода, гидроксиды цинка, алюминия, хрома и ряд других веществ. Вода, например, диссоциирует на ионы Н⁺ и ОН^- (в незначительных количествах):

Н₂O  Н⁺ + ОН^-

Следовательно, у нее в равной мере выражены и кислотные свойства, обусловленные наличием катионов водорода Н⁺, и щелочные свойства, обусловленные наличием ионов ОН^-.

Диссоциацию амфотерного гидроксида цинка Zn(ОН)₂ можно выра­зить уравнением

2ОН^- + Zn²⁺ + 2Н₂О  Zn(ОН)₂ + 2Н₂О  [Zn(ОН)₄]^2-+ 2Н⁺

Солями называются электролиты, при диссоциации которых образуются катионы металлов, а также катион аммония ( NH⁺₄) и анионы кислотных остатков

Например:

(NH₄)₂SO₄  2NH⁺₄ + SO^2-₄; Na₃PO₄  3Na⁺ + PO^3-₄

Так диссоциируют средние соли. Кислые же и основные соли диссоци­ируют ступенчато. У кислых солей вначале отщепляются ионы металлов, а затем катионы водорода. Например:

KHSO₄  K⁺ + HSO^-₄

и далее

HSO^-₄  H⁺+SO^2-₄

У основных солей вначале отщепляются кислотные остатки, а затем гидроксид-ионы.

Mg(OH)Cl  Mg(OH)⁺+Cl^-

и далее

       Mg(OH)⁺  Mg²⁺+OH^-

Основностъ кислоты определяется числом катионов водорода, вторые образуются при диссоциации. Так, НCl, HNO₃ - одноосновные кислоты - образуется один катион водорода; Н₂S, Н₂СО₃, Н₂SO₄ - двухосновные, а Н₃РО₄, Н₃АsО₄ - трехосновные, так как образуются соответственно два и три катиона водорода.

Двух- и многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато (постепенно).

Сильные и слабые электролиты

Исходя из степени диссоциации все электролиты делятся на две группы

1. Сильные электролиты — электролиты, степень диссоциации которых в растворах равна единице (то есть диссоциируют полностью) и не зависит от концентрации раствора. Сюда относятся подавляющее большинство солей, щелочей, а также некоторые кислоты (сильные кислоты, такие как: HCl, HBr, HI, HNO₃).

2. Слабые электролиты — степень диссоциации меньше единицы (то есть диссоциируют не полностью) и уменьшается с ростом концентрации. К ним относят воду, ряд кислот (слабые кислоты), основания p-, d-, и f- элементов.

3.

K2Cr2O4+K2S+HCl=S…

K2S + CH3COOH=2CH3COOK + H2S

№27

1.

Электроотрицательность атомово элементов

Электроотрицательность —  химическое свойство атома, количественная характеристика способности атома в молекуле притягивать к себе электроны от атомов других элементов.

Относительная электроотрицательность

Первой и наиболее известной шкалой относительной электроотрицательности является шкала Л.Полинга, полученная из термохимических данных и предложенная в 1932 г. За начало отсчета в этой шкале произвольно принята величина электроотрицательности наиболее электроотрицательного элемента фтора, (F) = 4,0.

 Элементы VIII группы периодической системы (благородные газы) имеют нулевую электроотрицательность;

 Условной границей между металлами и неметаллами считается значение относительной электроотрицательности равное 2.

Электроотрицательность элементов периодической системы, как правило, последовательно возрастает слева направо в каждом периоде. В пределах каждой группы, за несколькими исключениями, электроотрицательность последовательно убывает сверху вниз. С помощью электроотрицательностей можно охарактеризовать химическую связь.

Связи с меньшей разностью электроотрицательностей атомов относят к полярным ковалентным связям. Чем меньше разность электроотрицательностей атомов, образующих химическую связь, тем меньше степень ионности этой связи. Нулевая разность электроотрицательностей атомов указывает на отсутствие ионного характера у образованной ими связи, т. е. на ее сугубую ковалентность.

Полярность химической связи, полярность молекул и ионов

Полярность химических связей, характеристика химической связи, показывающая перераспределение электронной плотности в пространстве вблизи ядер по сравнению с исходным распределением этой плотности в нейтральных атомах, образующих данную связь.

Практически все химические связи, за исключениям связей в двухатомных гомоядерных молекулах  — в той или иной степени полярны. Обычно ковалентные связи слабо полярны, ионные связи сильно полярны.

Например:

ковалентная неполярная: Cl2, O2, N2, H2,Br2 ковалентная полярная: H2O, SO2, HCl, NH3 и т.д.

2.

Зависимость скорости химической реакции от температуры

С ростом температуры увеличивается частота столкновений молекул реагирующих веществ, а следовательно, скорость реакций. При понижении – скорость уменьшается.

Энергия активации

ЭНЕРГИЯ АКТИВАЦИИ в элементарных р-циях, миним. энергия реагентов (атомов, молекул и др. частиц), достаточная для того, чтобы они вступили в хим. р-цию, т. е. для преодоления барьера на поверхности потенциальной энергии, отделяющего реагенты от продуктов р-ции.

Потенциальный барьер - максимум потенциальной энергии, через который должна пройти система в ходе элементарного акта хим. превращения.

Уравнение Аррениуса:

k = A e^–Ea/RT

k — константа скорости реакции, R – универсальная газовая постоянная, T – температура в кельвинах, Е_а -энергия активации, A – Предэкспоненциальный коэффициент, связанный с вероятностью и числом столкновений, е – основание натуральных логарифмов.

Из этого уравнения видно, что чем больше энергия активации, тем меньше константа скорости реакции, т.е. тем меньше скорость реакции.

3.

5H2SO4(конц.) + 8KI(т) = H2S↑ + 4I2↓ + 4H2O + 4K2SO4

3NaOH(конц.) + H3PO4 = Na3PO4 + 3H2O