Неорганическая химия

21. Структура атома и периодичность свойств элементов.

Атом состоит из положительно заряженного ядра, в котором сосредоточена преобладающая часть массы атома, и вращающихся вокруг него электронов. Положительный заряд ядра нейтрализуется суммарным отрицательным зарядом электронов, так что атом в целом электронейтрален. Заряд ядра (выраженный в единицах заряда электрона) численно равен порядковому номеру элемента в периодической системе. Из электронейтральности атома следует, что и число вращающихся вокруг ядра электронов равно порядковому номеру элемента.

Заряд атома является той основной величиной, от которой зависят свойства элемента и его положение в периодической системе.

Периодический закон Менделеева: «Свойства элементов и образуемых ими поротых и сложных веществ находятся в периодической зависимости от заряда атомов элементов».

Ядро атома состоит из протона p и нейтрона n. Обе эти частицы рассматриваются как два различных состояния ядерной частицы нуклона. Элементарные частицы характеризуются определенной массой и зарядом. Протон обладает массой 1.0073 а.е.м. и зарядом +1. Масса нейтрона равна 1.0087 а.е.м., а его заряд равен нулю (частица электронейтральная).

Ядра всех атомов, кроме ядра водорода, состоят из Z протонов и (A − Z) нейтронов, где Z – порядковый номер элемента, А – массовое число.

Массовое число А указывает суммарное число протонов Z и нейтронов N в ядре, т.е.

Наиболее ярко периодичность свойств элементов выражена в электронной структуре атомов. Периодически изменяются и свойства атомов элементов, определяемые их электронным строением. К важнейшим характеристикам атомов относятся их размеры, энергия ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность.

26. Электронная структура атомов. S-, p-, d-, f- электронные семейства атомов.

s, p, d, f— первые буквы английских слов, использованных для названия спектральных линий: sharp (резкий), principal (главный), diffuse (диффузный), fundamental (основной). Обозначения других орбиталей приведены в алфавитном порядке: g, h...

Принцип Паули: «В атоме не может быть двух электронов, у которых все четыре квантовых числа были бы одинаковыми». Из этого следует, что каждая атомная орбиталь, характеризующаяся определенными значениями n, l и m, может быть занята не более чем двумя электронами, спины которых имеют противоположные знаки. Два таких электрона, находящиеся на одной орбитали и обладающие противоположно направленными спинами, называются спаренными, в отличие от одиночного электрона, занимающую орбиталь.

При l = 0, т.е. на s-подуровне, магнитное квантовое число тоже равно 0. Следовательно, на s-подуровне имеется всего одна орбиталь. Максимальное число электронов на s-подуровне каждого электронного слоя равно 2. При l = 1 (p-подуровень) возможны уже три различных значения магнитного квантового числа (−1, 0, +1). Следовательно, на p-подуровне имеется три орбитали, каждая из которых может быть занята не более чем двумя электронами. Всего на p-подуровне может разместиться 6 электронов.

Подуровень d (l = 2) состоит из пяти орбиталей, соответствующих пяти разным значениям m; здесь максимальное число электронов равно 10.

На f-подуровне (l = 3) может размещаться 14 электронов; вообще максимальное число электронов на подуровне с орбитальным квантовым числом l равно 2(2l +1).

МАКСИМАЛЬНОЕ ЧИСЛО ЭЛЕКТРОНОВ НА АТОМНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УРОВНЯХ И ПОУРОВНЯХ.

Энергетический уровень	Энергетический подуровень	Возможные значения магнитного квантового числа m	Число орбиталей		Максимальное число электронов
			в подуровне	в уровне	на подуровне	на уровне
K(n = 1)	s(l = 0)	0	1	1	2	2
L(n = 2)	s(l = 0) p(l = 1)	0 −1, 0, +1	1 3	4	2 6	8
M(n = 3)	s(l = 0) p(l = 1) d(l = 2)	0 −1, 0, +1 −2, −1, 0, +1, +2	1 3 5	9	2 6 10	18
N(n = 4)	s(l = 0) p(l = 1) d(l = 2) f(l = 3)	0 −1, 0, +1 −2, −1, 0, +1, +2 −3, −2, −1, 0,+1, +2, +3	1 3 5 7	16	2 6 10 14	32

В зависимости от того, какой подуровень последним заполняется электронами, все элементы делятся на 4 типа (семейства).

1. s-Элементы: заполняются электронами s-подуровень внешнего уровня. К ним относятся первые два элемента каждого периода.

2. p-Элементы: заполняется электронами p-подуровень внешнего уровня. Это последние 6 элементов каждого периода (кроме первого и седьмого).

3. d-Элементы: заполняется электронами d-подуровень второго снаружи уровня, а на внешнем уровне остается один или два электрона (у Pb – ноль). К ним относятся элементы вставных декад больших периодов, расположенных между s- и р-элементами (их также называют переходными элементами).

4. f-Элементы: заполняется электронами f-подуровень третьего снаружи уровня, а на внешнем уровне остается два электрона. Это лантаноиды и актиноиды.

В периодической системе s-элементов 14, p-элементов 30, d-элементов 35, f-элементов 28. Элементы одного типа имеют ряд общих химических свойств.