ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ З ЗАГАЛЬНОЇ ХІМІЇ

ДО ЗМІСТОВОГО МОДУЛЯ 1. ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ХІМІЇ

Періодичний закон і періодична система

хімічних елементів Д.І. Менделєєва

Періодична система – це природна система хімічних елементів, що є графічним зображенням періодичного закону. Вона складається із семи періодів і восьми груп. Перший повний варіант періодичної системи був опублікований у 1871 році.

Період – це горизонтальний ряд хімічних елементів, розташованих за зростанням заряду атомних ядер, що починається лужним металом (перший – Гідрогеном) і закінчується інертним газом. Періоди поділяються на малі (І-ІІІ) і великі (IV-VII).

Малий ряд – це період, що складається з одного ряду хімічних елементів, у межах якого властивості хімічних елементів змінюються від типових металів через амфотерні елементи до неметалів (у першому періоді – тільки неметали).

Великий ряд – це період, що складається з двох рядів хімічних елементів – парного і непарного.

Парний ряд – ряд великого періоду, що складається тільки з металів, як типових, так і амфотерних.

Непарний ряд – ряд великого періоду, в якому спочатку розташовуються типові метали, потім амфотерні елементи і нарешті неметали.

Група – це вертикальний ряд хімічних елементів, об’єднаних за ознакою валентності. Група поділяється на головну та побічну підгрупи.

Головна підгрупа – це вертикальний ряд хімічних елементів, що розташовуються як у малих, так і великих періодах (елементи s-родини або (і) p-родини).

Побічна підгрупа – це вертикальний ряд хімічних елементів, що розташовуються виключно у великих періодах (елементи d–родини або (і) f-родини).

Закони

Періодичний закон (класичне формулювання, Д.І. Менделєєв – 1 березня (17 лютого) 1869 р.): властивості простих тіл, а також форми та властивості їх сполук перебувають у періодичній залежності від величини атомних ваг елементів.

(Під терміном „просте тіло” мається на увазі хімічний елемент, а під терміном „атомна вага” – атомна маса).

Періодичний закон (сучасне формулювання): властивості хімічних елементів, а також їхніх сполук перебувають у періодичній залежності від величини заряду атомних ядер, тобто порядкових номерів елементів.

Періодичний закон (сучасне хімічне формулювання): властивості хімічних елементів, а також їхніх сполук періодично повторюються, тому що періодично повторюється електронна будова зовнішнього (останнього) енергетичного рівня, тобто його електронна конфігурація.

ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ

Будова атома

Атом – це нейтральна електронно-ядерна система, що складається з позитивно зарядженого ядра і негативно зарядженої електронної оболонки, заповненої електронами, кількість яких дорівнює атомному (порядковому) номеру хімічного елемента. Ядро атома складається з протонів й нейтронів, а електронна оболонка – з енергетичних рівнів і підрівнів.

Протон – елементарна позитивно заряджена частинка, що входить до складу ядра атома. Позначається р⁺. Відкритий Е. Резерфордом (Англія) у 1920 р.

Нейрон – елементарна нейтральна частинка, що входить до складу ядра атома. Позначається n⁰. Відкрита Дж. Чедвіком (Англія) у 1932 р.

Нуклони – це протони та нейтрони ядра атома, зв’язані між собою ядерними силами.

Нуклід – вид атома хімічного елемента з певним значенням масового числа, тобто суми чисел протонів і нейтронів у ядрі.

Наприклад: нуклід Гідроген-1 позначають (тобто атом Гідрогену, в ядрі якого міститься один протон), нуклід Гідроген-2 - (тобто атом Гідрогену, в ядрі якого міститься один протон і один нейтрон).

Сьогодні відомо понад 2500 нуклідів.

Масове число ядра атомів – це ціле число, що дорівнює сумі протонів і нейтронів у ядрі певного атома.

Позначається А.

Електрон - найдрібніша елементарна негативно заряджена частинка, що входить до складу електронної оболонки атома. Позначається е^-. Відкритий Дж. Том соном (Англія) і Е. Віхертом (Німеччина) у 1897 р.

Валентні електрони – це електрони останнього енергетичного рівня, що беруть участь або здатні брати участь в утворенні хімічних зв’язків.

Електронна конфігурація атома – це розподіл електронів в електронній оболонці атома по енергетичних рівнях і підрівнях.

Електронна орбіталь – ділянка простору, де перебування електрона, за його обертання навколо ядра атома, найбільш імовірне і максимальне.

Існують:

s-орбіталь - має форму кулі;

р-орбіталь - має форму гантелі або витягнутої вісімки;

d-орбіталь - має форму квітки;

f-орбіталь - має форму складної квітки.

На будь-якій орбіта лі не може існувати більш ніж два електрони з протилежними спінами.

Спін (від англ. spin – «крутитися», «обертатися») електрона – обертання електрона навколо власної осі під час руху навколо ядра атома. Буває позитивним і негативним.

Позитивний спін електрон – це обертання електрона за годинниковою стрілкою навколо власної осі. Позначається ↑.

Негативний спін електрона – це обертання електрона проти годинникової стрілки навколо власної осі. Позначається ↓.

Фізичний зміст атомного (порядкового) номера: атомний (порядковий) номер хімічного елемента показує заряд ядра атома, тобто кількість протонів у ядрі, а оскільки атом електронейтральний, то і кількість електронів у електронній оболонці атома.

Фізичний зміст номера періоду: номер періоду показує кількість енергетичних рівнів (електронних шарів) у електронній оболонці атома певного хімічного елемента.

Фізичний зміст номера групи: номер групи показує:

1. кількість валентних електронів в електронної оболонці атома хімічного елемента;

б) вищу валентність хімічного елемента, що знаходиться в головній підгрупі, винятки – Флор, Оксиген, Нітроген.

Хімічний елемент – це визначений вид атомів, що мають одинаків позитивний заряд ядра (що дорівнює числу протонів у ядрі) і притаманну тільки їм сукупність властивостей.

Ізотопи (від грецьк. isos – „рівний”, „однаковий” і topos – „місце”) – різновиди атомів того самого хімічного елемента, що мають однаковий позитивний заряд ядра, але різну атомну масу через різне число нейтронів у ядрі. Цей термін використовується тільки в множині.

s-родина – це родина хімічних елементів, у яких на останньому енергетичному рівні елетрони заповнюють s-підрівень (одну s-орбіталь). Цю родину утворюють s-елементи, тобто елементи І та ІІ головних підгруп і Гелій.

р-родина – це родина хімічних елементів, у яких на останньому енергетичному рівні електрони заповнюють р-підрівень (три р-орбіталі). Цю родину утворюють р-елементи, тобто елементи ІІІ-VІІІ головних підгруп, крім Гелію.

d-родина – це родина хімічних елементів, у яких на передостанньому енергетичному рівні електрони заповнюють d-підрівень (п’ять d-орбіталей). Цю родину утворюють d-елементи, тобто елементи всіх побічних підгруп, крім лантаноїдів і актиноїдів.

f-родина – це родина хімічних елементів, у яких на передостанньому енергетичному рівні електрони заповнюють f-підрівень (сім f-орбіталей). Цю родину утворюють f-елементи, тобто лантаноїди й актиноїди.

Квантові числа – це чисельні характеристики електрона в атомі, що описують рівень енергії електрона, форму електронної хмарини та інші його властивості.

Існують:

n – головне квантове число;

l – орбітальне (побічне) квантове число;

m – магнітне квантове число;

m_s - спінове квантове число.

Радіоактивні елементи – це хімічні елементи, що мають радіоактивність.

Радіоактивність – це довільне випромінювання заряджених частинок нестійких ядер атомів, що призводить до його руйнування (розпаду).

Ядерна реакція – це процес перетворення атомів одного хімічного елемента на атоми інших хімічних елементів у результаті зміни будови ядра атома. Бувають ланцюговими та не ланцюговими.

ЗАКОНИ

Принцип найменшої енергії: у незбудженому (нормальному, чи основному) стані атома електрони розташовуються так, щоб енергія атома була мінімальною.

Принцип (заборона) Паулі (Швейцарія, 1925 р.): в одному атомі не може бути двох електронів з однаковим набором чотирьох квантових чисел (головного, орбітального, магнітного та спінового).

Правило Клечковського (СРСР, 1951 р.): у незбудженому стані атома електрони займають підрівень з мінімальним значенням суми головного (n) і орбітального (l) квантових чисел, тобто m + l. Якщо значення суми квантових чисел однакові, то спочатку заповнюється підрівень з мінімальним значенням головного квантового числа (n).

Наприклад: у підрівнів 3p(3 + l) і 4s(4 + 0) сума головного й орбітального квантових чисел однакові і дорівнює 4, Але першим буде заповнюватися підрівень 3p, тому в 4s - 4.

Принцип Хунда (Німеччина, 1927 р.): електрони в межах одного підрівня розташовуються по окремих орбіта лях так, щоб сумарний спін був максимальним.