1.3 Двойственная природа электрона.

В 1924 году де Бройль предположил, что электрон обладает, кроме корпускулярных, еще и волновыми свойствами. В 1927 году опытами Девиссона и Джермера это было доказано экспериментально.

Длину волны электрона можно рассчитать по уравнению де Бройля

λ = h/mv, где h - постоянная Планка, h = 6,62ּ10^-34 Дж с, m – масса электрона, v – скорость электрона. Длина волны электрона соизмерима с размерами атома, поэтому электронные волны размывают атом и оказывают значительное влияние на свойства атома. Поведение электрона в атоме описывается квантовой механикой с помощью волновой функции, которая является функцией четырех квантовых чисел Ψ = f (n, ℓ, m, s)

1.4 Квантовые числа.

Получены при решении уравнения Шредингера (основное уравнение квантовой механики, описывающее поведение микрочастиц) для электрона атома водорода в 1927 году.

Главное квантовое число – n. Оно принимает значения: 1, 2, 3 и т.д. до бесконечности. Характеризует энергию электрона в атоме и удаленность от ядра. Так если:

n = 1 – первый электронный слой, Е = -13,6 эВ;

n = 2 – второй электронный слой, E = - 3,5 эВ;

n = 3 – третий электронный слой, E = - 1,5 эВ и т.д.

Энергию рассчитываем по формуле: E = - 13,6/n² эВ (1эВ – это энергия, которую приобретает электрон, проходя разность потенциалов в 1 Вольт)

1эВ = 1,6∙10^-19 Дж

Орбитальное квантовое число -ℓ. Оно принимает все целочисленные значения: 0, 1, 2, и т.д. до (n – 1). Характеризует энергию подуровня и форму орбитали.

ℓ = 0 – s-подуровень, форма орбитали сферическая.

ℓ = 1 – p-подуровень, форма орбитали гантелеобразная.

ℓ = 2 – d-подуровень, форма орбитали четырехлепестковая.

ℓ = 3 – f-подуровень, форма орбитали восьмилепестковая и т.д.

Магнитное квантовое число – m. Оно принимает все положительные и отрицательные целочисленные значения в пределах орбитального квантового числа и ноль.

m = = +ℓ, 0, -ℓ.

Магнитное квантовое число характеризует ориентацию электронного облака в пространстве и, как следствие, энергию орбитали в магнитном и электрическом полях:

ℓ = 0, m = 0, одна ориентация – одна s-орбиталь,

ℓ = 1, m =1, 0, -1, три ориентации – три p-орбитали,

ℓ = 2, m = +2, +1, 0, -1,-2, пять ориентаций – пять d-орбиталей,

ℓ = 3, m =+3, +2, +3, 0, –1, -2, -3, семь ориентаций – семь f-орбиталей.

Спиновое квантовое число – s. Принимает два значения +1/2 и –1/2. Характеризует направление собственного вращения электрона.

1.5 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.

1.6 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:

1s 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.

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.