5.Атомның квант –механикалық моделі.Квант сандары.Паули принципі.Гунд ережесі

Өте ұсақ бөлшектердің- молекулалардың, атомдардың,электрондардың т.б. құрылыстарын, қозғалу заңдылықтарын кванттық механика толық түсіндіреді.Қазіргі кезде заттардың құрылысы туралы кванттық теория бойынша микробөлшектер(молекулалар, атомдар, электрондар т.б.) бір мезгілде әрі материалды бөлшектің, әрі толқынның қасиеттерін көрсете алады.Электрон бұлттары бір-бірінен өздерінің энергия мөлшері, пішіндері және кеңістікте орналасу бағыты арқылы ажыратылады.Осындай электрон бұлтының энергия мөлшерін,пішнін, кеңістікте орналасу бағытын көрсететін модельді атомдық электрондық орбиталь деп атайды

n- бас квант саны, орбитальдағы электронның энергиясын және орбитальдың көлемін көрсетеді, күрделі атомдарда электрон орналасқан қабаттың реттік нөмірін көрсетеді. n=1; 2; 3; 4; - бүтін сандар. Квант қабаты K, L, M, N, O, P, Q деп белгіленеді. l - орбиталь квант саны, электрон бұлтының пішінін сипаттайды l=0, 1, 2, 3... n-1. l- дің бұл мәндеріне s, p, d, f деп белгіленетін орбиталь-дар сәйкес. s - шар тәріздес, p - гантель; d - күрделі гантель;m - магнит квант саны - бұл сан орбиталды квант санына тәуелді, бір пішіндес орбитальдардың жалпы санын және олардың кеңістікте орналасуын көрсетеді.m_s- спин квант саны. Мәні + 1/2 және -1/2; Электронның осінің айналасындағы қозғалысын сипаттайды. Квант сандары квант қабаттарындағы электрондардың санын және ықтималды орындарын сипаттайды.

Паули принципі-бір атомда бірдей кванттық күйде болатын электрондар болмайды немесе кез келген аотмда төрт квант сандарының мәндері бірдей екі электрон болмайды.

Гунд ережесі-Осы деңгейшеде электрондар спин сандарының қосындысы максимал болатындай орналасады немесе әрбір электрон мүмкін болса жеке ұяшыққа орналасуға тырысады.

6.Клечковский ережелері және атомдардың электрондық конфигурациялары.

1.Элемент атомының электрондары оның энергетикалық деңгейлері мен деңгейшелерінде бас және қосымша квант сандары қосындысының (n+l) өсу ретімен орналасады.

2.Егер екі деңгейше үшін бас және қосымша квант сандарының қосындысы (n+l) бірдей болса, онда электрон алдымен n-нің мәні кішә l-дің мәні үлкен деңгейшеде, одан соң n-нің мәні үлкен l-дің мәні кіші деңгейшеде орналасады.

Периодтық системадағы барлық элементтер соңғы соңғы кезекті электрондарының қай қабатшаға орналасуына байланысты4 эл. Типке бөлінеді.Элементтердің соңғы кезекті электрондары s,p,d,f қабатшаларға орналасуына байл. s,p,d,f типтерге жатады

Менделеевтің периодтық системасындағы 1,2 негізгі топшалардың элементтері s-типке,3-8 негізгі топшалардың элементтері-p-типке, барлық қосымша топшалардың элементтеріd-типке, лантаноидтар мен актиноидтар f-типке жатады

7.Периодтық заң мен периодтық кестенің байланысы және кестенің құрылымы.S,p,d,f элементтер.

Бұл заңды 1869 жылы Д.И. Менделеев ашты. Ол оның толық тұжырымдамасын 1871 жылы жариялады. Менделеевтің 1869 жылы жасаған еңбегі элементтердің периодтық жүйесі – Менделеевтің периодтық заңының графиктік бейнесі. Бұл заң элементтердің периодтық жүйесімен тығыз байланысты және бірін-бірі толықтырып, түсіндіреді. Ядроның заряды (Z) жүйедегі элементтердің атом нөміріне тең. Z өсуі бойынша орналасқан элементтер Z (Н, Нe, Lі, Be…) 7 период түзеді.

1-ші периодта – 2 элемент,

2 мен 3-те – 8-ден,

4 пен 5-те – 18-ден,

6-да – 32 элемент,

Периодтық заң табиғаттың дамуы мен бірлігін көрсететін жалпы заңдарға жатады. Бұл заңның құрылымдық кескіні болып табылатын периодтық жүйеде периодтар бойынша элементтердің сыртқы қабаттарында электрондар санының біртіндеп өсуінен (1-8) металдық қасиет екідайлылық арқылы бейметалдыққа ауысады. үйе атақты орыс химигі Д. И. Менделеевтің 1869 жылы ашқан периодтық заңының графикалық түрде бейнеленуі болып табылады. Оның бастапқы нұсқасын Д. И. Менделеев 1869-1871 жылдары шығарған еді және бұл нұсқасында элементтердің қасиеттерінің олардың атомдық салмағына (қазіргіше, атомдық массасына) тәуелділігін көрсеткен еді.

Периодтық жүйесінің құрылымы

Қазіргі кездегі периодтық жүйеде барлық элементтер рет бойынша нөмірленген. Элементтердің нөмерін реттік немесе атомдық нөмер деп атайды. Химиялық элементтердің периодтық жүйесін құрастырудағы негізгі принцип – барлық элементтердегі периодтар мен топтарға бөліп орналастыру. Әр топ өз кезегіндегі негізгі (а) және қосымша (б) топшаларға бөлінеді (периодты кестенің ұзын түрін қара). Период деп сілтілік металдан басталып инертті газбен аяқталатын элементтер тобын айтады. Периодтар горизонталь қатардан тұрады. Периодтық жүйеде 7 период бар, олар рим сандарымен белгілеген, I, II және III периодтар бір қатардан тұрады және кіші периодтар деп аталады, ал IV, V, VI, VII периодтар екі қатардан тұрады, оларды үлкен периодтар деп атайды. Бірінші периодта-2 элемент, екінші және үшіншіде-8-ден, төртінші мен бесіншіде-18-ден, алтыншыда-32, жетіншіде(аяқталмаған)-32 элемент бар. Әрбір период, біріншіден басқасы, сілтілік металдан басталып, инертті элементпен аяқталады.

Периодтарда араб сандарымен белгіленген 10 қатар кіредіТігінен орналасқан элементтердің қатарын топтар деп атайды. Периодтық жүйеде сегіз топ бар, олардың нөмері рим сандарымен белгіленген. Топ нөмері элементтің ең жоғарғы тотығу дәрежесіне сәйкес келеді.

Әрбір периодта солдан оңға қарай элементтердің реттік нөмірлерінің өсуіне байланысты олардың металдық қасиеттері кеміп, бейметалдық қасиет артады.s-элементтер- оларда сыртқы деңгейдің s-деңгейшесі электрондариен толтырылады..Оларға периодтың алғашқы екі элементі жатады.

p- элементтер- оларда сыртқы деңгейдің р-деңгейшесі электрондариен толтырылады..Бұл әрбір периодтың соңғы алты элементі (Ι және ҮΙΙпериодтардан басқа)жатады .d-элементтер-олардың атомында сырттан санағанда екінші деңгейдің d-деңгейшесі электрондармен толтырылады,сыртқы деңгейде бір немесе екі электрон қалады.Бұларға s-және р-элементтердің арасында орналасқан үлкен периодтардың элементтері(ауыспалы элементтер) жатады.f-элементтер-олардың атомында сырттан санағанда үшінші деңгейдің - f-деңгейшесі электрондармен толтырылады,сыртқы деңгейде екі электрон қалады.Бұлар лантаноидтар мен актиноидтар.

8.Атом радиусы. Элементтің химиялық және физикалық қасиеттеріне тікелей әсер ететін басты параметрінің бірі –оның атомынын радиусы.Электроннын екі жақты табиғатына орай атом ішінде электрон бұлты түзілетіндіктен атом мөлшерінің кесңмді бір шегі жоқ.Сондықтан атомның абсалют мөлшерін анықтау мүмкін емес.Іс жүзінде жеке атомнан гөрі,бірімен-бірі химиялық байланысқан көп атомдармен істес болады.Ондай атомдар радиустарын пәрменді радиус дейді.Пәрменді радиустар молекулаларды,кристалдарды ренгенграфиялық әдістерімен зерттеу нәтижесінде анықталады.Атом радиустарын металл атомдары радиустары,бейметалл атомдардың кавалентті радиустары және инертті газдар атомдарының радиустары деп бөледі,өйткені оларды анықтау принциптерінде айырмашылық бар.Топтар ішінде элемент атомдарының радиустары жоғарыдан төмен қарай үлкейеді,өйткені ос бағытта электрон қабаттарының саны артады.Бірақ негізгі топшаларда s және p элементтер бірінші қосымша топшалармен d элементтер салыстырғанда радиустын үлкейюі басырымақ,мысалы,1 негізгі топшадағы К-ден Cs-ге дейін атом радиусы 0,032 нм ұлғайса,сондағы қосымша мыс топшасындағы Cu-тан Au-ға дейін 0,016 нм ғана үлкейеді екен.Иондану энергиясы.Элементтің химиялық табиғаты оның атомынын электронын жоғалтып не қосып алу қабілетімен сипатталады.Бұл қабілетті сан жағынан атомның иондану энергиясы мен электрон тартқыштығы көрсетеді.Иондану энергиясы қалыпты күйдегі атомның электронын үзіп алу үшін жұмсалатын энергия. Э⁰-е=Э⁺ Иондану энергиясы иондану потенциалы деп те аталады.Мысалы,натрий үшін I₁=5.138 эВ, I₂=47.29 эВ, ал Mg үшін I₁=7.644 эВ, I₂=15.03 эВ. C үшін I₁=11,264 эВ, I₂=24,376 эВ, I₃=47,864 эВ, I₄=64,476 эВ.Атомда көп электрондардың болуы оның

9.Кавалентті байланыстың түзілу механизмі. Каваленттік байланыс – ортақ электрон жұбын арқылы пайда болатын химиялық байланыс.Каваленттік байланыс түзілуінің үрдісін көбінесе схема түрінде береді,ондағы электрондар нүктемен белгіленген.Егер атомдардың арасында бір каваленттік байланыс болса (жалғыс ортақ электрондық жұп),онда ол дара,егер екеу болса,қос (екі ортақ электрондық жұп),үштік(үш ортақ электрондық жұп) деп аталады.Атомның электртерістілігі- химиялық байланыстарда басқа атомдардың валенттілік электрондарын өзіне тарту қабілеті. Электрондық бұлттардың формасы әртүрлі болғандықтан,олардың тұйықталуы әртүрлі тәсілдермен жүзеге асуы мүмкін.Тұйықталу әдісі мен симметриясына байланысты түзелген бұлттар. а – байланыс дегеніміз электрон бұлттарының қабысу ауданы ядролардың қосылу сызығының бойында жатқанда түзілетін байланыс.Ал pi – байланыс электрон бұлттарының қабысу ауданы ядроларды қосатын сызықтын екі жағында орналасқанда түзіледі. Валенттік байланыс әдісі – көрнекті және әртүрлі молекулалар мен иондардың құрылымын,қасиетін оның ішіндегі кеңістіктегі конфигурациясын,үйектілігін,байланыстын энергиясы мен ұзындығын және тб болжауға мүмкіндік береді.Бұған қарамастан бұл әдіс заттын магниттік қасиетін,жұптаспаған электрондары бар молекулалардың санын және бірқатар басқа құбылыстарды түсіндіре алмайды.ВБ әдісінде алмасымдық механизмдегі валенттіліктің сандық өлшемі ретінде атомның негізгі немесе қоздырылған күйде болатын атомдағы жұптаспаған электрондар санын есептейді.Бұл сыртқы электрондық қабаттын жұптаспаған электрондары s және p элементтердің сыртқы және оның ішкері жағындағы қабатта, сол сияқты f элементтердің сыртқы үш қабаттарында болады.Каваленттік байланыстың негізгі сипаттамалары: оның полюстігі,байланыс ұзындығы,байланыс энергиясы және еселігі жатады. 1.Байланыс полюстігі – молекуладағы атомдардың арасындағы байланыстың электрон тығыздығының ығысуымен сипатталады.Кавалентті байланыс полюсті және полюссіз болып бөлінеді.Егер химиялық байланыс бір түрлі атомдардын арасында түзілсе,олардың электрон бұлттарының қаптасуынан түзілген электрон тығыздығы ядролардың қақ,ортасында орналасады,үзілген байланыс кавалентті полюссіз болады.Байланыс электртерістіктері әртүрлі,бірақ айырмашылықтары үлкен емес элемент атомдарының арасында түзілсе,онда байланыс кавалентті полюсті болады. Химиялық байланыстың ұзындығы байланыс түзетін атомдар ядроларының қашықтығы нанометрмен(нм) өлшенеді (1 нанометр=10^-9м).Ядролары жақын орналасқан сайын химиялық байланыс берік болады.Байланыс беріктігінің өлшемі- байланыс Энергиясы.Байланыс энергиясы осы байланысты үзуге энергия мөлшерімен анықталады (кДж/моль).Байланыстың еселігі артқан сайын ядро-аралық қашықтық қысқарады да,байланыс 10.Донорлы-акцепторлы байланыс. Донорлы-акцепторлы механизм.Бір атомның қос электронды орбиталі екінші атомның бос орбиталімен жұптасқанда түзілетін кавалентті байланыс донорлы-акцепторлы байланыс деп аталады.Байланыс түзуге қос электронды орбиталін,яғни электрон жұбын жұмсайтын атом Донор деп,ал бос орбиталін жұмсайтын атом акцептор деп аталады.Мысалы:донор-аммиак молекуласындағы азот,акцептор-суттек катионы.Бор трифториді бор мен аммиактың қосылысуы да донорлы-акцепторлы байланыстың түзілуінен мысал болады.BF₃ молекуласы қозған күйдегі бор атомының sp² гибридті орбитальдары фтор атрмдарының жалқы электронды 2p_z орбитальдарымен бүркескенде түзіледі.Сондықтан BF₃ молекуласындағы бор атомының бос орбиталі бар, BF₃ және NH₃ молекулалары бір-біріне жақындасқанда бор атомының бос орбиталі (2p_z энергиясы өседі.

) азот атомының қос электронды орбиталімен жұптасып,донорлы-акцепторлы байланыс түзіледі үзілуге тиісті электронына әр қилы әсер етеді.

.11.Суттекті байланыс.Су молекуласындағы оттек пен суттекті байланыстыратын электрон бұлты оттекке қарай күшті ығысады.Осынын салдарынан суттекте оң заряд пайда болып,ол жалаң протонға айналуға жақын болады.Оң зарядталған суттек атомы екінші су молекуласының құрамындағы оттек атомының электрон қауызына тартылып,су молекулаларының арасында байланыс түзіледі.Мұндай байланыс суттекті байланыс деп аталады.Суттектік байланыс кәдімгі Ван-дер Ваальс байланысына қарағанда беріктеу де,ал химиялық байланысқа қарағанда әлсіз,оның энергиясы жуық мөлшермен 12,,5-62,76 кДж/моль аралығында болады.Мысалы,0⁰С температурада су молекулалардың өзара байланысу энергиясы 20,9 кДж/моль.Суттектік байланыс құрамында сутекпен байланысқан F,O және N сияқты күшті электртеріс элементтер бар молекулалар арасында ғана түзіледі.Суттектік байланыс молекулалар арасында да және молекула ішінде де түзілуі мүмкін.Осыған сай суттектік байланыс молекула аралық және молекула ішіндегі болып бөлінедіектік байланыс молекулалар арасында түзіледі.Мұндай байланыс молекулалар аралық сутектік байланыс деп аталады.Молекулааралық сутектік байланыс бір заттын ғана емес әр түрлі заттардың молекулаларының арасында да болады,мысалы,Салицил қышқылының молекуласында,спирт тобындағы сутек карбоксил тобындағы оттекпен байланысады.Бұл жағдайда суттектік байланыыс молекуланың өз ішіндегі оттек пен сутек атомдар арасында түзіліп тұр.Мұндай байланыс молекула ішіндегі сутектік байланыс деп аталады. Иондық байланыс.Иондық байланыстың бірінші теориясын 1916ж неміс ғалымы Коссель ұсынды.Коссель теориясы бойынша иондық байланыс қарама-қарсы зарядталған иондардың электростатикалық тартылысуынан болады.Коссель теориясының қағидалары:1-Сыртқы қабатында екі не болмаса сегіз электроны бар инертті газдар химиялық жағынан өте инертті,демек,олардың сыртқы электрондық қабаты өте тұрақты.2-Атомдар молекулаға біріккенде электрон беріп жіберу,не болмаса қосып алу арқылы сыртқы қабаттарын инертті газдардікіне ұқсатқысы келеді.3-Әрекеттесуші атомдардың электрон беріп жібергені оң ион-катионға,ал электрон қосып алғаны теріс ион-анионға айналады. Иондық баййланыстың қасиеттері.Иондық байланыстың қасиеттерін каваленттік байланыстың қасиеттерімен салыстырғанда,каваленттік байланыс қанымдылық көрсетеді.Иондық байланыс қарама-қарсы зарядталған иондардың кулон күштері арқылы тартылысуы нәтижесінде түзіледі.Ал кулон күштері-қанықпайтын күштер,демек,иондық байланыс қанықпаған байланыс.Иондық байланыстың кесімді бағыты жоқ,бағыттылық көрсетпейді.Иондық байланыс қарама-қарсы зарядталған иондардың электростатикалық күштер арқылы тартылысуынан болады.Ал электростатикалық күштер ионды қоршаған кеңістіктің барлық жағынан біркелкі бағытталған,демек,кулон күштерінің белгілі бағыты жоқ.

12.Валенттік байланыс әдісі. Валенттік байланыс әдісі – көрнекті және әртүрлі молекулалар мен иондардың құрылымын,қасиетін оның ішіндегі кеңістіктегі конфигурациясын,үйектілігін,байланыстын энергиясы мен ұзындығын және тб болжауға мүмкіндік береді.Бұған қарамастан бұл әдіс заттын магниттік қасиетін,жұптаспаған электрондары бар молекулалардың санын және бірқатар басқа құбылыстарды түсіндіре алмайды.ВБ әдісінде алмасымдық механизмдегі валенттіліктің сандық өлшемі ретінде атомның негізгі немесе қоздырылған күйде болатын атомдағы жұптаспаған электрондар санын есептейді.Бұл сыртқы электрондық қабаттын жұптаспаған электрондары s және p элементтердің сыртқы және оның ішкері жағындағы қабатта, сол сияқты f элементтердің сыртқы үш қабаттарында болады. Атом- химиялық элементтерді құрайтын,олардың өзіне тән ерекшеліктерін сақтайтын ең кішкене бөлшек.Атом бүтіндей алғанда зарядсыз,бейтарап бөлшек.Ол ортасында өзінен радиусы 10⁴ -10⁵ есе кіші көлемді алып жатқан оң зарядты ядродан және оны айнала қозғалып жүрген теріс зарядты электрондардан тұрады.Атом өзінің сыртқы бір немесе бірнеше электрондарын жоғалтқанда оң,ал сырттан электрон қосып алғанда теріс ионға айналады.Атомның сызықтық өлшемдері 10^-8 см,көлдене қимасынын ауданы 10^-16 см² көлемі 10^-24 см³.Борлық атом теориясында ең қарапайым атом –сутегі атомы.Оның радиусының дәл белгілі бір мәні бар және ол мүмкін болатын ең кіші айналу орбитасының радиусы шамасына тең: а=0.53*10^-8см.

13.Валенттіліктің квант-маханикалық теориясы. Валенттілік –атомның басқа атомдарды немесе атомдар тобын қосып алып химиялық байланыс құру қасиеті.Валенттіліктің кванттық-механикалық теориясы бойынша элементтердің химиялық қасиеті және олардың валенттілік атомның сыртқы электрон қабатының құрылысына байланысты.Атомдар өзара әрекеттесіп химиялық байланыс түзулеріне тек сыртқы электрондық қабаттағы электрондар қатысады.Атомның негізгі (қозбаған) күйіндегі валенттілік оның сыртқы электрондық қабатындағы жалқы (жұпсыз) электрондар санына тең.Мысалы,инертті газдардың электрондарынығ бәрі жұпталған (жалқы электрондары жоқ) сондықтан олар нөл валентті ,вл периодтық жүйеніғ 1-тобындағы элементтер атомдарының сыртқы электрондық қабатында бір жалқы электрон болады,сондықтан олар бір валентті;2-топ элементтері атомдарының сыртқы қабатында екі жалқы электрон бар,олар екі валентті.

14.Молекулалық орбитальдар әдісі. Молекулалық орбитальдар атомдық орбитальдер сияқты энергияларының өсу реті бойынша толтырылады,яғни алдымен ең төменгі энергиялы орбитальдар толтырылады.МО әдісін бойынша табиғатын қарастыру үшін молекулалық орбитальдардың энергиясын және пішінін білу керек.МО теориясынын қысқаша тұжырым:1-Молекула бір тұтас бүтін жүйе және ондағы күллі электрондар сол молекулаға ортақ.2-Молекуладағы электрон атомындағыдай бір ядроның өрісінде емес,молекула құрамындағы барлық ядролар өрісінде болады.3-Молекуладағы әр электронға молекулалық орбиталь сәйкес келеді.4-Молекулалық орбитальдарға электрондардың орналасуы орбитальдар энергияларының өсу реті бойынша,Паули принципі мен Хунд ережесіне сәйкес өтеді.