- •1. Строение атома. Периодический закон
- •Количественные характеристики химических элементов
- •1.2. Модель Бора электронного строения атома водорода и водородоподобных ионов
- •1.3. Волны материи
- •1.4. Вероятностная модель строения атомов. Электронные и электронно-графические формулы атомов
- •1.5. Периодическая система химических элементов и закономерности изменения атомных характеристик элементов.
- •2. Химическая связь
- •Ионная модель химической связи. Поляризация ионов.
- •2.2 Теория кристаллического поля.
- •2.3. Метод валентных связей.
- •2.4. Метод молекулярных орбиталей
- •2.4.2. Металлическая связь. Зонная теория кристаллов.
- •2.5. Метод гипервалентных связей
- •2.6. Водородная связь
- •2.7. Межмолекулярное взаимодействие.
1. Строение атома. Периодический закон
Количественные характеристики химических элементов
Важнейшие параметры химических элементов – порядковый номер в периодической системе Д.И. Менделеева и средняя относительная атомная масса – непосредственно связаны с характеристиками трех элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов) в составе атомов. Порядковый номер элемента соответствует заряду ядра атома (Z) и определяется числом протонов и эквивалентным числом электронов в составе атома; в связи с пренебрежимо малой массой электронов по сравнению с массой ядра относительная атомная масса (массовое число А) элемента соответствует суммарному числу протонов и нейтронов в составе ядра атома. Различное содержание нейтронов в составе ядра атомов химических элементов (Z = const, A = var) определяет существование для 109 химических элементов более 280 стабильных и 2000 радиоактивных изотопов. С учетом природного содержания различных изотопов химические элементы характеризуются средней относительной атомной массой.
Пример 1. Определить среднюю атомную массу платины, если распространенность ее изотопов в природе в атомных процентах составляет: 192Pt (0.79), 194Pt (32.9), 195(33.8), 196Pt (25.3), 198Pt (7.2).
Решение. С учетом природного содержания изотопов средняя атомная масса платины составляет:
A(Pt) = 1920.0079 + 1950.33 + 1960.253 + 1980.072 = 195.08.
Соотношение Мозли: = Const(Z-1)2, связывающее частоту () линии наиболее интенсивного максимума (К) в спектре рентгеновского излучения анода в трубке Крукса с зарядом ядра (Z) химического элемента, из которого изготовлен анод, позволяет экспериментально определять заряд ядра и, следовательно, номер химического элемента в периодической системе Д.И. Менделеева.
Пример 2. Зная, что длина волны наиболее интенсивного максимума в спектре рентгеновского излучения Cr (К) составляет 2.33 Å, определите порядковый номер и укажите химический элемент, для которого длина волны рентгеновского излучения (К) составляет 2,8 Å. Сколько протонов содержит ядро атома этого химического элемента? Сколько нейтронов содержит ядро атома наиболее распространенного в природе изотопа этого элемента?
Решение. Используя соотношение между длиной волны и частотой излучения
= c/
из соотношения Мозли следует, что для химических элементов с зарядом ядра Z1 и Z2 и частотой 1 и 2 К линии рентгеновского излучения справедливо соотношение:
2/1)1/2 = (Z1-1)/(Z2-1)
Поскольку Cr с порядковым номером ZCr = 24 имеет значение Cr = 2.33 Å, а неизвестный элемент с Zx характеризуется значением x = 2.8 Å, то:
Zx = 1 + (ZCr-1)х/Ск)1/2 = 1 + (24 – 1)(2.8/2.33)1/2 = 22
и неизвестный химический элемент является титаном. Так как порядковый номер химических элементов в периодической системе определяется числом протонов в ядре атомов, то в состав ядра атомов Ti входит 22 протона.
Относительная атомная масса Ti составляет 47.90 а.е.м. и определяется природным содержанием различных изотопов Ti, ядра атомов которых содержат 22 протона и (А-Z) нейтронов. Поскольку величина относительной атомной массы близка к 48, то ядро атома наиболее распространенного изотопа Ti содержит: 48-22 = 26 нейтронов.
Пример 3. Для некоторых химических структурных элементов вещества получены следующие данные о содержании в их составе протонов, нейтронов и электронов:
№ |
Количество | ||
Протонов |
Нейтронов |
Электронов | |
1 |
9 |
10 |
10 |
2 |
10 |
8 |
10 |
3 |
11 |
12 |
10 |
4 |
12 |
9 |
10 |
Установить: а) химический символ, б) величину относительной атомной массы, в) заряд структурных элементов.
Решение. а) заряд ядра, определяемый числом протонов, характеризует порядковый номер химического элемента в периодической системе и его химический символ; б) с учетом пренебрежимо малой массы электронов по сравнению с массой протонов и нейтронов величина относительная атомной массы в а.е.м. определяется массой ядра и равна сумме числа протонов и нейтронов; в) заряд химического структурного элемента вещества определяется суммой положительно заряженных протонов и отрицательно заряженных электронов:
№ |
Заряд ядра |
Масса ядра, а.е.м. |
Полный заряд |
Химический структурный элемент |
1 |
+9 |
9 + 10 = 19 |
+9 –10 = -1 |
Анион изотопа 19F- |
2 |
+10 |
10 + 8 = 18 |
+10 –10 = 0 |
Атом изотопа 18Ne |
3 |
+11 |
11 + 12 = 23 |
+11 –10 = +1 |
Катион изотопа 23Na+ |
4 |
+12 |
12 + 9 = 21 |
+12 –10 = +2 |
Катион изотопа 21Mg2+ |
Упражнения:
Ядро атома некоторого химического элемента содержит 16 нейтронов, а электронная оболочка – 15 электронов. Изотопом какого элемента является данный атом? Чему равно его массовое число?
Ядро двухзарядного катиона некоторого химического элемента содержит 34 нейтрона, а электронная оболочка – 27 электронов. Изотопом какого химического элемента является данный катион? Чему равно его массовое число?
В природных соединениях хлор находится в виде двух изотопов 35Cl и 37Cl. Определить среднюю атомную массу хлора, если содержание его изотопов в атомных процентах составляет 75.5% и 24.5% соответственно.
Природный галлий состоит из изотопов 71Ga и 69Ga. В каком количественном соотношении находятся между собой атомы этих изотопов, если средняя атомная масса галлия 69.72 а.е.м.?
Зная, что длина волны рентгеновского К излучения Cu 1.541 Å, определить порядковый номер элемента с длиной волны К рентгеновского излучения 1.931 Å. Какой это элемент, cколько протонов содержит ядро атомов этого элемента и какова относительная атомная масса его наиболее распространенного в природе изотопа?
Определить длину волны К рентгеновского излучения никелевого анода, если для цинка она составляет 1.43 Å.
Зная, что длина волны рентгеновского К излучения Mn 2.13 Å, определить порядковый номер элемента с длиной волны К рентгеновского излучения 3.35 Å. Какой это элемент, cколько протонов содержит ядро атомов этого элемента и какова относительная атомная масса его наиболее распространенного в природе изотопа?
Определить длину волны К рентгеновского излучения кобальтового анода, если для ванадия частота излучения составляет 1.211018 Гц.
Используя имеющиеся данные, заполните таблицу полностью:
Элемент
Число протонов
Число электронов
Общий заряд
Катион, анион, нейтральный атом
He
0
K
18
P
18
O
10
9
10
35
-1
Na
S2-
18
-2
53
-1
11
10
Ti
22
Установить химические структурные элементы вещества на основании данных о содержании в их составе протонов, нейтронов и электронов:
№ |
Количество | ||
Протонов |
Нейтронов |
Электронов | |
1 |
19 |
20 |
18 |
2 |
35 |
44 |
36 |
3 |
30 |
35 |
28 |
4 |
35 |
46 |
35 |