1. Протонно-нейтронная теория строения атомного ядра. Изотопы, изобары

1. В центре атома находится положительно заряженное ядро, очень малое по размеру: радиус атомного ядра примерно в 100 000 раз меньше радиуса атома.

2. Согласно протонно-нейтронной теории ядро атома состоит из протонов и нейтронов (общее название - нуклоны). Протон р обладает массой 1,0073 а.е.м. (~1 а.е.м.) и условным зарядом +1. Масса нейтрона п составляет 1,0087 а.е.м. (~1 а.е.м.), заряд равен О.

Суммарное число протонов Z и нейтронов N в ядре атома называют массовым числом А:

A = Z +N.

Это уравнение связывает между собой все три характеристики атомного ядра: массовое число, число протонов и число нейтронов.

Массовое число всегда имеет целочисленное значение. Число протонов в ядре равно атомному (порядковому) номеру элемента в Периодической системе, т. е. заряду ядра атома, число нейтронов - разности между массовым числом элемента А и числом протонов (атомным номером) Z:

N = A - Z.

3. В ядре сосредоточена почти вся масса атома, так как масса электронов очень малая величина.

4. Электроны движутся около ядра в соответствии с определенными законами. Масса электрона составляет 1\1836 массы протона, заряд его условно принят равным -1. Число электронов равно числу протонов.

Изотопы – Z – одинаковое, А и N - различные

Изобары - A – одинаковое, Z и N - различные

Изотопы это атомы (нуклиды) одного и того же химического элемента, имеющие одинаковый заряд ядра, но разные массовые числа. Изотопы одного и того же элемента имеют одинаковое число протонов и электронов, а отличаются друг от друга только числом нейтронов.

Изобары это атомы (нуклиды) разных элементов, имеющие одинаковые массовые числа, но различные заряды ядер.

2. Распределение электронов в атомах элементов. Принцип Паули. Правило Гунда. Принцип наименьшей энергии. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 22 и 35.

Постулаты Бора: 1) движение е в атоме осуществля- ется только по определенным стационарным орбитам, 2) двигаясь по которым не излучает энергию, 3) излу- чение или гоглощение энергии происходит при перехо- де е с одной стационарной орбиты на другую.

Принцип Паули: В атоме не может быть двух и более электронов с одинаковыми значениями всех квантовых чисел (n, l, m, s), т.е. на каждой орбитали может находиться не более двух электронов (c противоположными спинами).

Правило Гунда. В пределах данного подуровня электроны располагаются так, чтобы их суммарное спиновое число было максимальным, т.е. по одному в квантовой ячейке. Например, у атома углерода два электрона на р-орбитали можно расположить тремя способами: в первом из них электроны имеют одинаковые значения спинового квантового числа s = ½ и их суммарный спин равен 1; в двух других случаях электроны имеют противоположные значения спинов s = ½ и s = -½, и их суммарный спин равен 0. Поэтому реализуется только первый вариант с максимальным значением суммарного спина.

Правило Клечковского (принцип наименьшей энергии). В основном состоянии каждый электрон располагается так, чтобы его энергия была минимальной. Чем меньше сумма (n+l), тем ниже энергия орбитали. Заполнение атомных орбиталей происходит от орбитали с меньшим значением n+l (1 правило); при равенстве этой суммы сначала заполняется подуровень с меньшим n (2 правило). Отсюда следует, что после 3p подуровня заполняется 4s (4+0=4), затем 3d (3+2=5), 4p (4+1=5) и 5s (5+0=5). В соответствии с этим правилом заполнение атомных орбиталей осуществляется в следующем порядке: 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 5d < 4f < 6p < 7s.

В электронной формуле атома цифрой записывают главное квантовое число (энергетический уровень), затем буквой (s, p, d, f) обозначают орбитальное квантовое число (энергетический подуровень), а верхним индексом справа над буквой - число электронов на данном подуровне. Например, запись 2р³ 3 означает, что три электрона находятся на р-подуровне второго энергетического уровня.

[Ti] 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d² 4s²

[Br] 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁵

3. Характеристика электронов четырьмя квантовыми числами. Принцип Паули. Правило Гунда. Принцип наименьшей энергии. Периодическая система Д. И. Менделеева и электронное строение атомов. Приведите примеры

1. Главное квантовое число (n) характеризует энергию электрона данного энергетического уровня и определяет размеры электронного облака (орбитали); принимает целые значения (n = 1,2,3...). Энергетические уровни обозначают буквами K, L, M, N и т.д., которым соответствуют значения n = 1, n = 2, n = 3, n = 4 и т.д

2. Орбитальное квантовое число l характеризует энергию электрона данного подуровня и определяет форму электронного облака; оно принимает целочисленные значения от 0 до (n-1). Набор орбиталей с одинаковыми значениями n называется энергетическим уровнем, а c одинаковыми значениями n и l - подуровнем.

Каждому значению орбитального квантового числа соответствует определенная форма электронного облака (орбитали)

s-орбитали имеют форму шара (сферы);

р-орбитали форму гантели (объемной восьмерки);

d- и f-орбитали - сложную пространственную конфигурацию.

Es<Ep<Ed<Ef

3. Магнитное квантовое число т, характеризует ориентацию атомной орбитали в пространстве относительно внешнего магнитного или электрического поля. Например, для s-орбитали возможна единственная ориентация в пространстве, р-орбитали располагаются под прямым углом друг к другу вдоль трех осей координат (х, у, г), для d-орбиталей характерно пять положений в пространстве. Таким образом, на s-подуровне имеется одна, на p - три, на d - пять, на f - семь орбиталей.

Магнитное квантовое число связано с орбитальным квантовым числом, оно принимает целочисленные значения - положительные и отрицательные в пределах от 1 через 0 до +l, всего (2l+ 1) значений.

Таким образом, каждая орбиталь и электрон, который находится на этой орбитали, характеризуются тремя квантовыми числами: n, l, m. Они определяют размер, форму и ориентацию орбиталей в пространстве.

4. Спиновое квантовое число (s) характеризует магнитный момент, возникающий при вращении электрона вокруг своей оси. Принимает только два значения +1/2 (обозначается стрелкой, направленной вверх) и –1/2 (стрелка вниз), соответствующие противоположным направлениям вращения.

Периодическая система (естественная классификация элементов по электронным структурам их атомов) - Свойства элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от величины заряда ядра атомов. Период, группа.

В электронной формуле атома цифрой записывают главное квантовое число (энергетический уровень), затем буквой (s, p, d, f) обозначают орбитальное квантовое число (энергетический подуровень), а верхним индексом справа над буквой - число электронов на данном подуровне. Например, запись 2р³ 3 означает, что три электрона находятся на р-подуровне второго энергетического уровня.