ББК 24.1я72 Р83

Научный редактор канд. хим. наук Д М. Жилин.

Рудзитис Г. Е.

Р83 Химия. 11 класс. Учеб. пособие для общеобразоват. организаций : углубл. уровень / Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман. — М. : Просвещение, 2018. — 335 с. : ил. — ISBN 978-5-09-053038-5.

Учебное пособие углублённого уровня содержания ориентировано на учащихся инженерных классов школ естественно-научного профиля. Оно включает основные сведения о строении вещества, энергетике и скорости химических реакций, растворах, окислительно-восстановительных процессах, металлах и неметаллах. Особое внимание уделено практическим аспектам использования химических процессов и технологическим принципам промышленного получения неорганических соединений. Вопросы и задания, а также рекомендованные электронные ресурсы позволят учащимся подготовиться к Единому государственному экзамену по химии.

Учебное пособие написано в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта среднего общего образования.

2

Как работать с учебником

Дорогие друзья! Вы заканчиваете изучение химии. В этой книге систематизируются, обобщаются и углубляются знания о теориях и законах химической науки, химических процессах и производствах.

В целях приобретения прочных и глубоких знаний исключительно важно научиться самостоятельно обобщать и систематизировать материал. Систематизировать и обобщать знания можно с помощью различных схем и таблиц, которые позволяют выделить самое главное, самое существенное. Имеющиеся в книге схемы и таблицы могут послужить вам многократно — и при изучении и усвоении нового материала, и при повторении и обобщении уже изученного.

Очень важно правильно организовать самостоятельную учебную работу:

•готовясь к урокам, одновременно с чтением материала учебника делайте свои заметки. Это будет ваш личный информационный ресурс. Заведите папку с файлами или используйте блокнот (обычную бумажную тетрадь);

•к каждому уроку составляйте краткую схему-конспект. Выпишите главную идею, основные понятия, основные тезисы. Записывайте химические формулы, уравнения реакций, образцы решения задач, полезные ссылки, видеофрагменты (в электронном виде);

•требования к освоению материала каждого параграфа сформулированы в рубрике «Личный результат». Ориентируясь на них, вы сможете осуществить самоконтроль и оценить свои знания.

Все письменные задания после параграфов нужно выполнять в тетради!

Старайтесь ответить на все вопросы, выполнить упражнения и решить задачи, имеющиеся в параграфе. Контролируйте свой личный результат.

Возможно, вы так заинтересуетесь химией, что решите выполнить проектное задание по химии. В книге приведены возможные темы проектных работ и их краткие описания.

3

ГЛАВА I

СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА

§ 1 История развития представлений о строении атома

• Что такое электронная оболочка атома?

В настоящее время общепринята теория, согласно которой все вещества состоят из атомов — мельчайших частиц, не изменяющихся в процессе химических превращений. Именно они определяют состав и химические свойства веществ, в состав которых входят.

При химических реакциях атомы остаются неизменными изменяются

связи между атомами.

До конца XIX в. атомы считали неделимыми частицами. При этом считалось, что они бывают разных видов, и совокупность атомов одного вида называли элементом. Нужно заметить, что вплоть до начала XX в. далеко не все учёные признавали существование атомов и ограничивались понятием «элемент». Сама идея атомов была принята на первом съезде химиков в Карлсруэ (1860).

Однако на рубеже XIX—XX вв. был сделан ряд открытий, которые показали, что атом имеет свою структуру. Более того, изучение структуры атомов позволило предсказать свойства веществ.

В 1859 г. Юлиус Плюккер открыл так называемые катодные лучи. Они излучались катодом (отрицательно заряженным электродом) и двигались к аноду (положительно заряженному электроду) в замкнутом сосуде, из которого был откачан воздух. Эти лучи вызывали свечение стенок сосуда. В 1895 г. Жан Батист Перрен установил, что они переносят отрицательный заряд. Почти сразу после этого (1897) Джозеф Джон Томсон установил, что катодные лучи состоят из частиц. Электрометром он установил их заряд, а по их отклонению в электрическом поле — отношение массы к заряду. Оказалось, что существуют частицы в две тысячи раз легче атома.

В 1896 г. Анри Беккерель (исследовавший свечение некоторых веществ под действием солей урана) обнаружил, что урановая руда испускает некие лучи, проникающие через тёмную бумагу и засвечивающие фотопластинку. Так была открыта радиоактивность. В 1898 г. Э. Резерфорд разделил радиоактивные лучи на три вида: a-, b- и g-лучи. b-лучи по свойствам соот-

ветствовали катодным лучам, т. е. состояли из очень лёгких отрицательно

4

заряженных частиц; a-частицы оказались массивными и заряженными по-

ложительно, причём их заряд соответствовал заряду двух электронов.

Из этих экспериментов следовало, что в атоме содержатся положительные и отрицательно заряженные частицы.

Разными учёными были предложены разные модели атома. В 1904 г. Дж. Томсон предположил, что атом представляет собой положительно заряженную сферу с вкраплёнными в неё отрицательно заряженными частицами («пудинг с изюмом»). (Слово «электрон» тогда в контексте строения атома не употреблялось, хотя это понятие уже было введено в 1874 г. Дж. Стоуни.) Х. Нагаока в том же году предложил сатурнианскую модель атома: положительно заряженное ядро в центре и отрицательно заряженные частицы по окружностям вокруг него на равных расстояниях друг от друга. Были и другие модели.

В 1908—1910 гг. Ганс Гейгер и Эрнст Марсден начали изучать рассеивание a-частиц плотными веществами. Оказалось, что при пропускании потока a-частиц через тонкую золотую фольгу небольшое их количество

отскакивало назад, что противоречило всем имеющимся тогда моделям (рис. 1). Только на следующий год Эрнст Резерфорд предложил модель, которая соответствовала этим результатам. Он предположил, что вся масса атома сосредоточена в маленьком положительно заряженном ядре, во-

Рис. 1. Установка, на которой было открыто аномальное отклонение a-частиц при их прохождении через золотую фольгу. AB — пробирка, заполненная радоном (источник a-частиц); B — окошко из тонкой слюды; S — экран из сульфида цинка, светящийся при попадании a-частиц;

RR — металлическая фольга; P — свинцовая пластина; M — микроскоп

(из статьи Гейгера и Марсдена, 1909 г.)

5

круг которого равномерно распределены отрицательно заряженные электроны, связанные с ядром электростатическими силами (планетарная модель атома). Эксперименты Гейгера и Марсдена в 1913 г. по точному измерению распределения a-частиц подтвердили эту модель и показали,

что число элементарных зарядов в ядре составляет примерно половину атомного веса.

Главный недостаток модели Резерфорда заключался в том, что она не отвечала на вопрос: почему электрон не падает на ядро. Предположение, что электрон вращается вокруг ядра, как планета вокруг Солнца, не годилось: в отличие от планеты электрон заряжен, а движущийся по кривой электрон излучает свет, теряя тем самым энергию.

Это противоречие попытался обойти Нильс Бор в 1913 г. Для этого ему пришлось привлечь сведения из совершенно другой области физики, а именно результаты исследований света. Ключевое понятие этой области — спектр (зависимость интенсивности излучения от длины волны). В 1900 г. Макс Планк, описывая спектр излучения нагретых тел, предположил, что свет излучается порциями (квантами). Он также предложил

формулу энергии кванта света E. Она оказалась пропорциональна его частоте n:

6

рым соответствуют определённые орбиты. При переходе с верхней орбиты на нижнюю электрон излучает квант света, энергия которого в точности равна разнице в энергиях орбит. При переходе с нижней на верхнюю, наоборот, поглощает такой же квант.

Тем самым Бор объяснил, почему электрон не падает на ядро, и показал, что теорию строения электронных оболочек можно проверить при помощи спектров излучения соответствующих атомов.

Проблема заключалась в том, что модель Бора прекрасно описывала спектр излучения атомарного водорода, но уже на спектре излучения гелия, чтобы подогнать теорию под эксперимент, в неё вводили многочисленные поправки на взаимодействие электронов и делали другие предположения. Всё это делало модель громоздкой и произвольной.

Дальнейший прорыв совершил в 1924 г. Луи де Бройль, выдвинувший гипотезу, что электрон обладает свойствами не только частицы, но и волны. Спустя четыре года Клинтон Дэвиссон и Лестер Джермер подтвердили эту гипотезу экспериментально, показав, что электроны отражаются от кристаллов под определёнными углами, что говорило об их дифракции на кристаллической решётке. Но ещё до того, как гипотеза де Бройля нашла экспериментальное подтверждение, в 1926 г., Эрвин Шрёдингер воспользовался этой гипотезой и применил к электрону в атоме разработанный к тому моменту математический аппарат волновой механики. В результате он вывел уравнение, известное ныне как уравнение Шрёдингера. Оно связывает энергию электрона и форму пространства, которое он занимает. Хотя строго математически это уравнение в общем случае не решается, его приближённые решения позволили сказать практически всё об энергии различных электронов в атоме и о форме орбиталей, т. е. областей пространства, занимаемых электронами.

Математический аппарат для решения уравнения Шрёдингера оказался слишком громоздким, поэтому довольно быстро учёные приступили к упрощениям его решений. В частности, были предложены разнообразные электронные формулы. Всё, что вы дальше прочитаете в этом учебнике про электронное строение атома и химические связи, так или иначе следует из уравнения Шрёдингера.

Атом. Модели атома Томсона, Резерфорда и Бора

1.В чём принципиальное отличие модели атома Нагаоки от модели Резерфорда?

2.Что такое спектр?

3.Почему вопрос о делимости атома не возникал ранее 1896 г.?

7