Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия (Для студентов-иностранцев). Учебное пособие
.pdf
2.2. Строение атома. Изотопы
Словарь
Русский Английский Французский Арабский
радиоактивность radioactivity radioactivité(f) يﻮﯾداﺮﻟا طﺎﺸﻨﻟا
оболочка shell gaine,couche ةﺮﺸﻗ ، فﻼﻏ
распад decay désintégration(f) لﻼﺤﻧأ ، ﻚﻜﻔﺗ
электрон electron electron(m) نوﺮﺘﻜﻟأ
ядерный nuclear nucléaire يوﻮﻧ
модель model modèle(m) ،ساﺮط ، جذﻮﻤﻧ
ﻞﯾدﻮﻣ ، ﺐﻟﺎﻗ
вращаться to rotate tourner دﺗوﯾ
заряд charge charge(f) ﺔﻨﺤﺷ
протон proton proton(m) نﻮﺗوﺮﺑ
нейтрон neutron neutron(m) نوﺮﺘﻧ
изотоп isotope isotope(m) ﺮﺋﺎﻈﻨﻟا
Слово «атом» происходит от греческого «ato mos » - неделимый, поэтому считалось, что атом – неделимая частица, которая
не изменяется при химических реакциях. Однако в конце
XIX века были поставлены эксперименты, которые доказали
сложность строения атомов.
В 1896 году французским ученым А. Беккерелем было открыто явление радиоактивности – самопроизвольного распада
атомов некоторых элементов. Частицы, образующиеся при радиоактивном распаде, были подробно изучены французскими
физиками М. Склодовской-Кюри и П. Кюри. Годом позже анг-
лийским ученым Дж. Томсоном был открыт электрон (e-) - эле-
ментарная частица, имеющая отрицательный электрический заряд 1,6∙10
of 1.6∙10
que négative de 1,6∙10
kg.
-19
Кл (кулон) и незначительную массу 9,1∙10
Electr on (e-) is an el em ent ar y particl e with a negat ive el ect r ic charg e
-19
coul omb and an insignificant m ass of 9.1∙10
L'élect ron ( e-) est un e particul e élément aire avec un e char ge électri -
ﺔﻠﺘﻛو ةدﻼﻗ 1,6∙10
-19
le coulomb et une masse insignifiante de 9,1∙10
-19
ﺔﯿﺒﻠﺳ ﺔﯿﺋﺎﺑﺮﮭﻛ ﺔﻨﺤﺷ ﮫﻟ ﻲﺳﺎﺳأ ﻢﯿﺴﺟ ﻮھ (е-) نوﺮﺘﻜﻟﻹ
.ﻢﺠﻛ 9,1∙10
-31
kg.
-31
кг.
-31
ﻦﻣ ةﺮﯿﻐﺻ
-31
41
Величина заряда электрона принята за единицу элементарного электрического заряда.
В 1911 году выдающийся английский ученый Э. Резерфорд
предложил ядерную (планетарную) модель строения атома
(рис. 1). Согласно этой модели атом состоит из положительно
заряженного ядра и электронов, которые вращаются вокруг ядра
по круговым орбитам, подобно вращению планет вокруг Солнца.
Диаметр атома – величина порядка 10
чина порядка 10
-14
– 10
-15
м.
Нейтроны
-10
м, а диаметр ядра - вели-
ЭлектроныПротоны
Рис. 1. Ядерная модель строения атома
В 1913 году английский ученый Д. Мозли обнаружил, что
величина положительного заряда ядра атома равна порядковому
номеру элемента в периодической системе Д.И. Менделеева.
Атом – электронейтральная частица, поэтому число электронов в
атоме равно заряду ядра или порядковому номеру элемента в периодической системе. Например, порядковый номер висмута Bi
42
№ 83, следовательно, заряд ядра атома висмута + 83 и в электронной оболочке атома 83 электрона.
В 1932 году советские ученые Д. Д. Иваненко и Е. Н. Гапон
создали протонно-нейтронную теорию строения ядра. Согласно
этой теории ядро состоит из протонов (p) и нейтронов (n).
Протон –это частица с массой, равной единице, и с зарядом +1.
A proton is a particle with a mass equal to one and a charge of +1.
Un proton est une particule de masse égale à un et de charge +1.
.1+ ﺔﻤﮭﺗ ﻊﻣو ،ﺪﺣاو يوﺎﺴﯾ ﺔﻠﺘﻛ ﻊﻣ ﻢﯿﺴﺟ ﻮھ ﻦﯿﺗوﺮﺒﻟ
Нейтрон – это электронейтральная частица с массой, близкой
к массе протона.
A neutron is an electrically n eutral particle with a mass close to that of a
proton.
Un neutron est une particule électriquement neutre dont la masse est
proche de celle d'un proton.
.نﻮﺗوﺮﺒﻟا ﺔﻠﺘﻛ ﻦﻣ ﺔﺒﯾﺮﻗ ﺔﻠﺘﻛ ﻊﻣ ﻲﻧوﺮﺘﻜﻟإ ﻢﯿﺴﺟ ﻮھ نوﺮﺗﻮﯿﻨﻟا
Заряд ядра атома определяется числом протонов, которые
входят в его состав.
Масса атома равна сумме масс всех частиц, которые входят
в состав атома.
Масса электронов настолько мала, что ею можно пренебречь, и масса атома определяется суммой его протонов и нейтронов. Общее число протонов (Z ) и нейтронов (N) называется массовым числом (A). Оно равно округленному до целого числа зна-
чению относительной атомной массы элемента (Ar):
Ar = Z + N.
Число нейтронов в ядре атома определяется по разности
между относительной атомной массой и его порядковым номером. Например, в ядре атома висмута (№ 83, Ar(Bi) = 209) содержится 83 протона и 209–83 = 126 нейтронов. Исследования показали, что в природе существуют атомы одного и того же элемента
с разной массой. Так, встречаются атомы хлора с массовыми числами 35 и 37. Это объясняется тем, что природные элементы – это
смесь изотопов.
Изотопы – это атомы одного элемента, которые имеют
одинаковый заряд ядра (одинаковое число протонов в ядре), но
разные массовые числа (разное число нейтронов в ядре).
43
Isotopes a re at oms of the sa me elemen t that ha ve the sam e nuclear
charge (same number of protons in the nucleus), but different mass numbers (different number of neutrons in the nucleus).
Les isotopes sont des atomes d'un même élément qui ont la même
char ge nu cl éa ir e (m êm e nombre de protons dan s le n oyau) , m ai s d es n ombres de masse différents (nombre d ifférent de neutrons dans le noyau).
ﻦﻣ دﺪﻌﻟا ﺲﻔﻧ) ﺔﯿﺳﺎﺳﻷا ﺔﻨﺤﺸﻟا ﺲﻔﻧ ﺎﮭﻟ ﺮﺼﻨﻌﻟا ﺲﻔﻧ ﻦﻣ تارذ ﻲھ ﺮﺋﺎﻈﻨﻟا
.(ةاﻮﻨﻟا ﻲﻓ تﺎﻧوﺮﺗﻮﯿﻨﻟا ﻦﻣ ﺔﻔﻠﺘﺨﻣ داﺪﻋأ) ﺔﻔﻠﺘﺨﻣ ﺔﯿﻠﺘﻛ داﺪﻋأ ﻦﻜﻟو (ةاﻮﻨﻟا ﻲﻓ تﺎﻧﻮﺗوﺮﺒﻟا
Каждый изотоп характеризуется двумя величинами: массовым числом (проставляется вверху слева от химического знака) и
порядковым номером (проставляется внизу слева от химического
знака). Например, изотоп углерода с массовым числом 12 записы-
вается так: C
ные частицы: электрон e
род имеет три изотопа: H
12
. Это форма записи распространена и на элементар-
6
0
, нейтрон n
1-
1
– протий, H
1
1
, протон p
0
2
– дейтерий, H
1
1
1
. Элемент водо-
3
1
– три-
тий. Железо имеет четыре изотопа (с массовыми числами 54; 56 ;
57; 58), ртуть – семь изотопов. Максимальное число изотопов име-
ет олово – десять. Некоторые элементы (фтор, натрий, алюминий)
в природе встречаются только в виде одного изотопа.
Относительная атомная масса элемента в периодической
системе элементов Д. И. Менделеева – среднее арифметическое
масс атомов его изотопов.
Например, природный хлор состоит из 75,4 % изотопа с
массовым числом 35 и из 24,6 % изотопа с массовым числом 37.
Поэтому: Ar(Cl) = 35∙0,754 + 37∙0,246 = 35,453.
Химические свойства всех изотопов одного элемента одинаковы. Значит, химические свойства элементов зависят от заряда ядра атома, а не от атомной массы. Заряд ядра атома является
главной характеристикой элемента.
Химический элемент – это совокупность (вид) атомов с
одинаковым зарядом ядра.
A chemical elemen t is a collection (type) of atoms with the same nu-
clear ch arge.
Un élément chimique est un ensemble (type) d'atomes ayan t la même
charge nucléaire.
.ةاﻮﻨﻟا ﺔﻨﺤﺷ ﺲﻔﻨﺑ تارﺬﻟا ﻦﻣ (عﻮﻧ) ﺔﻋﻮﻤﺠﻣ ﻮھ ﻲﺋﺎﯿﻤﯿﻜﻟا ﺮﺼﻨﻌﻟا
44
Пример 1. Сколько электронов, протонов, нейтронов
содержится в атомах: ртути, лантана, скандия, платины, углерода,
натрия?
Элемент Массовое
число (Ar)
Hg 201 80 121 80
80
La 139 57 82 57
57
Sc 45 21 24 21
21
Pt 195 78 117 78
78
C 12 6 6 6
6
Na 23 11 12 11
11
As 75 33 42 33
33
Fe 56 26 30 26
26
Eu 152 63 89 63
63
Пример 2. Рассчитайте массовые доли изотопов галлия:
69
Ga и71Ga, если Ar(Ga) = 69,7.
Дано:
69
Ga, A1 = 69
71
Ga, A2 = 71
Ar(Ga) = 69,7
Найти:
ω1, ω
2
1. Относительная атомная масса гал-
лия в периодической системе элементов
Д.И. Менделеева – среднее арифметическое
масс атомов его изотопов:
Ar(Ga) = A1∙ ω1+ A2∙ ω2.
Z N = Ar - Z N
Решение
2. Сумма массовых долей изотопов равна 1: ω1+ ω2= 1.
3. Выражаем ω2= 1 – ω1.
е-
4. Тогда Ar(Ga) = A1·ω1+ A2∙ (1 – ω1)
69,7 = 69 ∙ ω1+ 71 · (1 – ω1);
69,7 =69ω1+ 71 – 71 ω1;
2ω1= 71 – 69,7 = 1,3; ω1 = 0,65.
5. ω2= 1 – ω1= 1 – 0,65 = 0,35.
Ответ: ω1(69Ga) = 0,65; ω2(71Ga) = 0,35.
45
2.3. Строение электронной оболочки атома
Словарь
Русский Английский Французский Арабский
энергия energy, power énergie(f) ﺔﻗﺎط
квант quantum quantum(m) ﻲﻤﻛ
двойственный dual ambigu, double جودﺰﻣ ، ﻲﺋﺎﻨﺛ
волна wave onde, vague(f) ﺔﺟﻮﻣ
траектория trajectory trajectoire(f) ﻂﺧ ، كﺮﺤﻣ،ﺮﯿﺴﻣ
вероятность probability probabilité(f) ﺢﯿﺟﺮﺗ،لﺎﻤﺘﺣأ
нахождение locatio n découverte(f) دﻮﺟو ، ﻊﻗﻮﻣ
пространство spaсe espace(m) ءﺎﻀﻓ
облако cloud nuage(m) مﺎﻛر ،ﺔﻤﯿﻏ
орбиталь orbital orbitale(f) راﺪﻣ
(под) уровень (sub) level (sous) niveau(m) )ﺖﺤﺗ (ىﻮﺘﺴﻣ
слой layer couche(f) ﺔﻘﺒط
магнитный magnetic magnétique ﻲﺴﯿطﺎﻨﻐﻣ
спин spin spin(m) ةرود
противоположный opposite opposé دﺎﻀﺘﻣ،ﺾﻗﺎﻨﻣ
ячейка cell cellule(f) ﺔﯿﻠﺧ
гантель dumb-bell haltères m pl سﺮﺧﻻا سﺮﺠﻟا
Совокупность электронов в атоме называют его электрон-
ной оболочкой.
The totality of electrons in an atom is called its electron shell.
La totalité des électrons dans un atome s'appelle sa couche d'élec-
trons.
ﻲﻧوﺮﺘﻜﻟﻹا ﺎﮭﻓﻼﻏ ﻢﺳا ةرﺬﻟا ﻲﻓ تﺎﻧوﺮﺘﻜﻟﻹا ﺔﻋﻮﻤﺠﻣ ﻰﻠﻋ ﻖﻠﻄﯾ.
روﺮﻣ
Свойства электронов и других микрообъектов не могут
быть описаны на основе представлений классической механики.
Микрочастицы подчиняются законам квантовой механики, которая стала основой для создания современной модели атома.
Основные положения квантовой механики.
1. Энергия испускается и поглощается телами отдельными
порциями – квантами. Следовательно, энергия микрочастиц изменяется скачкообразно.
46
2. Электроны имеют двойственную природу: с одной сто-
роны, они проявляют свойства частиц, с другой стороны, при
движении они обладают свойствами электромагнитной волны.
3. Электрон в атоме не имеет траектории движения. Квантовая механика рассматривает вероятность нахождения электрона в пространстве вокруг ядра. Быстро движущийся электрон
может находиться в любой части пространства, окружающего
ядро, и различные положения его рассматриваются как электронное облако с определенной плотностью отрицательного заряда.
Пространство вокруг ядра, в котором нахождение электро-
на наиболее вероятно (≈ 90 %), называют орбиталью.
The space around the nucleus, in which the presence of an electr on is
most likely (≈ 90 %), is called an orbital.
L'espa ce aut our du n oyau, dan s lequ el l 'él ectron est l e pl us suscep ti -
ble de se trouver (≈ 90 %), est appelé l'orbite.
.ﺔﯾراﺪﻤﻟا ﻰﻤﺴﺗ ،( ≈ 90 %) ﺢﺟرﻷا ﻰﻠﻋ نوﺮﺘﻜﻟﻹا ﺎﮭﯿﻓ ﺢﺟﺮﯾ ﻲﺘﻟا ةاﻮﻨﻟا لﻮﺣ ﺔﺣﺎﺴﻤﻟا
Электроны, которые движутся на орбиталях близкого раз-
мера, образуют энергетические уровни (электронные слои).
Electrons that move in orbits of close size form energy levels (elec-
tronic layers).
Les éle ctrons qui s e déplacent su r des orbit es proches for ment des
niveaux d'énergie (couches d'électrons).
ﺔﺒﯾﺮﻗ تاراﺪﻣ ﻲﻓ كﺮﺤﺘﺗ ﻲﺘﻟا تﺎﻧوﺮﺘﻜﻟﻹا ﺔﻗﺎﻄﻟا تﺎﯾﻮﺘﺴﻣ ﻞﻜﺸﺗ ﻢﺠﺤﻟا
(تﺎﻧوﺮﺘﻜﻟﻹا تﺎﻘﺒط)
Электронные слои нумеруют, начиная от ядра: 1, 2, 3, 4, 5,
6, 7 и обозначают соответственно буквами: K, L, M, N, O, P, Q.
Состояние электрона в атоме описывают четырьмя кванто-
выми числами.
1. Главное квантовое число (n) характеризует величину
энергии электрона; n может принимать значения 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.
The principal quantum number (n) characterizes the magnitude of the
electron's energy.
Le nombr e quanti que prin cipal ( n) cara ctérise l a gran deur de l' éner-
gie de l' électr on.
.ﻢﯿﻘﻟا ﺬﺧﺄﺗ نأ ﻦﻜﻤﯾ .نوﺮﺘﻜﻟﻹا ﺔﻗﺎﻃ راﺪﻘﻣ (n) ﻲﺴﯿﺋﺮﻟا ﻲﻣﻮﻤﻜﻟا دﺪﻌﻟا ﺰﯿﻤﯾ
Электроны с n = 1 образуют ближайший к ядру атома энер-
гетический уровень. Электроны с n = 2 образуют второй от ядра
атома энергетический уровень и т. д.
47
2. Орбитальное (побочное) квантовое число (l) характе-
ризует форму электронной орбитали (энергетические подуровни).
The orbital (side) quantum number (l) charact eriz es th e shape of th e
electron orbital (energy sublevels).
Le nombre quantique orbital ( côté) (l) caractérise la forme de l'orbite
électronique (sous-niveaux d'énergie).
.(ﺔﻗﺎﻄﻠﻟ ﺔﯿﻋﺮﻔﻟا تﺎﯾﻮﺘﺴﻤﻟا) نوﺮﺘﻜﻟﻹا راﺪﻣ ﻞﻜﺷ (l) (ﻲﺒﻧﺎﺠﻟا) يراﺪﻤﻟا ىﻤﻜﻟا دﺪﻌﻟا ﺰﯿﻤﯾ
При данном значении главного квантового числа l может
принимать значения целых чисел от 0 до (n – 1). Орбитали с разными значениями l обозначаются буквами s, p, d, f:
значение l ………………0 1 2 3
обозначение
орбитали ……………….s p d f.
Состояния электрона, которые характеризуются различными значениями l, называют энергетическими подуровнями.
s-Орбитали имеют сферическую форму, p-орбитали – форму гантели, d- и f-орбитали – более сложные формы (рис. 2).
Число энергетических подуровней каждого энергетического уровня равно номеру уровня, т.е. значению главного квантового числа (табл. 3).
Так, первому энергетическому уровню ( n = 1) соответствует один подуровень s; второму энергетическому уровню (n = 2)
соответствуют два подуровня s и p; третьему энергетическому
уровню ( n = 3 ) соответствуют три подуровня s, p и d ; четвертому
энергетическому уровню (n = 4) соответствуют четыре подуровня
s, p, d и f; пятому, шестому и седьмому уровням также соответствуют четыре подуровня s, p, d и f.
3. Магнитное квантовое число (ml) определяет ориента-
цию орбиталей в пространстве и может принимать значения целых чисел от –l до +l, в том числе значение 0.
The magnetic quantum number (ml) determines the orientation of the
orbitals in space.
Le nombr e quan ti qu e magn éti que (ml) détermine l'orientation des or-
bitales dans l' espace.
.ﺀﺎﻀﻔﻟا ﻲﻓ تاراﺪﻤﻟا هﺎﺠﺗا (ml)ﻲﺴﯿﻃﺎﻨﻐﻤﻟا ﻢﻜﻟا ﻢﻗر دﺪﺤﯾ
48
а
x
z
yxzxxуzzzzzzy
yyy
y
xxx
zyxsp
y
p
y
p
z
dxzd
yz
d
z
2
2
а
б
d
xz
у
d
x2- y
в
Рис. 2. Изображение орбиталей:
а – s-орбитали; б – p-орбиталей; в – d-орбиталей
49
Таблица 3
Квантовые числа и характеристики электронных орбиталей
Электронный слойКвантовое
число
n 1 2 3 4
l 0 0 1 0 1 2 0 1 2 3
m
l
Число
орбиталей 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7
Обозначение
орбиталей 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f
Число
электронов 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14
Число
электронов
на уровне
K L M N
-2
-1
0 0-1 0+10-1 0
2 8 18 32
+1
0
+1
+2
0-1 0
+1
-2
-1
0
+1
+2
-3
-2
-1
0
+1
+2
+3
Так, при l = 0 ml = 0. Это означает, что s-орбиталь имеет
одинаковую ориентацию относительно трех осей координат
(см. рис. 3, а). При l = 1 ml может принимать три значения: -1; 0;
+1. Это означает, что существуют три p-орбитали (px, py, pz) с
ориентацией по координатным осям x, y, z (см. рис. 3, б).
Магнитное квантовое число определяет число орбиталей на
подуровне.
4. Четвертое квантовое число (ms) – спин может иметь
только два значения +1/2 и -1/2.
The fourt h quant um number (ms) - spin can have only two values
+1/2 and -1/2.
Le quat rième nombr e quanti que (ms) - spin ne peut avoir que deux
valeurs +1/2 et -1/2.
.2/1- و 2/1+ ﻂﻘﻓ ﻦﯿﺘﻤﯿﻗ ﮫﻟ نﻮﻜﯾ نأ ﻦﻜﻤﯾ روﺪﺗ - (ms) ﻊﺑاﺮﻟا ﻢﻜﻟا ﻢﻗر
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]