Используемые единицы измерений и основные константы

Единицы длины – [м, см, нм, Å] 1м=10²см =10⁹нм=10¹⁰Å.

Единицы энергии – [Дж, кДж, эВ] 1Дж= 10^-3кДж; 1 эВ = 1,610^-19 Дж.

Единицы массы – [кг, г] 1кг = 10³ г.

Относительная атомная масса (А) и относительная молекулярная масса (М) – средняя масса атома или молекулы отнесенная к 1/12 массе атома углерода ¹²С (1 атомная единица массы). 1а.е.м. = 1,660510^-27 кг.

Количество вещества – моль – количество вещества, содержащее 6,0210²³ структурных единиц (атомов, молекул, ионов).

N_А=6,0210²³ [1/моль] – число Авогадро.

Молярная масса (m_) – масса одного моля вещества, выраженная в граммах, численно равна молекулярной массе (m_ = М г).

Молярный объем – объем одного моля вещества. Для любого вещества в газообразном состоянии при нормальных условиях (Р = 1,01310⁵ Па (Н/м²); Т = 273,15 К) молярный объем равен 22,4 л.

Абсолютная термодинамическая шкала температур (Кельвина)

T K = t ^oC + 273,15.

Стандартные термодинамические условия:

Р⁰ = 1,01310⁵ Па (Н/м²); Т⁰ = 298,15 К.

Элементарный электрический заряд е = 1,60210^-19 Кл.

Электрон: масса m = 9,1110^-31 кг, заряд е = 1,6010^-19 Кл.

Скорость света в вакууме c = 2,997910⁸ м/с.

Постоянная Планка h = 6,626210^-34 Джс, =1,054610^-34 Джс.

Константа в законе Кулона (Нм/Кл).

Радиус первой боровской орбиты атома водорода r₁ = 0,53Å.

Энергия электрона атома водорода в основном состоянии Е₁= –13,6 эВ.

Постоянная Больцмана k = 1,38110^-23 Дж/К.

Универсальная газовая постоянная R = 8,314 Дж/мольК.

1. . Строение атома

Химия – фундаментальная отрасль естествознания, наука о веществах и законах их превращения, при которых молекулы одного соединения обмениваются атомами с молекулами других соединений, распадаются на молекулы с меньшим числом атомов, а также вступают в химические реакции, в результате которых образуются новые вещества. Атомы претерпевают в химических процессах некоторые изменения лишь в наружных электронных оболочках; ядро и внутренние оболочки при этом не изменяются, поэтому для курса химии теория строения атома есть в первую очередь рассмотрение способов описания состояния электронов в атоме (энергия и нахождение электрона в пространстве).

1. . Предпосылки возникновения волновой механики

К началу XIX века окончательно утвердилось понятие, что атом представляет наименьшую частицу элемента, являющуюся носителем его свойств. Именно на анализе изменения свойств атомов был основан целый ряд таблиц элементов, а в 1869 г. Д. И. Менделеевым сформулирован Периодический закон.

Начиная с середины XIX века росло число экспериментальных фактов, свидетельствовавших прямо или косвенно о сложном характере строения атома.

Уильям Крукс (Crookes) и позднее Джозеф Томсон (Thomson) обнаружили катодные лучи – поток электронов, возникающий между двумя электродами в вакууме при приложении к ним разности потенциалов.

Анри Беккерель (Becquerel) открыл явление естественной радиоактивности солей урана (-, - и -излучение). Впоследствии было показано, что -частицы представляют собой положительно заряженные ядра атомов гелия (+2), -частицы – поток электронов, аналогичный катодным лучам Крукса, -излучение аналогично X-лучам Рентгена.

Спектры излучения не взаимодействующих друг с другом свободных атомов представляют собой серии линий (узких полос) с определенными длинами волн (или соответственно частот), характерными для каждого атома. Для атомов водорода спектр излучения наиболее прост и состоит из ряда серий (Лаймана, Бальмера, Пашена, Брэкетта, Пфунда) в видимой, УФ- и ИК-областях спектра. Причем была обнаружена эмпирическая формула зависимости, связывающей частоты излучения линий между собой:

,

где =1/ волновое число (характеристика, обычно используемая в спектроскопии); n_i = 1,2,3 ,... (целые числа); R = 109677,58 см^-1 – постоянная величина (постоянная Ридберга).

Эрнест Резерфорд (Rutherford) экспериментально установил, что атом представляет собой систему, состоящую из малого по размеру положительно заряженного ядра, содержащего практически всю массу атома и расположенных вокруг него электронов, и предложил так называемую планетарную модель атома.

Работы Генри Мозли (Moseley) по изучению характеристических рентгеновских спектров различных элементов позволили доказать, что порядковый номер элемента в Периодической системе совпадает с зарядом ядра атома.

Совокупность экспериментальных фактов свидетельствовала о том, что атом представляет собой сложную систему, состоящую из положительно заряженного ядра, в котором сосредоточена практически вся масса атома, и отрицательно заряженных электронов, движущихся вокруг него.

Заряд ядра атома (выраженный в единицах элементарного электрического заряда) соответствует порядковому номеру элемента в Периодической таблице и, в силу электронейтральности атома, равен числу электронов в нем.