1. Значения квантовых чисел и максимальное число электронов на квантовых уровнях и подуровнях

Квантовый				Магнит-ное кв. ч., ml	Число квантовых состояний (орбиталей) в			Максимальное число лектронов на
уровень		подуровень			поду-ровне (2l+1)	уровне n2	поду-ровне 2(2l+1)		уровне n2
обозна-чение	главное кв. ч., n	обозна-чение	Орби-таль-ное кв.ч., l
K	1	s	0	0	1	1	2		2
L	2	s	0	0	1	4	2		8
		p	1	-1,0,+1	3		6
M	3	s	0	0	1		2		18
		p	1	-1,0,+1	3	9	6
		d	2	-2,-1, 0, +1, +2	5		10
N	4	s	0	0	1		2		32
		p	1	-1,0,+1	3		6
		d	2	-2,-1, 0, +1, +2	5	16	10
		f	3	-3,-2, -1,0 +1,+2, +3	7		14

П р и м е р 26. Какой энергетический подуровень будет заполняться раньше 3d или 4s?

Решение: В соответствии с принципом наименьшей энергии (правило Клечковского)

энергетическому подуровню 3d соответствует сумма n+ l = 3 + 2 = 5, а 4s соответствует сумма 4 + 0 = 4. Следовательно, сначала заполнится подуровень 4s, а затем 3d.

П р и м е р 27. Составьте электронную и электронно-графическую формулы атома кремния в нормальном и возбужденном состояниях.

Решение: Для Si число электронов равно 14, электронная формула имеет вид: 1s²2s²2p⁶3s²3p².

Электронно-графическая формула атома кремния:

14Si

n=3	↑↓	↑	↑
n=2	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓			d
n=1	↑↓		p
	s

При затрате некоторой энергии (h)один из 3s-электронов атома кремния может быть переведен на вакантную 3р-орбиталь; при этом энергия атома возрастает, так как возникающая электронная конфигурация (1s²2s²2p⁶3s¹3p³) соответствует возбужденному состоянию атома кремния (Si* ):

14Si*

n=3	↑	↑	↑	↑
n=2	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓			d
n=1	↑↓		p
	s

П р и м е р 28. На каком основании хлор и марганец помещают в одной группе периодической системы элементов Д.И. Менделеева? Почему их помещают в разных подгруппах?

Решение: Так как число электронов в атоме элемента равно его порядковому номеру в таблице Д.И. Менделеева, то для хлора - Z = 17, марганца - Z = 25. Электронные формулы имеют вид:

17Сl 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵;

25Mn 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁵.

Электронно-графические формулы этих атомов:

17Cl

n=3	↑↓	↑	↑
n=2	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓			d
n=1	↑↓		p
	s

25Mn

n=4

↑↓

n=3

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑

↑

↑

↑

↑

f

n=2

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

d

n=1

↑↓

p

s

Валентные электроны хлора - 3s²3p⁵, а марганца - 4s²3d⁵. Таким образом, эти элементы не являются электронными аналогами и не должны размещаться в одной и той же подгруппе. Но на валентных орбиталях атомов этих элементов находится одинаковое число электронов - 7. Поэтому оба элемента помещают в одну и ту же группу периодической системы Д. И. Менделеева.

Периодический закон и периодическая система элементов Д. И. Менделеева

П р и м е р 29. Какую высшую и низшую степень окисления проявляют мышьяк, селен и бром? Составьте формулы соединений данных элементов, отвечающих этим степеням окисления.

Решение: Высшую степень окисления элемента определяет номер группы периодической системы Д. И. Менделеева, в которой он находится. Низшая степень окисления определяется тем условным зарядом, который приобретает атом при присоединении того количества электронов, которое необходимо для образования устойчивой восьмиэлектронной оболочки (ns²np⁶).

Данные элементы находятся соответственно в главных подгруппах V, VI, VII-групп и имеют структуру внешнего энергетического уровня s²р³, s²p⁴, s²p⁵. Следовательно, степени окисления мышьяка, селена, брома в соединениях таковы:

Аs +5 (высшая), -3 (низшая) --- As₂O₅, AsH₃;

Se +6 (высшая), -2 (низшая) --- SeO₃, Na₂Se;

Br +7 (высшая), -1 (низшая) --- КВrO₄, KBr.

П р и м е р 30. У какого из элементов четвертого периода марганца или брома сильнее выражены металлические свойства?

Решение: Электронные формулы данных элементов:

25Mn 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁵

35Br 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁵.

Марганец - d-элемент VII-группы побочной подгруппы, а бром - p-элемент VII-группы главной подгруппы. На внешнем энергетичеcком уровне у атома марганца два электрона, а у атома брома - семь.

Атомы типичных металлов характеризуются наличием небольшого числа электронов на внешнем энергетическом уровне, а следовательно, тенденцией терять эти электроны. Они обладают только восстановительными свойствами и не образуют отрицательных ионов. Элементы, атомы которых на внешнем энергетическом уровне содержат более трех электронов, обладают определенным сродством к электрону, а следовательно, приобретают отрицательную степень окисления и образуют отрицательные ионы. Таким образом, марганец, как и все металлы, обладает только восстановительными свойствами, тогда как для брома, проявляющего слабые восстановительные свойства более свойственны окислительные функции. Следовательно, металлические свойства более выражены у марганца.

Химическая связь

Содержание темы: Взаимодействие атомов, образование молекул. Основные типы и характеристи­ка химической связи. Ковалентная химическая связь с позиции метода ВС: ус­ловия и способы образования; свойства: направленность (а- и я- связи), насы­щаемость. Полярность ковалентной связи. Гибридизация электронных орбиталей и формы молекул.

Конденсированное состояние вещества. Виды межмолекулярного взаимодейст­вия (ориентационное, индукционное, дисперсионное), Ван-дер-ваальсовы силы. Агрегатные состояния вещества. Ионный тип связи, его свойства. Типы кри­сталлических решеток. Общие физические свойства металлов. Металлический тип связи.

Водородная связь. Структура жидкой воды и льда. Влияние водородной связи на свойства веществ (на примере воды).

Донорно- акцепторное взаимодействие, образование комплексных ионов. Необходимые умения: определять: типы связи в молекулах в зависимости от природы атомов; максимальную ковалентность атомов; типы гибридизацими орбиталей атомов и формы молекул; виды межмолекулярного взаимодействия в зависимости от природы молекул. Изображать перекрывания орбиталей ато­мов в простейших молекулах.

Ковалентная связь

Описание химической связи в любой молекуле есть по существу описание распределения в ней электронной плотности. Основным типом химической связи является ковалентная.

Ковалентная связь - химическая связь между двумя атомами, осуществляемая общей для этих атомов парой электронов, перекрыванием электронных облаков взаимодействующих атомов.

В зависимости от природы взаимодействующих атомов электронная пара, область максимального перекрывания электронных облаков может одинаково принадлежать взаимодействующим частицам или смещаться в ту или другую сторону.

Для оценки способности атома данного элемента смещать электронную плотность, осуществляющую связь, пользуются значением относительной электроотрицательности (Х). Чем больше электроотрицательность атома, тем сильнее притягивает он обобществленные электроны. Иными словами, при образовании ковалентной связи между двумя атомами разных элементов общее электронное облако смещается к более электроотрицательному атому, и в тем большей степени, чем больше разность электроотрицательностей (ΔХ) взаимодействующих атомов. Поэтому с ростом ΔХ степень ионности связи возрастает.

Значения электроотрицательности атомов некоторых элементов приведены в табл. 2.

Таблица 2