1.3. Свойства атомов

Свойство – это качество, постоянно присущее объекту. Это качество проявляется не само по себе, а в отношении данного объекта с другим. Например, для того, чтобы атом проявлял свойство отдавать электроны, необходим партнер, способный принимать электроны. Такая картина повторяется при описании любых свойств. Поэтому свойство иногда называют «свернутым отношением», подразумевая, что результат отношения объектов приписываем одному из них в качестве свойства, «забывая» о другом объекте.

Атомы проявляют свойство обмениваться энергией с окружающей средой. Рассмотрим изменения энергетического состояния атома водорода при взаимодействии с электромагнитным излучением. Стационарное состояние атома соответствует положению электрона на низшем энергетическом уровнеЕ₁. Переход электрона на более высокий энергетический уровеньЕ₂означает поглощение фотона (кванта электромагнитного излучения) и переход атома в возбужденное состояние. В возбужденном состоянии атом пребывает крайне короткое время (~ 10^с). В соответствии с законом сохранения энергии возбужденный атом излучает квант поглощенной энергии и возвращается в устойчивое состояние. Квантовые переходы фиксируются приборами в виде линейчатых спектров атома водорода. Один из них представлен на рис. 5.

ультрафиолетовая

, нм

656

486

434

410

красная

зеленая

фиолетовая

Рис. 5. Спектральная серия Бальмера в спектре атома водорода

Атомы проявляют свойство отдавать и присоединять электроны. Энергия, которую необходимо затратить, чтобы оторвать электрон от атома, называетсяэнергией ионизации(Е_и,кДж/моль), например:

Е_и

LiLi⁺+ е^

Сродство атомов к электрону (Е_сэ, кДж/моль) характеризуется энергией, необходимой для отрыва электрона от соответствующего отрицательного иона (аниона), например:

Е_сэ

Cl^  Cl + е^

Способность атомов участвовать в образовании химических связей включает в себя реакции образования и разрыва между атомами ковалентных, ионных или металлических связей:

H + H  H₂ (HH ковалентная связь)

Li + F  LiF (Li⁺F^ ионная связь)

Cu²⁺ + 2e^ ⇄ Cu⁰ (Cu⁰ отражает образование металлической связи)

1.4. Периодический закон д.И. Менделеева. Квантовые законы

В современной интерпретации периодический закон может быть сформулирован так: свойства элементов и образуемых ими простых и сложных веществ находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов элементов. Закон был открыт Д. И. Менделеевым в 1869 г, когда о строении атомов и квантовой механике ученые ничего не знали. Периодическая система элементов есть табличное выражение квантовых законов.

В 1926 г. австрийский физик-теоретик Э. Шредингер разработал теорию движения микрочастиц – волновую механику, в основу которой положил уравнение, играющее такую же фундаментальную роль, как законы И. Ньютона в классической физике. Решением волнового уравнения Шредингера является функция , которая удовлетворяет волновому уравнению при условии, что квантовые числа n, l, m_l., физический смысл которых рассматривается ниже, принимают определенные значения.

С позиций квантовой механики период – это горизонтальный ряд элементов, в атомах которых электроны последовательно заполняют ns- и завершают заполнение np- орбиталей (n – главное квантовое число, определяющее порядковый номер внешнего энергетического уровня и одновременно номер периода) (рис. 6). Группа – это вертикальный ряд, в котором объединены атомы химических элементов с одинаковым числом электронов на внешней орбитали.

Что такое квантовые числа?

Квантовыми называют целые или дробные числа, которые определяют значения физических величин, характеризующих атом, ядро атома, молекулу или элементарные частицы.

Параметр, с помощью которого можно вычислить энергию электрона в атоме, называется главным квантовым числом n. Оно принимает значения 1, 2, 3, 4.... Чем больше n, тем больше энергия электрона в атоме. Обратимся к атому водорода. Для него значение Е энергетического (электронного) уровня вычисляется по уравнению:

Е =  const/n²,

где const  постоянная величина. Чем больше отрицательное значение Е, тем меньше энергия энергетического уровня. И, наоборот, по мере роста n отрицательное значение Е уменьшается и, соответственно, растет энергия уровня.

n + l

n

7p

Седьмой период 32 элемента

7 + 1 = 8

6 + 2 = 8

5 + 3 = 8

7 + 0 = 7

6d

7

7s

6p

Шестой период 32 элемента

5d

6 + 1 = 7

5 + 2 = 7

4 + 2 = 6

6 + 0 = 6

6

6s

5p

5 + 1 = 6

4 + 2 = 6

5 + 0 = 5

5 + 0 = 5