Коллоквиум №1 «Строение атома. Химическая связь и строение молекул. Межмолекулярные взаимодействия».

Теоретические вопросы по теме коллоквиума.

I. Строение атомов химических элементов.

1.1. Общие положения. История развития представлений о строения атома.

1. Перечислите основные этапы в развитии теории строения атома. Какие при этом были сделаны открытия, свидетельствующие о том, что атом имеет внутреннюю структуру?

2. Кем было доказано, что ядро в атоме занимает незначительную долю объема? Изобразите схему этого эксперимента и дайте пояснения. Как была названа соответствующая модель атома? В чем ее недостаток?

3. Объясните, почему классическая механика непригодна для описания поведения электрона в атоме. Какие представления следует при этом использовать? В чем смысл каждого из них?

4. Что нового ввел Нильс Бор в представления о строении атома? Сформулируйте постулаты Бора. Как он объяснил происхождение и структуру спектра атома водорода? Есть ли недостатки у теории Бора?

5. Что представляет собой современная (квантово-механическая) модель атома? Какое уравнение математически описывает эту модель? Объясните физический смысл волновой функции электрона, понятий «атомная орбиталь», «электронная плотность», «плотность вероятности».

6. Сформулируйте «постулаты», которые легли в основу модели атома Бора. Что понимается под «основным» и «возбужденным» состояниями атома? Как можно зафиксировать переходы электрона из одного состояния в другое экспериментальными методами?

7. Перечислите основные положения квантовой механики? В чем суть каждого из этих положений? Приведите уравнения Эйнштейна, Планка, де Бройля.

1.2. Строение электронной оболочки атома. Квантовые числа. Порядок заполнения электронами уровней и подуровней. Электронные формулы. Семейства химических элементов.

1. Что в атоме называют энергетическим уровнем и подуровнем? При каком условии эти понятия сливаются? Как можно рассчитать их максимальную емкость?

2. Что такое квантовые числа? Какие квантовые числа характеризуют атомную орбиталь? собственно электрон? Какие значения они могут принимать? Каков их физический смысл?

3. Что называют атомной орбиталью (АО)? Как связана каждая АО с понятием электронного облака? Какие квантовые числа определяют размер, форму и ориентацию в пространстве электронного облака? Что такое вырожденные АО?

4. Какую форму в имеют s-, p- и d-электронные облака? Какой симметрией они обладают? Какие из этих орбиталей являются вырожденными? Почему? Нарисуйте все возможные s-, p- и d-орбитали.

5. В чем заключаются правила заполнения электронных орбиталей? Сформулируйте их, проиллюстрируйте примерами.

6. Что отражают электронные и электроно-графические формулы атомов элементов? Как по ним можно представить периоды, группы, подгруппы? Какая конфигурация внешнего электронного слоя является предельной? С чем это связано?

7. Сформулируйте принцип “запрета” Паули и правило Хунда. Что такое суммарный спин атома? Чем определяется валентность элемента? К чему в итоге приводят эти правила?

8. Что понимают под нормальным и возбужденным состояниями атомов элементов? Поясните на примерах. Что называют промотированием электронов и энергией промотирования? Чем эта энергия компенсируется? В каких случаях для атома промотирование электронов невозможно или, наоборот, энергетически выгодно?

9. Что такое провал электронов? В каких случаях имеет место это явление? Приведите примеры соответствующих электронных конфигураций.

10. Как можно рассчитать максимальную емкость подуровней и уровней, определить число валентных электронов и максимальную валентность элемента, возможные степени окисления?

11. Какие энергетические подуровни называют валентными подуровнями? Чем определяется валентность элемента и степень окисления атома элемента? Всегда ли они совпадают? Когда максимальная валентность может быть равна номеру группы, в которой находится элемент? Для каких элементов это невозможно

12. Сформулируйте принцип наименьшей энергии, согласно которому происходит заполнение электронных оболочек многоэлектронных атомов? Какие электроны называют валентными, а какие экранирующими? Почему их так называют? Существуют ли атомы, в которых отсутствуют экранирующие электроны?