14. Химия. Стехиометрические законы. Строение атома. Заполнение электронных оболочек.

Химия – наука о веществах, их свойствах, строении и превращениях, происходящих в результате химических реакций, а также фундаментальных законах, которым эти превращения подчиняются.

Химия:

1. классическая 1860 – 1930

2. современная (квантовая) химия 1930 - …

В период становления классической химии были открыты важные законы:

1) Закон сохранения масс вещества (Ломоносов) 1748 -1756

Масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе, получившихся в результате реакции.

2. Закон постоянства состава (Пруст) 1801

Каждое чистое соединение независимо от его способа получения всегда имеет один и тот же состав.

2. Закон кратных отношений (Дальтон) 1803

Если 2 элемента могут образовывать между собой несколько соединений, то массовые доли любых из элементов из этих соединений относятся друг к другу как небольшие целые числа.

2. Закон Авогадро 1811

В равных объёмах газа при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул.

Число частиц равных числу Авогадро получило название моль – это единица количества вещества.

Квантовая химия Строение атома.

Атом - наименьшая частица химического элемента, обладающая всеми его свойствами. Атом состоит из + заряженного ядра. Ядро состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов. Вокруг ядра на значительном расстоянии находятся электроны, образующие электронное облако. Взаимодействуя, атомы могут образовывать молекулы.

Атомы неделимы химическим путём.

Состояние электрона в атоме определяется набором 4-х квантовых чисел:

1) главного n (=1,2,3,…)

2) Орбитального l (= 0,1,2,…n-1)

3) магнитное m (-l, -l+1, …, -1, 0, 1, …l)

4) магнитно - спиновое n_s (1/2,-1/2)

Спиновое связано с вращением вокруг собственной оси.

Квантовые числа n, l характеризуют размер и форму электронного облака. Квантовое число n ориентацию электронного облака в пространстве.

Орбитальное квантовое число определяет величину момента импульса электрона в вакууме. Магнитное квантовое число определяет величину момента импульса в заданном направлении, то есть длина вектора будет определяться магнитным квантовым числом.

Квантовые числа – определяют форму окружности.

1) l=0,m=0 => s-электрон

2) m=+-1, l=1 => р – электрон

m=0, l=1

3) l=2 => d - электрон 4) l=3 => f – электрон 5) l=4 => g – электрон

Заполнение электронных оболочек:

1) Принцип запрета Паули (в одном и том же атоме не может быть более одного электрона с одинаковым набором 4-х квантовых чисел),

2) Принцип минимальной энергии (электроны заполняют обитали в порядке возрастания их энергии),

3) Правило Кличковского (Заполнение электронами орбиталей в атоме происходит в порядке возрастания суммы главного и орбитального квантовых чисел . При одинаковой сумме раньше заполняется орбиталь с меньшим значением ),

4) Правило Гунда определяет порядок заполнения орбиталей определённого подслоя и формулируется следующим образом: суммарное значение спинового квантового числа электронов данного подслоя должно быть максимальным.

Это означает, что в каждой из орбиталей подслоя заполняется сначала один электрон, а только после исчерпания незаполненных орбиталей на эту орбиталь добавляется второй электрон. При этом на одной орбитали находятся два электрона с полуцелыми спинами противоположного знака, которые спариваются (образуют двухэлектронное облако) и, в результате, суммарный спин орбитали становится равным нулю.

Совокупность электронов в многоэлектронном атоме, имеющих одно квантовое число n, называется электронной оболочкой. В каждой из оболочек электроны распределяются, как под оболочкой, соответствующему орбитальному числу. Номер оболочки соответствует количеству подоболочек в ней.

Электронные оболочки реальных атомов заполняются в соответствии с правилом Кличковского : по мере увеличения суммарного числа электронов в атомах (при возрастаний зарядов их ядер, или порядковых номеров химических элементов) атомные орбитали заселяются таким образом, что появление электронов на орбитали с более высокой энергией зависит только от главного квантового числа n и не зависит от всех остальных квантовых чисел, в том числе и от l. Физически это означает, что в водородоподобном атоме (в отсутствие межэлектронного отталкивания) орбитальная энергия электрона определяется только пространственной удаленностью зарядовой плотности электрона от ядра и не зависит от особенностей его движения в поле ядра. Поэтому энергетическая последовательность орбиталей в водородоподобном атоме выглядит просто: 1s<2s=2p<3s=3p=3d<4s=4p=4d=4f<5s...