8.Строение и св-ва атомов

Вопрос: Строение многоэлектронных атомов: принципы и правила размещения электронов в атоме. Исключения из правил Ключковского.

Последовательное заполнение орбиталей электронами определяют электронную конфигурацию атома. Количество электронов на орбитали каждого типа указаваютверхниминдыксом, а их сумма определяет общее число электронов.

Электроны в атоме заполняют атомные орбитали в соответствии с правилами и принципами:

1).Принцип минимальной энергии

Электроны в атоме стремятся занять в первую очередь те атомные орбитали , к которым соответственно наименьшее значение энергии электрона.

2). Правило Бунда

В пределах 1 подуровня электроны располагаются так, чтобы их суммарный спин был максимальный.

3). Принцип Пауля

В атоме не может 2-х электронов имеющих одинаковый набор всех 4-х квантовых чисел.

На каждой орбитале не может находиться не более 2-х электронов отличающихся друг от друга спинами.

4).Правило Крючковского

С ростом атомного N элем. электроны размещаются на атомной орбитале последовательно по мере возрастания суммы кв.чиселm+e, при одинаковых значениях суммы раньше заполненных атомных орбиталей с наименьшим главным кв.числом. с заполнением энергетического уровня соответствует каждому ряду.

Исключения:Эмпирическое правило Клечковского и вытекающее из него схема очерёдностей несколько противоречат реальной энергетической последовательности атомных орбиталей только в двух однотипных случаях: у атомов Cr, Cu, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Pt, Au имеет место “провал” электрона с s-подуровня внешнего слоя на d-подуровень предыдущего слоя, что приводит к энергетически более устойчивому состоянию атома, а именно: после заполнения двумя электронами орбитали 6s следующий электрон появляется на орбитали 5d, а не 4f, и только затем происходит заселение четырнадцатью электронами 4f орбиталей, затем продолжается и завершается заселение десятиэлектронного состояния 5d. Аналогичная ситуация характерна и для орбиталей 7s, 6d и 5f.

9.Строение и св-ва атомов

Вопрос: Окислительно-восстановительные св-ва атомов и ионов: энергия ионизации, энергия сродства к электрону, электро-отрицательность, орбитальный радиус.

Энергия ионизации — разновидность энергии связи или, как её иногда называют, первый ионизационный потенциал (I1), представляет собой наименьшую энергию, необходимую для удаления электрона от свободного атома в его низшем энергетическом (основном) состоянии на бесконечность.

Энергия ионизации является одной из главных характеристик атома, от которой в значительной степени зависят природа и прочность образуемых атомом химических связей. От энергии ионизации атома существенно зависят также восстановительные свойства соответствующего простого вещества.

Для многоэлектронного атома существуют также понятия второго, третьего и т. д. ионизационных потенциалов, представляющих собой энергию удаления электрона от его свободных невозбуждённых катионов с зарядами +1, +2 и т. д. Эти ионизационные потенциалы, как правило, менее важны для характеристики химического элемента.

Энергия ионизации всегда имеет эндо-энергетическое значение (это понятно, так как чтобы оторвать электрон от атома, требуется приложить энергию, самопроизвольно это произойти не может).

На энергию ионизации атома наиболее существенное влияние оказывают следующие факторы:

1). Эффективный заряд ядра, являющийся функцией числа электронов в атоме, экранирующих ядро и расположенных на более глубоко лежащих внутренних орбиталях; 2).Радиальное расстояние от ядра до максимума зарядовой плотности наружного, наиболее слабо связанного с атомом и покидающего его при ионизации, электрона;

3).Мера проникающей способности этого электрона;

4).Меж-электронное отталкивание среди наружных (валентных) электронов.

На энергию ионизации оказывают влияние также и менее значительные факторы, такие, как квантово-механическое обменное взаимодействие, спиновая и зарядовая корреляция и др.

Энергии ионизации элементов измеряется в Электрон-вольт на 1 атом или в Джоуль на моль.

Энергией сродства атома к электрону, или просто его сродством к электрону (ε), называют энергию, выделяющуюся в процессе присоединения электрона к свободному атому Э в его основном состоянии с превращением его в отрицательный ион Э^-(сродство атома к электрону численно равно, но противоположно по знаку энергии ионизации соответствующего изолированного однозарядного аниона).

Э + e− = Э− + ε

Сродство к электрону выражают в килоджоулях на моль (кДж/моль) или в электрон-вольтах на атом (эВ/атом).

В отличие от ионизационного потенциала атома, имеющего всегда эндо-энергетическое значение, сродство атома к электрону описывается как экзо-энергетическими, так и эндо-энергетическими значениями

Электро-отрицательность характерная способность атомов притягивать и удерживать электроны , как свои собственные, так и дополнительные.

Электро-отрицательность может быть определена :

,где J₁^А и ε_А— соответственно энергия ионизации атома и его сродство к электрону.

Орбитальный радиус:

Рассчитанные методами квантовой механики радиусы главных максимумов радиальной плотности электронов на отдельных орбиталях атомов и ионов называются орбитальными радиусами. Они не являются границами распространения электронной плотности в данном состоянии, а указывает только на наибольшую вероятность встретить электрон именно на этом расстоянии от ядра.

Расстояния от ядра до максимума электронной плотности внешней орбитали атома или иона определяют атомный или ионный орбитальный радиусы, которые указывают на размеры атома или иона в свободном состоянии, т. е. до образования ими химической связи.