5. Периодический закон и его сущность.

4. Спиновое квантовое число s может принимать лишь два возможных значения +1/2 и -1/2. Они соответствуют двум возможным и противоположным друг другу направлениям собственного магнитного момента электрона, называемого 

спином. Для обозначения электронов с различными спинами используются символы:   и  .

Порядок заполнения электронами орбиталей в многоэлектронных атомах.

Согласно принципу минимума энергии, наиболее точным состоянием атома будет то, при котором электроны размещаются на орбиталях с наименьшей энергией. Состояние атома, которое характеризуется минимальным значением энергии электрона называется основным (невозбужденным).Порядок заполнения орбиталей энергетически определяется: 1).принцип минимума энергии 2).принцип Паули 3).правило Хунда

Принцип наименьшей энергии

Так появление второго электрона у атома гелия приводит к тому, что на эффект взаимодействия электрона с положительным ядром, влияет еще и сила отталкивания электронов между собой. При дальнейшем росте электронов, внутренние или основные электроны препятствуют взаимодействию внешних с ядром. То есть внутренние электроны экранируют внешние, В связи с этими причинами в многоэлектронных атомах различаются подуровни с соответственно различным значением энергии. Порядок чередования подуровней определяется двумя правилами Клечковского:1).Меньшая энергия отвечает подуровню с меньшим значением суммы n+l 2).При одинаковых значениях суммы меньшая энергия отвечает подуровню с меньшим значением m.

Принцип Паули.В атоме не может быть двух электронов с одинаковым наборов квантовых чисел. Таким образом, на одной орбитали может находится не более двух электронов, причем с разными спинами вращения.

Правило Хунда. Подуровень заполняется таким образом, чтобы их суммарный спин был максимальным. То есть в пределах подуровня сначала заполняется максимальное число квантовых ячеек.

Характер изменения химических свойств элементов по мере увеличения их порядкового номера. При увеличении порядкового номера в периодах слева направо нарастают неметаллические (кислые) свойства. В группах нарастают металлические (основные свойства). Это приводит к тому, что вблизи диагонали проведенной из левого верхнего угла в правый нижний элементы образующие соединения амфотерного характера. Кроме того, периодическое изменение свойств элементов с увеличением порядкового номера объясняется периодическим изменением строения атомов, а именно числом электронов на их внешних энергетических уровнях.

2. Типы химических соединений. Химические соединения делят на классы: неорганические и органические.

Некоторые виды cложных неорганических соединений:

оксиды (H2O, CaO, CO2, P2O5 (P4O10) и др.)

гидроксиды: основания (Na(OH), Ca(OH)2 и др.)

кислородосодержащие кислоты (HNO3, H2SO4, H3PO4)

амфотерные гидроксиды (Al(OH)3, Fe(OH)3 и др.)

бескислородные кислоты (HCl, HCN и др.)

нитриды (NH3, Si3N4 и др.)

соли (NaCl, KNO3, Fe2(SO4)3, LiBr и др.)

кристаллогидраты: (CuSO4·5H2O и др.)

комплексные соединения: (K3[Fe(CN)6] и др.)

Органические соединения, органические вещества — класс химических соединений, в состав которых входит углерод (за исключением карбидов, угольной кислоты, карбонатов, оксидов углерода и цианидов).

Неорганическое вещество или неорганическое соединение — это химическое соединение, которое не является органическим, то есть оно не содержит углерода (кроме карбидов, цианидов, карбонатов, оксидов углерода и некоторых других соединений, которые традиционно относят к неорганическим). Неорганические соединения не имеют характерного для органических углеродного скелета.

Химическая номенклатура неорганических соединений.

В настоящее время для названия химических элементов используют тривиальную и рациональную номенклатуру, причем последняя делится на русскую, полусистематическую (международную) и систематическую.

В тривиальной номенклатуре используют исторически сложившиеся собственные имена химических веществ. Они не отражают состав химических соединений. Пример: СаО – негашеная известь, N2О – веселящий газ.

В рамках русской номенклатуры используют для названия химических соединений корни русских названий, а в полусистематической – латинских. Чтение формул химических соединений начинается справа налево. И русская и полусистематическая номенклатуры в полной мере отражаю состав химических соединений. Пример: СаО – окись кальция (оксид кальция), N2O – полуокись азота (оксид азота I).

В целях унификации и упрощения формирования названий международный союз теоретической и прикладной химии предложил иную систему формирования химических соединений. Согласно этим правилам называть эти вещества следует слева направо. Пример: СаО – кальций оксид, N2O – диазот оксид.

В настоящее время самые распространенные в использовании русская и полусистематическая номенклатура.

Соли и их номенклатура. Соли - тип сложных веществ, в состав которых входят катионы металла Ме(n)+(или катионов аммония  соли фосфония  или гидроксония  ) и анионы кислотного остатка А(m).

Соли с общей формулой Ме_nА_m называют средними солями, а соли с незамещенными атомами водорода, - кислыми солями. Иногда соли содержат в своем составе также гидроксид - или(и) оксид - ионы; такие соли называют основными солями.

Существуют еще двойные, смешенные и комплексные соли. Большинство солей независимо от их растворимости в воде являются сильными электролитами.

3. Закон Авогадро. Одинаковые объемы различных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержат одинаковое число молекул. Авогадро предположил, что молекулы простых газов состоят из двух одинаковых атомов. Таким образом, при соединении водорода с хлором их молекулы распадаются на атомы, которые образуют молекулы хлористого водорода. Из одной молекулы хлора и одной молекулы водорода образуется две молекулы хлористого водорода.

Следствия закона Авогадро. Равные количества газообразных веществ, находящихся при одинаковых условиях (давлении и температуре), занимают равные объемы. В частности: при нормальных условиях 1 моль любого газа занимает объем, равный 22.4 литра. Этот объем называют молярным объемом газа. Нормальные условия: 273К, 760мм рт. ст. или 1,01*10^5Па.

Плотности любых газообразных веществ, находящихся при одинаковых условиях (Т, Р), относятся как их молярные массы. Отношение плотностей – относительная плотность одного газа по другому (Dотн.), тогда отношение молярных масс – тоже равно Dотн.

Если относительная плотность газа определена по водороду или по воздуху, то значение μ=2Dн и μ=29Dвозд. Где 29 – мольная масса воздуха.

Если газ находится в реальных условиях, то его объем вычисляется по формуле Менделеева-Клапейрона:

P*V=(m/μ)*R*T, где R=8,31 Дж/моль*К

Эквивалент. Эквивалентом вещества (элемента) Э называется такое его количество, которое взаимодействует с одним молем атомов водорода или вообще с одним эквивалентом любого другого вещества (элемента).

Эквивалентная масса (Эм) называется масса одного эквивалента вещества (элемента).

Эквивалентные массы простых соединений.

Эквивалентную массу любого элемента можно определить по формуле: Эм=μ/СО, где СО- абсолютная величина степени окисления в соединениях. Поскольку большинство элементов имеют переменную степень окисления, то значения их эквивалентов в различных соединениях различно.

Закон эквивалентов. Массы реагирующих веществ, а также продуктов реакции пропорциональны их эквивалентным массам. m1/m2=Эм(1)/Эм(2). Для химической реакции:

νаА+νвВ=νсС+νдД справедливо nЭм(А)=nЭм(В)=nЭм(С)=nЭм(Д)

Где nЭм – число эквивалентных масс. Поэтому если известно число эквивалентных масс одного из веществ, то отпадает необходимость в подсчете числа Эм оставшихся веществ. Очевидно, что число эквивалентных масс равно отношению массы вещества к эквивалентной массе.

Закон эквивалентов для эквивалентных объемов записывается в следующем виде: V1/V2=Эv1/Эv2

Эквивалентные массы сложных соединений.

На основе закона эквивалентных масс справедливы следующие формулы для расчета Эм:

Эм(оксида)=μ(оксида)/∑СОэл-та ,где ∑СОэл-та – суммарная степень окисления одного из элементов (она равна произведению степери окисления элемента на число атомов этого элемента)

Эм(соли)=μ(соли)/∑z , где ∑z – суммарный заряд иона (катиона или аниона). Эм(кислоты)=μ(кислоты)/nh(основность-число Н)

Эм(основания)=μ(основ.)/nоh(кислотность основания – число ОН)

H3PO4+2KOH=K2HPO4+2H2O

3Ca(OH)2+H3PO4=(CaOH)3PO4+3H2O

Al2(SO4)3+6KOH=2Al(OH)3+3K2SO4

4. Строение атома. В атоме каждого элемента (кроме 1H) присутствуют протоны, нейтроны и электроны, причем протоны и нейтроны сосредоточены в ядре атома, а электроны - на его периферии (в электронной оболочке). Число протонов в ядре равно числу электронов в оболочке атома и отвечает порядковому номеру этого элемента. Электронная оболочка атома представляет собой сложную систему. Она делится на подоболочки с разной энергией (энергетические уровни); уровни, в свою очередь, подразделяются на подуровни, а подуровни включают атомные орбитали, которые могут различаться формой и размерами (обозначаются буквами s,p,d,f...)

Принципы квантовой механики.

Электрон является объектом микромира и в своем поведении он подчиняется особым законам, не похожим на законы макромира. Движение объектов микромира описывается не законами механики Ньютона, а законами квантовой механики. Квантовая механики основывается на двух основных принципах.

Принцип корпускулярно-волнового дуализма. Согласно этому принципу поведение объектов микромира может быть описано как движение частицы (корпускулы) и как волновой процесс. Физически это представить невозможно. Математически это описывается уравнением Де Бройля:

ק=(h*ν)/m*υ, где ν – длина волны, соответствующая электрону массой m и движущегося со скоростью υ.

Принцип неопределенности Гейзенберга.

Для электрона не возможно с какой либо точностью определить координату х и импульс (px=m*Vx, где Vx – скорость электрона в направлении координаты х)

ΔxΔp≥h/2∏

Неопределенности (погрешности) нашего знания о величинах х и рх. Мы можем говорить лишь о вероятностном расположении электрона в этом месте. Чем точнее мы определяем х, тем неопределеннее для нас становится величина рх. Из этих двух принципов складывается вероятностно-статистический характер квантовой механики.

Волновая функция.

Так как электрон обладает волновыми свойствами, поэтому характер его движения в вакууме описывается при помощи волновой функции (Ψ – пси), которая в свою очередь зависит от трех переменных: x,y,z; обладает замечательным свойством: квадрат волновой функции определяет относительную вероятность нахождения электрона в данной точке. С точки зрения квантовой механики электрон может находиться в любой точке пространства, но с разной вероятностью. Если бы нам удалось фотографировать электрон через малые промежутки времени, то при наложении этих фотографий мы бы получили картинку, кот называется электронным облаком. Чем плотнее расположены точки, тем больше плотность электронного облака, тем больше значение квадрата волновой функции и тем чаще встречается электрон в этих местах. Электронное облако не имеет четких границ. Поэтому электронным облаком принято называть ту область пространства, которой электрон отдает 90% своего времени. Учитывая волновые свойства электрона, используя два принципа квантовой механики, а Шредингер дал математическое описание поведения электрона в вакууме. Если в уравнение Шредингера поставить волновую функцию, описывающую определенное состояние электрона, то решением уравнения будет энергия электрона в этом состоянии.

Квантовые числа.

Квантовые числа — энергетические параметры, определяющие состояние электрона и тип атомной орбитали, на которой он находится.

Главное квaнтовое число n определяет общую энергию электрона и степень его удаления от ядра(номер энергетического уровня); оно принимает любые целочисленные значения, начин.с 1 (n=1, 2, 3,...)

Орбитальное (побочное или азимутальное) квантовое число l определяет форму атомной орбитали. Оно может принимать целочисленные значения от 0 до n-1 (l = 0, 1, 2, 3,..., n-1). Каждому значению l соответствует орбиталь особой формы. Орбитали с l = 0 называются s-орб., l = 1 – р-орб. (3 типа, отличающихся магнитным квантовым числом m), l = 2 – d-орб. (5 типов),

l = 3 – f-орб. (7 типов).

Магнитное квантовое число. Обозначается m. При данном l, m принимает следующие значения: m=0, ±1, ±2, … ±l. Итого 2l+1 значений. Магнитное квантовое число определяет ориентацию электронного облака в пространстве, то есть описывает поведение электрона во внешнем магнитном уровне.

Волновая функция определенная данным набором квантовых чисел, называется атомной электронной орбиталью.

Орбиталь в отличие от орбиты указывает на вероятностный характер описания электрона в атоме. АО-состояние электрона в атоме, характеризуемое значениями квантовых чисел, то есть определенными размерами, формой, расположением в пространстве электронных облаков. Графически атомная орбиталь изображается в виде квантовой ячейки. Число значений m при заданном l определяет число орбиталей в квантовом уровне.

1. Химия – часть естествознания. Химия-наука о веществах. Она изучает вещества и их превращения, сопровождающиеся изменением внутреннего строения вещества и электронной структуры взаимодействующих атомов, но не затрагивающие состав и структуру ядер. Известно около 7000000 химических соединений и из них 400000 неорганических.

Химия – одна из фундаментальных дисциплин. Она является частью естествознания, наук о природе. Она связана с множеством других наук, таких как физика, медицина, биология, экология и т.д.

Химические и физические процессы.

Химические реакции всегда сопровождаются физическими эффектами: поглощением и выделением энергии, например, в виде теплопередачи, изменением агрегатного состояния реагентов, изменением окраски реакционной смеси и др. Именно по этим физическим эффектам часто судят о протекании химических реакций.

Химические процессы, протекающие в веществе, отличаются и от физических процессов, и от ядерных превращений. В физических процессах каждое из участвующих веществ сохраняет неизменным свой состав (хотя вещества могут образовывать смеси), но могут изменять внешнюю форму или агрегатное состояние.

В химических процессах (химических реакциях) получаются новые вещества с отличными от реагентов свойствами, но никогда не образуются атомы новых элементов. В атомах же участвующих в реакции элементов обязательно происходят видоизменения электронной оболочки.

В ядерных реакциях происходят изменения в атомных ядрах всех участвующих элементов, что приводит к образованию атомов новых элементов.