Основы атомно-молекулярного учения

N2O5              28             80

 

Закон объемных отношений:

Объемы вступивших в реакцию газов относится между собой и к  объемам образующихся газообразных продуктов как простые целые числа.

2Н2О(г)+О2(г)=2Н2О

 

Закон эквивалентов

1. С п эквивалентами одного  вещества реагируют п эквивалентов  другого и образуются по п  эквивалентов всех простых реакций.

2Н2+О2=2Н 2О

4ээкв 4экв  4экв

2.Вещества реагируют в весовых  отношениях прямо пропорционально  молярным массам эквивалентов.

2Н2+О2=2Н 2О

m(Н2):m(O2)=M(fakH):M(fakO2)=fak(H 2O)

Эквивалентом элемента называется условная или реальная частица соответствующая одному  атому водорода в реакции обмена или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях

Фактор эквивалентности(fak)-число показывающая какая доля  реальной частицы с

оответствует одному атому водорода или одному электрону.

 

1.Fэкв элемента=1/вал .эл-та.                 FeCI3   f’экв(Fe)=1/3

2.fэкв кислоты=1/åН          fэкв(H 2SO 4)=1|2(если неизвестно уравнение реакции)

По уравнению реакции fэкв=1/åН,замещен;

H 3PO4+2NaOH=Na 2HPO4+H 2O

               f экв  (H 3PO4 )=1/2

3)fэкв основания=1/å(ОН)   f экв(Fe(OH)3=1/3(если неизвестно уравнение реакции)

По уравнению реакции  экв основания=1/æå(ОН-)

Fe(OH)3 +HCI=Fe(OH)2CI+ H 2O

f(экв)  (Fe(OH)3=1|1=1

f экв(оксида и средней соли)=1/произведению числа атомов и валентности металла

f экв  (Fe 2O 3)=1/2*3=1/6  fэкв  (Na2 SO4 )=1/1*2=1/2

fэкв(кислой соли) зависит от уравнения реакции

Na 2HPO4+BaCI2=BaHPO4+2NaCI

f экв (Na HPO)=1/2+1=1/2

6. фактор эквивалентности основной соли зависит от уравнения реакции

Fe(OH)2CI+HCI=FeCI3+2H 2O

F экв Fe(OH)2CI=1/2*1=1/2(произведение замещенных и незамещенных гидроксид ионов)

7.Эквивалент двойной соли.

    Fэкв двойной соли =1/åпроизведений числа замещенных атомов на валентность металлов)

KAI(SO4)2+BaCI=BaSO4+KCI+AICI3

n(атомов:n(молекул)=nэквивалентов

n=m/M  M(f  0=f *M(x)  M(fHSO)=1/2*98 г/моль=49г/моль

Эквивалентный объем-это объём 1экв массы(только для газов)

Например: Молярная масса водорода 2г. Эквивалентная масса 1г

Моль водорода при нормальных условиях занимает объем  равный 22,4л

2г-22,4л

1г-х л     х=11,2л

Значение: закон применим для расчетов эквивалентной концентрации, и по уравнениям реакций

6.Закон Авагадро:В равных объемах  любых газов при одинаковых  условиях содержится  одинаковое  число молекул.

                                                                          1моль

          

 NА=6.02*1023молекул                                                                  Vm=22.4 моль/л 

7.Закон удельных теплоёмкостей: открыт Дюлонгом и Пти .

Произведение относительной атомной массы на удельную теплоёмкость простого вещества есть величина постоянная А  *с=6,4 ккал/г*град  А  *с=26 дж/моль*К

Значение: Позволяет рассчитать приблизительную  относительную атомную массу .

 

Лекция№2 тема  «Строение атома ,атомное ядро, квантово-механическая модель атома, формирование многоэлектронных атомов, свойства  атома»

Основные характеристики элементарных частиц:  

m-определяет инерционные и гравитационные свойства материи.

Z(заряд)-определяет собственный момент количества движения, спин  электрона, протона, нейтрона равный +1/2¯ или -1/2­

Продолжительность жизни(t)  

t(e)=5*1021лет

t(r)=2*1030лет

t(n)=16сек

протон 12r (21Н)                      a -частица    42a  (42Не)

нейтрон10n                              нейтрино  n (энергия)

электрон e-   0-1е-                                 антинейтрино n~

 позитрон  е+  +10е                    античастицы: е-+е+=2g(анигеляция)

Условие: спины одинаковые е-+е+=2g(анигеляция)

                 Спины разные е-­+е+¯®3g

Атомное ядро

Теория Иваненко: Ядро-система состоящие из р и n, которые могут взаимопревращатся.

åр ↔å n

1) 11р®10 n+0-1е+ n                    2) 10n®1+1р+0-1е+n~

 

 

Свойства ядра                                    åр ↔å n

        

     1. заряд ядра                                    общие: 1) m (масса)

                                                                             2) устойчивость

                                                                             3) способность вступать в ядерные реакции

                                                                             4) спонтанное деление (для некоторых  ядер)

1. Масса ядер (масс числа) Аr= åр+ån

                                                    ån= Аr- Z

Так как число р и n в ядрах различных элементов различно, то среди множества ядер выделяют изотопы (одинаковое åр), изобары (одинаковые å n+р), изотопы (одинаковые å n).

Изотопы                                       Изобары                                                      Изотоны

11Н (11р+О n)                                4019К(19р+21 n)=40нуклонов                    13654Хе(54р+82 n)

21D(11р+1 n)                                  4020Са(20р+20 n)=40нуклонов                  13856Ва(56р+82 n)

31Т(1р+2 n)                                   4018 Аr(18р+22 n)=4нуклонов                  13957Lа(57р+82 n)

 

2. Устойчивость-определяется соотношение  р и n чем> n, тем< из 1200ядер (с учетом массовых чисел) 900 неустойчивы. Цифры распада различны в зависимости от того, искусственны или  естественно радиоактивны.

 

Типы распада

                        Естественный                                            искусственный

1. a распад                                                                        1. a распад    

23892U ® 42a+23490Th                                                      24395 Am®42a+23893Np

2. Электронный распад                                                2. электронный распад

   (n превращается в р)                                                      24395 Am® 0-1е+24396Cm

 23892U ®01е+ 23893Np                                                      3. Позитронный распад

                                                                               (р превращается в n  рождается позитрон)

                                                                                    48 23   V®0+1е+4822Ti

 

Квантово-магнетическая модель атома водорода

 

Атом Н

1. по Бору (е—как частица)
2. Квантовая механика

(1е- и волна и частица)

 

                                                                                                                  n

+ Е един. харак.

 

 

Можно определить:                       Граничная поверхность       

Rа                                                                                   

n

Е

Объем пространства, ограниченной границы поверхностью называется атомной орбиталью (А.О.). А.О.- это область пространства вблизи ядра, где наиболее вероятна нахождение электрона. Форма и размер А.О. определяется только энергией электрона.

А.О. (n, l, ml, ms)

Электронный подслой (энергетический подуровень n, l)

(одинаковые по форме и близкие  по энергии)

Энергетический слой (энергетический уровень l)

(разные формы, но близкие по  энергии)

Слой –это совокупность энергетического состояния е в атоме, характеризуется одинаковым значением n)

Подслой- это совокупность энергетического состояния е в атоме, характеризуется одинаковым значением n, l.

n-главное квантовое число

l- орбитальное квантовое число

ml- магнитное квантовое число

Физический смысл: 1 n-главное квантовое число, характеризует слой, номер слоя, Е-е размер А.О. изменятся от 1 до 7.

l-орбитальное (побочное ) квантовое  число, характеризует подслой, названий  А.О., форму А.О. (зависит от n принимает все значения от 0 до n-1, для данного n). Сумма подслоев в слое равна n.

l (n=4)=0,1,2,3,4

              s,p,d,f (образуются характерные гибридные  облака)

3.  ml- магнитное квантовое число, характеризует энергию А.О. число А.О., ориентацию А.О. в пространстве зависит от l и  принимает все значения от -l до n +l.

Если l =3, ml[-3;3] принимает 7 значений это означает, что А.О. имеет7 ориентаций в пространстве

l=0,  ms =0  1S- А.О.- ориентация

l=1, то  ml =-1,0,+1 имеет 3 ориентации

l=Р,  ml=-2,-1,0,+1,+2 имеет 5 ориентаций

 

Число А.О. в подслое определяется числом значений ml , при данном орбитале l.

Sат. орб. в подслое=2 l+1

 

4.  ms (s) –спиновое квантовое число для е=+1/2 и -1/2 .

Используя квантовые числа можно вывести структуру слоев и подслоев для атома Н.

n=1    l=0  ml =0  1s2

n=2    l=0.1  2р,2 s   ml =0,2s –А.О. ml =-1,0,1  2р-А.О.

n=3    l=1 s подслой      ml=0       3 s

          l=1-3р подслой    ml=-1,01 3рА.О.

          l=2-3d подслой     ml=-2,-1,0,1,2 3d А.О.

n=4       l=0  4 s подслой ml   4 s

4слой   l=1 4р подслой  ml=-1,01    4р

              l=2  4d подслой   ml=-2-1012  4d

             l=3   4f подслой     ml=-3-2-10123  4 f

å А.О. в слое = n2      След идет возростание кв. числа

1 s2 s2р3 s3р3 d4 s4р4 d4 f-

Е ®увеличивается для Н и водородаподобных атомов (при р-давлении в млн.атм.) единственный е атома Н- основное состояние распределяется в 1 квантовом слое s и s А.О.

Н   1 s1- основной состав

Н    *1 s2 s1- возбужденное состояние

Основным –называется  состояние, при котором е-ны в атоме имеют мимнимальное возможное значение энергии.

Возбужденным называется состояние при котором хотя бы 1 е имеют максимальное значение  энергии в атоме.

Электрон в атоме Н может перемещаться по подслоям пока вообще не потеряет связь с ядром, превращаясь в протон.

 

Структуры многоэлектронных атомов

Предположим, что в многоэлектронных атомах, как и в атоме Н имеются слой, подслой и А.О. Но поскольку е становиться больше 1 поэтому положение их в атоме определяется

3 правилами.

1 Принцип Паули В атоме не может быть двух электронов с одинаковыми значениями всех четырех квантовых чисел.

2р 1) n=2                     2)  n=2

          l=1                           l=1

          ml=-1                       ml=-1

          ms=+1/2                   ms=-1/2

2 Правила Гунда В пределах подслоя е распределяется таким образом, чтобы их суммарный спин был максимальным.

Sms=+1/2-1/2+1/2+1/2=+1                    Sms=-1/2+1/2-1/2+1/2=0

Заполнение подслоя идет сначала е-ов с одинаковыми спинами, а затем противоположенными.

3 Принцип наименьшей энергии Экспериментально установлено, что в многоэлектронных атомах возрастания энергии слоев и подслоев происходит в следующем порядке:

1s-2s-2p-3s-3p-4s-3d-4p-5s-4d-5p-6s-4f-5d-6p-7s-5f-6d-7p-для многоэлектронных атомов.

Вывести ряд возрастания энергии для многоэлектронных атомов на основе двух правил Кличковского 1правило Возрастание энергии происходит в соответствии с суммой Sn+l квантовых чисел.

2 правило При одинаковой Sn+l энергия возрастает в соответствии с увеличением значения главного квантового числа.

n+l=1               n=1   l=0 (1s)              n+l=3           n=2      l=1(2p)

n+l=2               n=2    l=0(2s)                                   n=3      l=0(3s)

n+l=4               n=3     l=1(3p)             n+l=5            n=3     l=2(3d)

                         n=4     l=0(4s)                                  n=2     l=1(4p)

n+l=6               n=4      l=2(4d)                                 n=5      l=0(5s)

                         n=5     l=1(5p)

                         n=6     l=0(6s)

 

Способы изображения электронной конфигурации

1. Электронная формула это условное  изображение электроой конфигурации  атома с помощью квантовых  чисел.

126С           Z=N=6=Sp                               1s22s22p2

­

­

||

||

              (6p+6n)= SeC        

 

2. Электронно-ячеячная (графическая) формула основное состояние

 

||

­

­

||

                     С            

 

|

|

|

Возбужденное состояние    C*

|

||

 

 

 

3. Орбитальная диаграмма        Элементы исключения: Сu, Ag, Au

один S e внешнего слоя проваливается на d-подслой предыдущего слоя.

Cu   4s23d9    теоретически

       4s13d10   реально

2. La, Ac –один de появиться раньше 4fe

La -6s24f15d0 теоретически 6s24f105d1 -реально

3.Pd-два  Se  с внешнего слоя проваливаются на d подслой предыдущего

 Pd    5s24d8 –теоретически   5s04d11 –реально (незаконно занимает свое место)

Физический смысл периодического закона

1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p

 

1 H    1s1

2 He  1s2

3 Li   1s22s1

4 Be  1s22s2

5 B   1s22s22p1

6 C   1s22s22p2

При монотонном возрастании заряда ядра периодически повторяются подобные электронные конфигурации. Свойства атомов и соединении зависят от строения атома, поэтому и свойства повторяются периодически.