Общетеоретическая часть. Строение атома. Периодическая система элементов

Строение атома. Периодическая система элементов

И методические указания. Методика решения

Общие теоретические основы разделов курса

типовых задач. Задания к самостоятельной работе

Хотя атом являет собой очень сложно организованную структурную единицу материи, но для предсказания ряда свойств элементов в первую очередь необходимо иметь сведения об электронном строении. Современные квантово-механические представления описывают состояние электрона в атоме с помощью четырёх квантовых чисел.

Главное квантовое число n (n = 1,2,3, …∞) определяет энергию уровня и расстояние его от ядра и таким образом характеризует и находящиеся на нём электроны. Чем больше n, тем выше энергия электрона и тем дальше от ядра он находится.

В рамках одного уровня электроны могут находиться на подуровнях (орбиталях). Вид подуровня определяется орбитальным квантовым числом ℓ (ℓ = 0, 1, 2, 3, 4, … n-1). На первом энергетическом уровне имеется s – орбиталь (ℓ = 0), втором – s и p (ℓ = 1), третьем – s, p и d (ℓ = 2), четвёртом s, p, d и f (ℓ =3). Орбитали электронов с ℓ=0 имеют сферическую форму, и электроны на них называются s-электронами. Электроны с ℓ=1 называются p-электронами, их электронные облака имеют форму гантели. Электроны с орбитальными квантовыми числами 2 и 3 имеют более сложную форму орбиталей и называются, соответственно, d- и f-электронами.

Магнитное квантовое число m_ℓ определяет ориентацию орбитали в пространстве. Значения m_ℓ изменяются в диапазоне от – ℓ до + ℓ (всегда целочисленные). Так, для s-подуровня (ℓ=0) m_ℓ =0, т.е. имеется одна орбиталь, на p-подуровне (ℓ=1) – три орбитали, т.к. m_ℓ=-1; 0; +1; на d-подуровне при ℓ=2 m_ℓ=-2; -1; 0; +1; +2 – пять орбиталей.

Спиновое квантовое число m_s характеризует момент вращения электрона вокруг собственной оси (спин) и принимает значения +1/2 и -1/2. Электроны с разными спинами обычно обозначаются противоположно направленными стрелками ↑ или ↓.

Cогласно принципу запрета Паули, в атоме не может быть двух электронов, у которых все 4 квантовых числа одинаковы. На одной атомной орбитали может быть не более 2-х электронов с антипараллельными спинами (↑ и ↓). Отсюда вытекает максимальная наполняемость орбиталей (2, 6, 10 и 14 для s-, p-, d- и f-подуровней соответственно). Правило Хунда определяет последовательность заполнения конкретных орбиталей: подуровни заполняются таким образом, чтобы суммарный спин был максимален.

В соответствии с принципом наименьшей энергии заполнение орбиталей происходит в следующем порядке:

1s – 2s – 2p – 3s – 3p – 4s – 3d – 4p – 5s – 4d – 5p – 6s(5d) – 4f – 5d –

– 6p – 7s(6d) – 5f – 6d – 7p

Периодическая система химических элементов отражает закономерности изменения их свойств. Проявление химических свойств элементов определяется конфигурацией внешних энергетических уровней атомов.

Отвечая на вопросы, связанные с изменением свойств элементов по группам и периодам, следует опираться на такие параметры, как энергия ионизации, сродство к электрону, заряд ядра, размеры атома, «эффект экранирования».

Дата добавления: 2015-07-02