Современная модель строения атома

Литература

1. Семенова Е. В., Кострова В. Н., Федюкина У. В. Химия. – Воронеж: Научная книга – 2006, 284 с.

2. Коровин Н.В. Общая химия. - М.: Высш. шк. – 1990, 560 с.

3. Глинка Н.Л. Общая химия. – М.: Высш. шк. – 1983, 650 с.

4. Угай Я.А. Общая и неорганическая химия. - М.: Высш. шк. – 1997, 550 с.

Лекция 2 (2 ч)

Тема 1. Строение вещества. Периодическая

система элементов Д. И. Менделеева

Цель лекции: рассмотреть современную модель строения атома, двойственную природу электрона; физический смысл квантовых чисел; правила заполнения многоэлектронных атомов: принцип минимальной энергии, принцип Паули, правила Гунда и Клечковского; периодические свойства элементов: энергия ионизации, сродство к электрону, ЭО, атомные радиусы; структура периодической системы элементов Д. И. Менделеева.

Изучаемые вопросы:

1.1. Современная модель строения атома

1.2. Квантовые числа

1.3. Строение многоэлектронных атомов

1.4. Периодические свойства элементов

1.5. Периодическая система элементов Д.И.Менделеева

В основе современной теории строения атома лежат работы Дж. Томсона (который в 1897 г. открыл электрон, а в 1904 г. предложил модель строения атома, согласно которой атом – это заряженная сфера с вкрапленными электронами (модель «кекс с изюмом»)), Э. Резерфорда (который в 1910 г. открыл ядро и предложил ядерную планетарную модель атома), М. Планка (который в 1900 г. высказал предложение, что вещества поглощают и пропускают энергию дискретными пропорциями, названными им квантами), Н. Бора (который в 1910 г. предложил модель строения атома водорода), А. Эйнштейна (который в 1905 г предсказал, что любое излучение представляет собой поток квантов энергии, назваными им фотонами), Луи де Брайля (который в 1924 г. выдвинул предложение, что электрон характеризуется также корпускулярно-волновым дуализмом), В. Гейзенберга (который в 1927 г. постулировал принцип неопределенности), Э. Шредингера (который в 1926 г. вывел математическое описание поведения электрона в атоме) и многих других. Работы этих ученых заложили основу квантовой механики, изучающей движение и взаимодействие микрочастиц.

Современная модель строения атома базируется на четырех положениях:

1. В центре атома находится положительно заряженное ядро, занимающее ничтожную часть пространства внутри атома (например, радиус атома водорода сост. 0,046 нм, а радиус протона или ядра атома водорода составляет 6,5^.10^-7 нм).

2. Положительный заряд и почти вся масса атома сосредоточены в ядре атома.

3. Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов (общее название нуклоны). Число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента, а сумма чисел протонов (p) и нейтронов (n) соответствует его массовому числу.

4. Вокруг ядра по орбиталям вращаются электроны. Число электронов в невозбужденном (основном) сост. равно заряду ядра (табл. 1).

Различные виды атомов имеют общее название – нуклиды. Нуклиды с одинаковым зарядом, различными массовыми числами и числом нейтронов в ядре называется изотопами. Нуклиды с одинаковыми массовыми числами, но различными зарядами ядра и числа нейтронов в ядре называются изобарами. Нуклиды с одинаковым числом нейтронов, но различным зарядом и массовым числом называется изотонами.

В соответствии с представлениями квантовой механики, электрон обладает двойственной природой, т.е. корпускулярно-волновым дуализмом: с одной стороны электрон – это частица, которая имеет массу, заряд и скорость движения; а с другой стороны электрон проявляет волновые свойства, такие как способность к дифракции, интерференции и особенности движения. Согласно принципу неопределенности В. Гейзенберга невозможно точно определить энергию и положение электрона, поэтому в квантовомеханической модели атома используют вероятностный подход для характеристики положения электрона. Вероятность нахождения электрона в определенной области пространства описывается квадратом волновой функции Ψ² (пси), которая характеризует амплитуду волны, как функцию координат электрона. Электрон может находиться в любой части околоядерного пространства, однако вероятность его нахождения в разных частях этого пространства неодинакова.

Таблица 1.

Свойства электронных частиц образующих атомы

Частицы	Обозна-чение	Масса покоя	Заряд
г	a. е м.	В единицах массы электрона	Кл	В единицах заряда электрона
Электрон	-^0e или е	9,110*10^-28	0,000549		-1,6*10^-19	-1
Протон	^1p или р	1,673*10^-24	1,007276		1,6*10^-19	+1
Нейтрон	^1n или n	1,675*10^-24	1,008665

Пространство вокруг ядра, в котором вероятность нахождения электрона достаточно велика, называется орбиталью.

Орбиталь характеризует вероятность нахождения электрона в определенном пространстве вокруг ядра. Она ограничена в трехмерном пространстве поверхностями той или иной формы. Вероятность нахождения электрона внутри данной области пространства составляет не менее 95 %.

Волновая функция входит в уравнение Шредингера, решение которого позволяет описать поведение электрона в атоме. Точно это уравнение решено для атома H и ионов He⁺, Li²⁺, H₂⁺. Оно имеет бесконечно большое число решений, поскольку энергия электрона может принимать бесконечно большое число квантовых значений, однако все решения можно разделить на три серии и ограничиться только теми значениями энергии, которые один электрон может принимать в поле ядра атома водорода (протона). Три серии решения уравнения объединяются значениями связанных между собой квантовых чисел, т.е. положения электрона в атоме описывается четырьмя квантовыми числами.

Дата добавления: 2013-12-12