Толмачев В.В., Скрипник Ф.В. Квазиклассическая и квантовая теория атома водорода (2008) (1135801), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Полностью заполненные электронамиГЛАВА 378замкнутые оболочки имеют также и атомы остальных инертных химических элементов.n = 3 , - - - - - - 3s,3p,3dn=22s,2pn=l------------- ls•• lв--iet---lsНенРис.•2s••lsLi3.3.Два атома Н и Не образуют 1-й период (из2 элементов) периодическойсистемы химических эдементов.В основном состоянии атома следующего элемента литияLi,начинающего 2-ой период (из 8 элементов), два электрона располагаются в замкнутой оболочке 18 2 , а третий- в так называемой открытой подоболочке28 2 (п= 2, l = 0).Литий является щелочным элементом, его валентность равнаиз его электронов-1.Одинвалентный, как у атомов всех щелочных элементов,легко отделяется от атома, который после этого превращается в ионLi+.5, 37 В, для гелия онлития Li+ имеет такую жеИонизационный потенциал лития небольшой, равенравен намного б6льшей величине:24,45В.
Ионэлектронную структуру 18 2 , как и атом гелия, и он ведёт себя как химически инертный атом.Атомы остальных щелочных элементов натрия Nа,рубидияCsRbи цезияпостроены аналогичным образом, они обладают единственным валентным электроном сверх замкнутых электронных оболочек.Следующий атом 2-го периода бериллий имеет4электрона. В его основном состоянии два электрона образуют замкнутую оболочку 18 2 , а двадругих заполняют подоболочку 28 2 (n = 2, l =О) оболочки:2s 2 2p6 (n = 2, l =О, l = 1).3.2.ПРИНЦИП ЗАПРЕТА ПАУЛИ79Эти два последних электрона сравнительно легко можно отделить отатома бериллия, после чего он превращается в инертный ион ве++ с заполненной оболочкой 1 s 2 , как у атома гелия.
Бериллий является щелочноземельным элементом с валентностьюмагнийMg, кальций Са,стронцийSr,2.Остальные элементы этой группыбарий Ба и ртутьHg обладают аналогичным строением, т. е. имеют по два электрона сверх замкнутых оболочек.Следующий атом 2-го периода бор В имеет5 электронов.В его основном состоянии два электрона заполняют замкнутую подоболочку 1s 2 , двадругих заполняют подоболочку 2s 2 , а пятый электрон находится в подоболочке:~2р 6 (n=2,l=1).Заполнение электронами одноэлектронных состояний с учётом принципа Паули можно продолжить и так посТроить атомы 2-ro периода С, N,O,F.Для инертного атома неона Ne все шесть состояний подоболочки 2р 6(n = 2, l = 1, m 1 = -1, О, 1, m 8 = ±1/2) заняты, т.
е. вся оболочка 2s 2 2p 6занята полностью электронами, является замкнутой, поэтому неон - инертный газ.Предшествующий атому неона атом 2-го периода, атом фтора F, имеет9 электронов, которые заполняют оболочку 1s 2 и оболочку 2s 2 2p 6 , но нехватает одного электрона, чтобы заполнить эту подоболочку 2р 6 (n = 2, l == 1). Валентность атома фтора поэтому равна -1. Это означает, что атомфтора легко превращается в отрицательный ион F-. К атому F добавляетсядесятый электрон, и образуется устойчивая инертная замкнутая оболочка:атомаNe.Периодическая система химических элементов имеет8групп.
Согласно излагаемой теории, это объясняется тем, что подоболочки s 2p 6 приn = 2, 3, ... имеют по 8 состояний для электронов (так как для l = О имеемmz =О, m 8 = ±1/2, т. е. два состояния, а для l = 1 имеем m1 = -1, О, 1,m 8 = ±1/2, т. е. ещё шесть состояний).В 3-м периоде имеем8элементов, так же как во 2-ом периоде. В атомах этих элементов сверх заполненных оболочек 1s 2 и 2s 2 2p 6 происходитзаполнение электронами восьми состояний подоболочки:80ДОПОЛI!ЕНИЕ К ГЛ.3Это заполнение завершается у атома аргонаAr,имеющего заполненные оболочки:1s 2 2s 2 2p6 Зs 2 Зр 6 .В 4-м, 5-м и 6-м периодах имеем не пос главным квантовым8, а по 18 элементов. В них18(= 2 + 6 + 10) одноэлектронных состоянийчислом n = 3 (для 4-го периода), с главным квантовым числом n(для 5-го периода) и с главным квантовым числомзаполняются электронами= 4n = 5 (для 6-го периода).
Последним элементом в 4-м периоде являетсяинертный газ криптон К r с полностью заполненной инертной замкнутойэлектронной оболочкой:Последним в 5-м периоде является инертный газ ксенон Хе с полностью заполненной инертной замкнутой электронной оболочкой:а последним в 6-м периоде является инертный газ радонRnс полностьюзаполненной инертной замкнутой электронной оболочкой:Начиная с лантанаLaв 6-м периоде и актиния Ас в 7-м периоде,происходит заполнение подоболочек4fсl= 3и5fсl = 3 (с их четырна14 элементов).дцатью состояниями) лантанидами и актинидами (их поТаким образом, квантовая теория Бора атома водорода, дополненнаяучётом электронного спина и принципом запрета Паули, позволяет объяснить структуру атомов химических элементов периодической системы.Дополнение к гл.3Развитие атомно-молекулярного учения в химииПредставление о том, что вещество состоит из очень маленьких микрочастичек-атомов сравнительно небольтого числа химических элементов,соединяющихся по-разному в молекулы, появилось и укрепилось в химиив началеXIX в.Хотя в физике вплоть до1912-14 гг.(до знаменитых опытовПеррена и Сведберга с броуновскими частицами) господствовало представление, что вещество непрерывно и бесконечно делимо, что никаких атомови молекул в природе не существует.81РАЗВИТИЕ АТОМНО-МОЛЕКУЛЯРНОГО УЧЕНИЯ В ХИМИИАтомы в химию ввёл Дальтон в1802 г.
До этого оноткрьш «закон кратных отношений», согласно которому: если два химических элемента соединяются более чем в одной пропорции, то есть могут образовать несколькосоединений, то вес одного и другого элементов находится в простых кратных отношениях.Например,16г кислорода О соединяются с 12 г углерода С и образу32 г кислорода О могут соединиться с теют окись углерода СО; однакоми жег углерода С и образовать другое соединение12-углекислый газСО 2 • Ещё отчётливее эта закономерность выступает в соединениях азотас кислородом О. Однощ то же количество- 28няются скакNвесовых частей азота соеди16, 32, 48, 64 и 80 весовыми частями кислорода,1: 2: 3: 4: 5.
Это окислы NO, N02, N2Оз, N04, N205.относящимисяЗакон кратных отношений Дальтон обьяснил, обратившись к древнегреческой гипотезе о том, что вещество состоит из маленьких невидимыхнеделимых частичек-атомов, причём, по Дальтону, каждое простое вещество состоит из одинаковых атомов, одинакового веса, а химические соединения образованы из молекул, в которые соединяются различным образоматомы простых веществ-элементов.Дальтон ввёл понятие «атомного веса химического элемента» и составил первую таблицу атомных весов (в1803 r:).Его символьные обозначенияатомов элементов оказались неудачными и не получили распространения.Система атомных и молекулярных весов долгое время принимала застандарт атомный вес кислорода, которому приписывался атомный вес16 г.В настоящее время за стандартный атомный вес принимается атомный весуглерода12 r:Атомные веса других элементов и молекулярные веса молекул определяются в относительных единицах стандартного атомного веса.Например, атомный вес атомарного азота равен14,молекула кислородасостоит из двух атомов кислорода, атомный вес которыхмолекулярный вес молекулярного кислорода равенмолекулы водорода равен232,16,а поэтомумолекулярный веси т.
д.Количество любого вещества, масса которого в граммах численноравна его атомному или молекулярному весу, называется «молем» данноговещества.Появление атомной теории Дальтона стало возможным благодаря исследованиям Лавуазье, который первым стал использовать чувствительныеаналитические весы («химические весы») для взвешивания реагирующихвеществ до и после реакции. Без помощи весовой методики Лавуазье Дальтон определённо не смог бы создать атомной теории.Лавуазье, используя весы, развенчал господствовавшую в его времяв химии теорию горения, объяснявшую процесс горения вещества выделе-82ДОПОЛНЕНИЕ К ГЛ.3нием из него «флогистона».
Он установил, что при сжигании образующиесяокислы оказываются тяжелее исходных веществ.Из того факта, что при сжигании происходит не уменьшение, а увеличение веса, Лавуазье сделал правильное заключение, что металлы получают,а не отдают вещество при горении,как этосчиталось в теориифлогистона. Он доказал это специальным опытом: если сжечь металл в закрытом сосуде, то часть находящегося в сосуде воздуха теряется, при этомс помощью весов Лавуазье установил, что прибавление веса металла приобразовании из него окисла в точности равно потере веса воздуха в сосуде.Масса всех веществ не может быть ни создана, ни уничтожена: онасохраняется при химических превращениях. Но вещества могут быть разложены на более простые вещества или образованы соединением простыхвеществ, и аналитические весы позволяют ориентироваться во всём многообразии химических превращений.Многие химические элементы и соединения нееледовались (и исследуются) в газообразном состоянии.
При этом уже в начале XIX в. бьmо замечено, что объёмы газов, участвующих в газовых реакциях, связаны простыми кратными отношениями. Для их объяснения Авогадро в1811 г.провозгласил «закон Авогадро»: равные объёмы различных газов при одинаковых условиях (т. е. равных температурах и давлениях) содержат одинаковое число молекул.Например, при соединении газообразных водорода и кислорода с образованием водяного пара два обьёма водорода и один объём кислорода образуют два обьёма водяного пара.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
