Лекция 1 09-10 (996874), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Длинная форма Периодической системы элементов:

Во всех вариантах Периодической системы она состоит из 7 периодов, причем номер периода соответствует главному квантовому числу внешнего энергетического уровня. Во всех вариантах выделены отдельные столбцы s-, p-, d-, f- элементов, т.е. элементов, у которых идет заполнение соответствующего энергетического подуровня. Эти блоки элементов имеют и сходные химические свойства. Во всех вариантах (а в полудлинном и длинном особенно явно) действует «диагональное правило» - все элементы ниже условной диагонали являются металлами, а выше – неметаллами, причем справа налево и сверху вниз усиливаются металлические свойства.

Более подробно со структурой Периодической системы следует познакомиться по учебникам [1] и [2], а также по дополнительной литературе – монографии под редакцией К.Сайто «Химия и периодическая таблица».

На следующей лекции мы начнем знакомиться с элементами теории химической связи.

В качестве учебников по курсу можно использовать любые допущенные Министерством Образования РФ учебники по Общей химии, в частности:

1.Гуров А.А., Бадаев Ф.З., Овчаренко Л.П., Шаповал В.Н., «Химия», Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана, М., 2004 г.

2.Горбунов А.И., Гуров А.А., Филиппов Г.Г., Шаповал В.Н., «Теоретические основы общей химии», Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана, М., 2001 г.

3.Фролов В.В., «Химия», Издательство «Высшая школа», М., 1986 г.

4. Горбунов А.И., Филиппов Г.Г., Федин В.И., «Химия», Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана, М., 2007 г.

Кроме того, можно использовать «Толковый словарь по химии и химической технологии (Основные термины)» под ред. Ю.А.Лебедева, Издательство «Русский язык», М., 1987 г

Дополнительный материал

¹ Определение химии не может быть исчерпывающе полным, поскольку не существует резкой границы ни между веществами с химической и не химической структурой, ни, тем более, между физическими, биологическими и химическими процессами.

Приведем ещё одно определение химии, учитывающее некоторые особенности химических веществ: «Химия – это область естествознания, изучающая такую форму движения материи, в которой источником развития является противоречие между электромагнитными силами притяжения и отталкивания нуклидо-электронных систем, вызванное квантовым характером движения электронов; имеет своим предметом состав, строение, состояние и приводящие к качественным изменениям взаимодействия простых и сложных веществ, а также изучает явления, сопровождающие такие взаимодействия».

Данное определение учитывает тот факт, что химическая форма движения материи связана с нуклидо-электронными системами, т.е. системами, состоящими из атомных ядер и связанных с ними электронов. Однако и здесь следует помнить, что при образовании нуклидо-электронной плазмы системы выходят за рамки химического описания.

Что касается процессов, то, например, как можно абсолютно точно отнести процесс ионизации веществ к физике или химии? При электролитической диссоциации протекают процессы разрыва химических связей с образованием ионов. Это в значительной мере химический процесс. При высокотемпературной ионизации или ионизации под действием высокоэнергетичного излучения химические явления, как правило, вторичны на фоне физических процессов образования плазмы, изменения электропроводности и т.п.

² Можно привести примеры, когда химические соединения не образуют веществ. Скажем, это относится ко всем сложным катионам и анионам.

То, что материальный мир вовсе не сводится только к химическим соединениям и химическим веществам, легко видеть, если принимать во внимание такие хорошо известные науке вещества, как плазма, вещества белых карликов и нейтронных звезд.

Но, кроме этого, в последнее время стало известно, что в природе на «каждый грамм» обычного вещества (нуклидо-электронного или даже звездного) приходится 5 граммов так называемой темной материи и 15 граммов поля неизвестной природы – темной энергии. Оказалось, что мы живем в мире, 95% массы которого приходится на материю, о существовании которой мы и не подозревали ещё 10 лет назад.

³ И даже когда «никакой химии» в энергообеспечении, казалось бы, нет (вилки, клеммы и провода химически почти неизменны в процессе своей работы!) нужно помнить, что разность потенциалов в электросетях возникает потому, что где-то протекают бурные окислительно-восстановительные процессы сгорания органически веществ (уголь, нефть, природный газ) в топках котлов, или спокойные, но, по химической сути, точно такие же процессы «медленного горения» таких металлов, как цинк, кадмий, литий в гальванических элементах («батарейках»).

В связи с ограниченностью природных запасов нефти на повестке дня стоит подготовка к переходу на новые, экологически безопасные и энергетически более оптимальные источники энергии. И здесь многого ждут от химии. В частности, прорыва в неисчерпаемую область водородной энергетики вряд ли удастся добиться без разработки эффективных катализаторов фотохимического разложения воды, а создание нового поколения автомобилей, использующих водород в качестве горючего, невозможно без принципиально нового хемосорбента.

⁴ См., например, материал об углеродных нанотрубках как конструкционной основе движущихся элементов приборов http://kbogdanov1.narod.ru/nanotechnology/Nanotubes.htm и http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1183580&s= )

⁵ Р.Фейнман

О нем см. http://n-t.ru/nl/fz/feynman.htm

⁶ А.Беккерель

О нем см. http://www.alhimik.ru/great/bekkerel.html

⁷ Э.Резерфорд

О нем http://www.peoples.ru/science/physics/rutherford/

⁸ Об открытии самого тяжелого - 118 элемента см. http://science.compulenta.ru/295630/?r1=rss&r2=remote

⁹ В последнее время удалось показать, что и в рамках классической электродинамики можно построить устойчивые одноэлектронные орбиты. Однако это не объясняет всей совокупности фактов о поведении многоэлектронных атомных и молекулярных систем. Квантовое движение оказалось реальностью, существенно отличающейся от реальности классической. И полное «сопряжение» описаний этих реальностей пока остается задачей, над решением которой придется ещё много и серьезно поработать и теоретикам, и экспериментаторам.

¹⁰ Н.Бор

О нем см. http://n-t.ru/nl/fz/bohr.htm

¹¹ Л.Де Бройль

О нем см. http://www.alhimik.ru/great/broglie.html

¹² В.Гейзенберг

О нем см. http://www.alhimik.ru/great/heisenberg.html

¹³ Э.Шредингер

О нем см. http://n-t.ru/nl/fz/schrodinger.htm

¹⁴ П.Дирак

О нем см. http://www.alhimik.ru/great/dirac.html

¹⁵ М.Борн

О нем см. http://n-t.ru/nl/fz/born.htm

¹⁶ Более строго, в квантовой механике основополагающей характеристикой любого объекта и системы является так называемый вектор состояния. В общем случае это математический конструкт в бесконечномерном Гильбертовом пространстве. При переходе от описания состояния в математически абстрактном Гильбертовом пространстве к физическому четырехмерному пространству-времени, вектор состояния трансформируется в волновую функцию или волновой вектор.

¹⁷ Например, абрисом всех s-орбиталей является сфера. Но оказывается, что вероятность обнаружения электрона внутри этой сферы не равномерна, а зависит от расстояния от ядра. На рисунке

(http://www.college.ru/enportal/physics/content/chapter9/section/paragraph3/theory.html) показана внутренняя структура 1s и 2s- орбиталей. Как видно из рисунка, 2s-орбиталь подобна «двухслойной луковице» с внутренними оболочками, расположенными на расстоянии 1 и 4 радиуса боровской орбиты. Как правило, в химии факт сложности внутреннего строения орбиталей не играет значительной роли.

Распределение вероятности обнаружения электрона в атоме водорода в состояниях 1s и 2s. r₁ = 5,29·10^–11 м – радиус первой боровской орбиты.

¹⁸ О нем см. http://www.alhimik.ru/stroenie/scientists/klechkovsky.html

¹⁹ Вольфган Паули

О нем см. http://www.krugosvet.ru/articles/04/1000482/1000482a1.htm

²⁰ Фридрих Хунд

О нем см. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A5%D1%83%D0%BD%D0%B4%2C_%D0%A4%D1%80%D0%B8%D0%B4%D1%80%D0%B8%D1%85

²¹ Это значит, что данное правило не является всеобщим и, например, в системах, содержащих плазму, оно не действует – в ней ядра и электроны не связаны в структурированные системы.

²² Роберт Малликен

О нем см. http://chemistry.narod.ru/persones/Mulliken.html

²³ Характеристическое рентгеновское излучение возникает при облучении вещества ускоренными электронами. Поскольку эти электроны обладают большой энергией, они «выбивают» из атомов вещества электроны с низших электронных оболочек – M, L, N и т.п. Образуются ионы, у которых оказывается незаполненной внутренняя орбиталь. На нее, в соответствии с Принципом наименьшей энергии, перемещаются электроны с внешних орбиталей. Разница энергий внешних и внутренних орбиталей соответствует рентгеновскому излучению. Поскольку при перемещении электронов излучаются кванты, соответствующие разнице энергий орбиталей, занимаемых электроном до и после перемещения, возникает линейчатый рентгеновский спектр. Его характеристики зависят от заряда ядра. Экспериментально связь между зарядом ядра и частотой линий в характеристическом рентгеновском спектре установил в 1913 году ученик Э.Резерфорда Г.Мозли.

Согласно Закону Мозли, корень квадратный из частоты n спектральной линии характеристического излучения элемента есть линейная функция его порядкового номера Z:

где R — Ридберга постоянная, Sn — постоянная экранирования, n — главное квантовое число. Графически зависимость от Z представляет собой ряд прямых (К-, L-, М- и т. д. серии, соответствующие значениям n = 1, 2, 3,...).

Закон Мозли явился неопровержимым доказательством правильности размещения элементов в периодической системе элементов Д. И. Менделеева и содействовал выяснению физического смысла Z.

²⁴ Дмитрий Иванович Менделеев

О нем см. http://www.rulex.ru/01130409.htm

Характеристики

Список файлов лекций