6. Строение атома. Электронная структура атомов. Зависимость свойств элементов от строения их атомов

Любое устойчивое состояние электрона в атоме характеризуется определенными значениями квантовых чисел n, l, m, s. Состояние электрона в атоме, отвечающее определенным значениям квантовых чисел n, l, m, называют атомной электронной орбиталью (АО).

Каждая АО характеризуется определенным расположением в пространстве волновой функции , квадрат которой определяет вероятность обнаружения электрона в соответствующей области пространства. Атомные орбитали, которым отвечают значения l, равные 0, 1, 2, 3, называются соответственно s-, p-, d-, f- орбиталями. В графических схемах электронного строения атомов каждая орбиталь обозначается в виде квадрата.

Согласно принципу Паули, в атоме не может быть двух электронов, характеризующихся одинаковым набором квантовых чисел. Из этого следует, что каждая АО может быть занята не более, чем двумя электронами, отличающимися разными значениями спинов, которые в квадрате обозначают противоположно направленными стрелками.

Порядок заполнения АО электронами определяется правилами Клечковского, которые учитывают зависимость энергии орбитали от значений как главного квантового числа n, так и орбитального квантового числа l. Согласно этим правилам АО заполняются электронами в порядке последовательного увеличения суммы n+l (первое правило Клечковского), а при одинаковых значениях этой суммы - в порядке последовательного возрастания главного квантового числа n (второе правило Клечковского).

ПРИМЕР 1. Какой подуровень заполняется в атоме электронами после заполнения подуровня 4p?

Решение. Подуровню 4р отвечает сумма n+l=4+1=5. Такой же суммой n+l характеризуется подуровень 3d (3+2=5) и 5s (5+0=5). Однако состоянию 3d отвечает меньшее значение n=3, чем состоянию 4р, поэтому подуровень 3d будет заполняться раньше, чем подуровень 4 р. Следовательно, после заполнения подуровня 4р будет заполняться подуровень 5s, которому отвечает n=5.

РЕШИТЬ САМОСТОЯТЕЛЬНО ЗАДАЧИ 13-15

7. Химическая связь. Типы химической связи

Описание химической связи в любой молекуле есть, по существу, описание характера распределения в ней электронной плотности. По характеру этого распределения химические связи подразделяют на ковалентную, ионную и металлическую.

Ковалентная связь - химическая связь между двумя атомами, осуществляемая общей для этих атомов парой электронов (Н, Cl и др.). Ионная связь - результат электростатического взаимодействия противоположно заряженных ионов, обладающих обособленными друг от друга электронными оболочками (Cs + F-, Na + Cl-). Чисто ионная связь представляет собой предельный случай. В большинстве молекул химические связи имеют промежуточный характер между чисто ковалентными и чисто ионными связями. Если смещение общей пары электронов невелико от каждого атома, то связь по своему характеру ближе к ковалентной, а при большом смещении пары электронов к какому-либо атому связь ближе к ионной связи.

Для оценки способности атома данного элемента притягивать к себе электроны, осуществляющие связь, пользуются значением относительной электроотрицательности (). Чем больше электроотрицательность атома, тем сильнее притягивает он обобществленные электроны. Существует правило: чем больше разность электроотрицательностей элементов в молекуле, тем выше ионность связи.

Значения электроотрицательностей атомов некоторых элементов по отношению к электроотрицательности фтора, принятой равной 4,0, приведены в таблице 1.

Таблица 1. Относительная электроотрицательность атомов

Н 2,1
Li 0,98	Be 1,5	B 2,0	C 2,5	N 3,07	O 3,5	F 4,0
Na 0,93	Mg 1,2	Al 1,6	Si 1,9	P 2,2	S 2,6	Cl 3,0
K 0,91	Ca 1,04	Ga 1,8	Ge 2,0	As 2,1	Se 2,5	Br 2,8
Rb 0,89	Sr 0,99	In 1,5	Sn 1,7	Sb 1,8	Te 2,1	I 2,6

ПРИМЕР 1. Вычислить разность относительных электроотрицательностей атомов для связей Н-О и О-Э в соединениях Э (ОН), где Э - Mg, Ca, Sr, и определить: а) какая из связей Н-О или О-Э характеризуется в каждой молекуле большей степенью ионности; б) каков характер диссоциации этих молекул в водном растворе?

Решение. По данным таблицы 1 вычисляем для связей О- Э разность электроотрицательностей: MgO = 3,5- 1,2= 2,3 ; СaO= 3,5- 1,04= 2,46; SrO = 3,5-0,99 = =2,51.

Разность электроотрицательностей для связи О-Н составляет 1,4 .

Таким образом:

а) во всех рассмотренных молекулах связь Э-О более полярна, то-есть характеризуется большей степенью ионности ;

б) диссоциация на ионы в водных растворах будет осуществляться по наиболее ионной связи в соответствии со схемой: Э(ОН)= Э+

+2 ОН; следовательно, все рассматриваемые соединения будут диссоциировать по типу оснований.

РЕШИТЬ САМОСТОЯТЕЛЬНО ЗАДАЧИ 16-18