Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Химия (Строение атома) (презентация)

.pdf
Скачиваний:
109
Добавлен:
31.03.2015
Размер:
823.74 Кб
Скачать

Структура учебного процесса

Очное обучение

 

Дистанционное обучение

 

 

 

лекции

лабораторные работы

практические занятия

самостоятельная аудиторная работа

самостоятельная домашняя работа (типовой расчет)

контроль (защиты, коллоквиумы, зачет, экзамен)

Учебники и учебные пособия

Н.В.Коровин. Общая химия

Курс общей химии. Теория и задачи (под ред. Н.В.Коровина, Б.И.Адамсона)

Н.В.Коровин и др. Лабораторные работы по химии

Календарный план

Число

Нед

 

Лаб.

Практич.

Число

Нед

 

 

 

Лаб.

Практич.

 

 

 

раб.

занятия

 

 

 

 

 

раб.

 

 

раб.

01.09-

1

 

 

 

 

 

09.11-

11

 

Колл.

 

Электролиты,

04.09

 

 

 

 

Хим.эквива

13.11

 

 

 

3(1)

 

 

 

 

 

С. р.

 

 

гидролиз, ПР

07.09-

2

 

 

16.11-

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

лент

 

 

 

№ 2

 

 

 

11.09

 

 

 

 

 

20.11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14.09-

3

4(1),

 

 

Электр.форму-

23.11-

13

13(2)

 

 

 

 

 

 

 

18.09

 

 

27.11

 

 

ГЭ, электролиз,

 

27(13,16)

 

 

 

 

14(2)

 

 

21.09-

4

 

 

лы.

30.11-

14

 

 

 

 

 

 

коррозия

25.09

 

 

 

 

 

Квант.числа

04.12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

07.12

15

17(2)

 

 

 

Колл

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11.12

18(2)

 

 

 

 

С.р.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

28.09-

5

 

 

 

 

 

14.12-

16

 

 

 

 

 

 

 

 

№3,4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

02.10

 

5(1)

 

 

Хим.связь

18.12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

05.10-

6

 

 

21.12-

17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

09.10

 

 

 

 

Комплексы

25.12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12.10-

7

 

 

 

 

 

28.12-

18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16.10

 

Защита

 

Термодинамика

29.12

 

 

 

 

 

 

 

Зачет

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19.10-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С.р №1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2310

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26.10-

9

 

 

 

 

 

Январь

 

 

 

 

 

 

 

Экзамен

30.10

 

 

 

 

Кинетика.

 

 

 

 

 

 

 

 

6(2,3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

02.11-

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

06.11

 

 

 

 

Равновесие

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение в курс химии

Химия в энергетическом институте – фундаментальная общетеоретическая дисциплина.

Химия – естественная наука, изучающая состав, строение, свойства и превращения веществ, а также явления, сопровождающие эти превращения.

М.В.Ломоносов

(1741

г.)

Д.И.Менделеев

“Химическая

 

 

наука

 

 

“Основах химии” 1871

рассматривает

свойства

и

г.) – “Химия –

это

изменения

тел,

состав

тел,

учение об элементах и

объясняет

причину

того,

что

с

их соединениях”.

 

телами

при

 

химических

 

 

 

 

превращениях происходит”.

«Золотой век химии» (конец XIX начало XX веков)

Периодический закон Д.И.Менделеева (1896)

Понятие о валентности введенное Э.Франкландом (1853)

Теория строения органических соединений А.М.Бутлерова (1861-1863)

Теория комплексных соединений А.Вернера

Закон действующих масс М.Гультберга и Л.Вааге

Термохимия, разработанная в основном Г.И.Гессом

Теория электролитической диссоциации С. Аррениуса

Принцип подвижного равновесия А.Ле Шателье

Правило фаз Дж.В.Гиббса

Теория сложного строения атома Бора-Зоммерфельда (1913-1916)

Значение современного этапа развития химии

Понимание законов химии и их применение позволяет создавать новые процессы, машины, установки и приборы.

Получение электроэнергии, топлива, металлов, различных материалов, продуктов питания и т.п. непосредственно связано с химическими реакциями. Например, электрическую и механическую энергии в настоящее время в основном получают преобразованием химической энергии природного топлива (реакции горения, взаимодействия воды и ее примесей с металлами и т.п.). Без понимания этих процессов невозможно обеспечить эффективную работу электростанций и двигателей внутреннего сгорания.

Познание химии необходимо для:

-формирования научного мировоззрения,

-для развития образного мышления,

-творческого роста будущих специалистов.

Современный этап развития химии характеризуется широким использованием квантовой (волновой) механики для интерпретации и расчета химических параметров веществ и систем веществ и основан на квантово-механической модели строения атома.

Атом - сложная электромагнитная микросистема, являющаяся носителем свойств химического элемента.

СТРОЕНИЕ АТОМА

ЯДРО

 

 

ЭЛЕТРОННАЯ

протоны (р, р+)

 

 

ОБОЛОЧКА

нейтроны (n, no)

 

 

электроны (е-)

(нуклоны)

 

 

∑ Zp = ∑Zе-

Массовое число

35Cl (17p+, 18n, 17e-)

Заряд ядра

17

 

 

Изотопы разновидности атомов одного химического

элемента, имеющие одинаковый порядковый номер, но разные атомные числа

Мr(Cl)=35*0,7543 + 37*0,2457 = 35,491

Основные положения квантовой механики

Квантовая механика - поведение движущихся микрообъектов (в том числе и электронов) – это

одновременное проявление, как свойств частиц, так и свойств волн – двойственная (корпускулярноволновая) природа.

Квантование энергии: Макс Планк (1900 г., Германия)

вещества испускают и поглощают энергию дискретными порциями (квантами). Энергия кванта пропорциональна частоте излучения (колебания) ν:

E = h·ν

h – постоянная Планка (6,626·10-34Дж·с); ν=с/λ, с – скорость света, λ – длина волны

Альберт Эйнштейн (1905 г.): любое излучение - это поток квантов энергии (фотонов) E = m·v2

Луи де Бройль (1924 г., Франция): электрон также характеризуется корпускулярно-волновой двойственностью - излучение распространяется как волна и состоит из мелких частиц (фотонов)

 

 

Частица – m,

mv, E =mv2

 

 

 

 

 

1

 

 

Волна - , ,

 

E2 = h = hv/

 

 

Связал длину волны с массой и скоростью:

 

 

Е1 = Е2;

 

=h/ mv

 

Принцип

неопределенности

-

Вернер Гейзенберг (1927г.,

Германия)

-

произведение

неопределенностей

положения

(координаты)

частицы х и

импульса (mv) не

может быть

меньше h/2

х (mv) h/2 ( - погрешность, неопределенность) Т.е. положение и импульс движения частицы принципиально невозможно определить в любой момент времени с абсолютной точностью.

Электронное облако Атомная орбиталь (АО)

Т.о. точное нахождение частицы (электрона) заменяется понятием статистической вероятности нахождения ее в определенном объеме (около ядерного) пространства.

Движение е- имеет волновой характер и описывается

волновой функцией -

= (х,у,z)

 

2dv - плотность вероятности нахождения е- в определенном объеме около ядерного пространства. Это пространство называется атомной орбиталью (АО).

В 1926 г Шредингер предложил уравнение, которое математически описывает состояние е- в атоме. Решая его

находят волновую функцию . В простом случае она зависит от 3-х координат

Электрон несет отрицательный заряд, его орбиталь представляет собой определенное распределение заряда и называется электронное облако

КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА

Введены для характеристики положения электрона в атоме в соответствии с уравнением Шредингера

1.

2.

3.

4.

Главное

Орбитальное

Магнитное

Спиновое

квантовое

квантовое

квантовое

квантовое

число (n)

число (l)

число (ml)

число (ms)

1.Главное квантовое число (n)

Определяет энергию электрона - энергетический уровень

показывает размер электронного облака (орбитали)

принимает значения – от 1 до

n (номер энергетического уровня): 1 2 3 4 и т.д.

K L M N

Ее увеличивается (чем дальше от ядра, тем энергия больше)

2.Орбитальное квантовое число (l) :

определяет – орбитальный момент количества движения электрона

показывает – форму орбитали

принимает значения – от 0 до (n-1)

Графически АО изображается Орбитальное квантовое число: 0 1 2 3 4

Энергетический подуровень : s p d f g

Е увеличивается

 

 

z

l =0

s –подуровень s –АО

x

 

 

y

l=1

p-подуровень р-АО

х

 

 

y

Каждому n соответствует определенное число значений l, т.е. каждый энергетический уровень расщепляется на подуровни. Число подуровней равно номеру уровня.

1-ый энерг.уровень → 1 подуровень → 1s 2-ой энерг.уровень → 2 подуровня → 2s2p 3-ий энерг.уровень → 3 подуровня → 3s3p3d

4-ый энерг.уровень → 4 подуровня → 4s4p4d4f и т.д.

3.Магнитное квантовое число (ml)

определяет – значение проекции орбитального момента количества движения электрона на произвольно выделенную ось

показывает – пространственную ориентацию АО

принимает значения – от –l до + l

Любому значению l соответствует (2l+1) значений магнитного квантового числа, т.е. (2l+1) возможных расположений электронного облака данного типа в пространстве.

Любому значению l соответствует (2l+1) значений магнитного квантового числа, т.е. (2l+1) возможных расположений электронного облака данного типа в пространстве.

s-состояние – одна орбиталь (2 0+1=1) - ml=0, т.к. l= 0

p-состояние – три орбитали (2 1+1=3)

ml: +1 0 -1, т.к. l=1

ml=+1

ml=0

ml = -1

Все орбитали, принадлежащие одному подуровню, имеют одинаковую энергию и называются вырожденными.

Вывод : АО характеризуется определенным набором n, l, ml, т.е. определенными размерами, формой и ориентацией в пространстве.

4. Cпиновое квантовое число (ms)

«спин» - «веретено»

определяет - собственный механический момент электрона, связанный с вращением его вокруг своей оси

принимает значения – (-1/2· h/2 ) или (+1/2· h/2 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n = 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ml = -1, 0, +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ms = + 1/2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Принципы и правила

Принцип

Правило

минимальной

Клечковского

энергии

 

Принцип

Правило

Паули

Гунда

Электронные конфигурации атомов

(в виде формул электронных конфигураций)

- указывают цифрами номер энергетического уровня

- указывают буквами энергетический подуровень (s, p, d, f);

- показатель степени подуровня означает число

электронов на данном подуровне

19К 1s22s22p63s23p64s1

Принцип

минимальной

энергии

Электроны в атоме занимают наиболее низкое энергетическое состояние, отвечающее наиболее устойчивому его состоянию.

1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f

Увеличение Е

Правило

Клечковского

(1958 г.)

Электроны размещаются последовательно на орбиталях, характеризуемых возрастанием суммы главного и орбитального квантовых чисел (n+l); при одинаковых значениях этой суммы раньше заполняется орбиталь с меньшим значением главного квантового числа n

1s <2s < 2p = 3s < 3p = 4s < 3d = 4p и т. д

 

 

 

1s

2s

2p

3s

3p

3d

4s

4p

 

n+l

 

1+0=1

2+0=2

2+1=3

3+0=3

3+1=4

3+2=5

4+0=4

4+1=5

 

 

 

1

2

3

4

5

7

6

8