Билет 1

Основные положения теории строения атома. Двойственная природа частиц микромира уравнение волны Де Бройля.

Атом состоит из ядра и электронной оболочки. Ядро состоит из частиц-нейтронов и протонов, обладающих массой 1. Нейтроны-частицы не имеющие заряда, протоны имеют заряд +1, масса ядра зависит от массы протонов и нейтронов вместе взятых. Заряд ядра атома определяется суммарным зарядом протонов.

Электронная оболочка состоит из электронов и имеет заряд -1.Электрон имеет двойственную природу. Он может вести себя, как частица и как волна. Подобно частицы электрон обладает определённой массой и зарядом. В тоже время электрон проявляет волновые свойства. Например, характеризуется способностью к дифракции(огибание волной препятствий).Длина волны электрона альфа и его скорость V связаны соотношением де Бройля.

Французский ученый Луи де Бройль (1892—1987), осознавая существующую в природе симметрию и развивая представления о двойственной корпускулярно-волновой природе света, выдвинул в 1923 году гипотезу об универсальности корпускулярно-волнового дуализма. Он утверждал, что электроны наряду с корпускулярными обладают также волновыми свойствами.

Согласно де Бройлю, с каждым микрообъектом связываются, с одной стороны, корпускулярные характеристики — энергия E и импульс p, а с другой стороны — волновые характеристики — частота и длина волны.

Формула де Бройля устанавливает зависимость длины волны λ, связанной с движущейся частицей вещества, от импульса p частицы:

где m — масса частицы, v — ее скорость, h — постоянная Планка(6.64 * 10 в степени -34). Волны, о которых идет речь, называются волнами де Бройля.

Билет 2

Квантово-механическая модель строения атома водорода. Электронная функция, электронная плотность. Квантовые числа. Волновая функция. Волновое уравнение Шредингера. Атомная орбиталь.

Водород- элемент с порядковым номером 1, его относительная атомная масса 1,008. Электронная формула атома водорода 1s1. Водород занимает двойственное положение в периодической системе элементов. Он занимает положение как и в первой группе, так и в седьмой(в главных подгруппах). Это обусловлено тем, что он имеет сходство как с щелочными металлами, так и с галогенами. Атом водорода может отдавать один электрон и превращаться в положительно заряженный ион, а также может присоединять один электрон, тем самым превращаясь в гидрид-ион. В своих соединениях водород имеет степень окисления -1 и +1. Водород имеет изотопы: 1(вверху)H1(вверху)-протий, дейтерий, тритий. Молекулы водорода при сближении двух атомов водорода их неспаренные электроны объединяются и образуют общую электронную пару. При сближении двух атомов водорода происходит перекрывание их электронных облаков. На месте перекрывания образуется область с отрицательным зарядом. Положительно заряженные ядра притягиваются к этой области и образуется молекула водорода H2.

Электрон в атом может находится только в определённых квантовых состояниях, характеризующих энергию связи электрона с ядром и пространство в котором может находится.

Квантовые числа. Состояние электрона можно охарактеризовать набором значений квантовых чисел: n –главное квантовое число, характеризующие энергетический уровень на котором может находится электрон. Чем выше значение n, тем выше энергия электрона.

Пространственное распределение заряда электрона называется электронной плотностью. Различные  квантовые  состояния атома водорода существенно отличаются друг от друга распределением  электронной   плотности. Так, при l = 0 (s-состояния)  электронная   плотность  отлична от нуля в центре атома  и  не зависит от направления (т.е. сферически симметрична), для остальных состояний она равна нулю в центре атома и зависит от направления.

l- орбитальное квантовое число. Характеризует энергетический подуровень входящий в данный уровень. l принимает значения от нуля до -1. Каждому значению l соответствует буквенное обозначение подуровня l. Если l=0 то это S подуровень, если l=1 то P подуровень и т.д. Каждый подуровень состоит из орбитали определённой геометрической формы, например, S – сферическая, P- гантелеобразная.

ml(эм эль)- магнитное квантовое число характеризует ориентацию орбитали в пространстве. Магнитное число принимает целочисленные значения от -1 до +1.

Число значений магнитного квантового числа отражает число орбиталей составляющих данный подуровень. При l=0 ml=0 (одна орбиталь).

ms- спиновое число- квантомеханическое свойство, связанное связанное с магнитным полем электрона, спин характеризуется направлением вращения. Схематически спин можно изобразить направлением стрелки верх или вниз.

Электрон обладает волновыми свойствами. Его движения можно описать с помощью так называемой волновой функции, обозначаемой (пси). Физический смысл волновой функции (x,y,z) таков, что квадрат абсолютного значения волновой функции (та же хуйня в модуле и с квадратом) пропорционален вероятности нахождения электрона в какой-либо точке пространства с координатами x,y,z.

где x — расстояние, h — постоянная Планка, а m, E и U — соответственно масса, полная энергия и потенциальная энергия частицы. Для нахождения частицы в пространстве.

Атомная орбиталь (АО) — область наиболее вероятного пребывания электрона (электронное облако) в электрическом поле ядра атома. Понятие атомная орбиталь можно определить следующим образом, атомная орбиталь: это объём пространства вокруг ядра, которому соответствует 90% вероятности нахождения электрона(как частицы) и 90%плотности заряда электрона(как волны). Орбиталь можно описать с помощью набора квантовых чисел n-главное квантовое число, l- орбитальное ml-магнитное, ms- спиновое.

Мы молодцы ответили на два билета!

Билет 3

Характеристика состояний электрона четырьмя квантовыми числами. Энергетические уровни и подуровни. Форма и пространственная ориентация орибиталей.

Электрон в атом может находится только в определённых квантовых состояниях, характеризующих энергию связи электрона с ядром и пространство в котором может находится.

Квантовые числа. Состояние электрона можно охарактеризовать набором значений квантовых чисел: n –главное квантовое число, характеризующие энергетический уровень на котором может находится электрон. Чем выше значение n, тем выше энергия электрона.

Пространственное распределение заряда электрона называется электронной плотностью. Различные  квантовые  состояния атома водорода существенно отличаются друг от друга распределением  электронной   плотности. Так, при l = 0 (s-состояния)  электронная   плотность  отлична от нуля в центре атома  и  не зависит от направления (т.е. сферически симметрична), для остальных состояний она равна нулю в центре атома и зависит от направления.

l- орбитальное квантовое число. Характеризует энергетический подуровень входящий в данный уровень. l принимает значения от нуля до -1. Каждому значению l соответствует буквенное обозначение подуровня l. Если l=0 то это S подуровень, если l=1 то P подуровень и т.д. Каждый подуровень состоит из орбитали определённой геометрической формы, например, S – сферическая, P- гантелеобразная.

ml(эм эль)- магнитное квантовое число характеризует ориентацию орбитали в пространстве. Магнитное число принимает целочисленные значения от -1 до +1.

Число значений магнитного квантового числа отражает число орбиталей составляющих данный подуровень. При l=0 ml=0 (одна орбиталь).

ms- спиновое число- квантомеханическое свойство, связанное связанное с магнитным полем электрона, спин характеризуется направлением вращения. Схематически спин можно изобразить направлением стрелки верх или вниз.

Побочное квантовое число l определяет форму электронного облака, также орбитальный момент p- момент импульса электрона при его вращении вокруг ядра. Таким образом, электрон обладает свойствами частицы и волны с наибольшей вероятностью движется вокруг ядра, образуя электронное облако, форма которого в s,p,d,f,g- состояниях различно. Форма электронного облака зависит от значения побочного квантового числа l. Так если l=0(s орбиталь),то электронное облако имеет шаровидную форму и необладает направленностью в просранстве при l=1 (p орбиталь) электронное облако имеет форму гантели.

Вопрос 4

Многоэлектронные атомы: Теория многоэлектронных атомов, содержащих два или больше электронов, по сравнению с теорией атома водорода значительно сложнее. Это связано с тем, что в таких атомах имеются взаимодействующие друг с другом частицы - электроны. Электроны в многоэлектронном атоме образуют оболочки, энергии которых растут по мере увеличения квантового числа п. Оболочки в многоэлектронном атоме заполняются в строго определенном порядке и каждой оболочке соответствует строго определенное число электронов.

Принцип Паули: В атоме не могут одновременно находиться два электрона , характеризующиеся одинаковым набором значений квантовых чисел. На каждом энергетическом уровне n может находиться не более 2n кВ. электронов :на первом 2 электрона и на втором 8. На s-подуровне максимум 2 электрона , на p- подуровне 6 электронов , на d - подуровне 10, на f-подуровне 14 электронов. В одной энергетической ячейке может находиться не более 2 электронов с противоположными значениями спинов.

Порядок заполнения .Правило Хунда: Атомные орбитали, принадлежащие к одному подуровню, заполняются сначала одним электроном , причём спины электронов должны быть одинаковые, а затем происходит заполнение орбиталей вторыми электронами с антипараллельными спинами.

Правило Клечковского Заполнение электронами орбиталей в атоме происходит в порядке возрастания суммы главного и орбитального квантовых чисел . При одинаковой сумме раньше заполняется орбиталь с меньшим значением .

При увеличении числа электронов в атомах элементов больших периодов начинается заполнение предвнешнего d-подуровня , а у элементов 6,7 периода-третьего от конца f-подуровня.В зависимости от характера заполняемого подуровня различают: s-p- d-f- элементы. S-элементы – металлы (щелочные и щелочноземельные) и водород-I,IIA группы. P –элементы-в основном не металлы III,IV,V,VI,VII,VIIIА группы. D-элементы-типичные металлы все эдементы группы B. F-элементы это Лантаниды и Актиниды.

У элементов главных подгрупп число электронов на внешнем уровне совпалает с номером группы.Валентные электроны- их число совпадает с номером группы

Вопрос 5

Периодический закон и периодическая система :Свойства элементов и их соединений находится в периодической зависимости от порядкового номера элемента. Электронная оболочка атома — область пространства вероятного местонахождения электронов, характеризующихся одинаковым значением главного квантового числа n и, как следствие, располагающихся на близких энергетических уровнях. Каждая электронная оболочка может иметь определенное максимальное число электронов.

Структура:Периодическая система –это выражение периодического закона. Она содержит семь периодов горизонтальных последовательностей элементов . Период — строка периодической системы химических элементов, последовательность атомов по возрастанию заряда ядра и заполнению электронами внешней электронной оболочки.В период объединяются элементы с одинаковым числом энергетических уровней в электронной оболочке атома. Вертикальная последовательность элементов называется группой. Группа — последовательность атомов по возрастанию заряда ядра, обладающих однотипным электронным строением .Каждая группа состоит из главной подгруппы(группа А) и побочная подгруппа (группа В).У элементов главных подгрупп число электронов на внешним уровне совпадает с номером группы. Элементы одной подгруппы обладают сходными химическими свойствами. Каждый период начинается типичным металлом и заканчивается благородным газом которому предшествует типичный неметалл.

Главная группа A и побочная группа B. В группы объединяются элементы с одинаковым числом валентных электронов. В группах сверху вниз усиливаются металлические свойства ,неметаллические ослабевают . В периодах слева направо сила оснований уменьшается , а сила кислот возрастает, металлические свойства ослабевают ,а неметаллические усиливаются. Порядковый номер. Порядковый номер(атомный номер элемента) — одна из осн. характеристик атома, равная заряду его ядра (в единицах элементарного электрич. заряда) и определяющая осн. свойства атома. А. н. равен числу протонов в ядре, для нейтрального атома - и электров в нём. В периодической системе элементов Менделеева элементы располагаются в порядке возрастания А. н.