Квантові числа електронів

Основні поняття та закони хімії. Сучасні уявлення про будову атома.

Хімія - наука про речовини, закономірності їх перетворень (фізичні та хімічні властивості) та застосування. Нині відомо понад 100 тис. неорганічних та понад 4 млн. органічних сполук.

Хімічні явища : одні речовини перетворюються на інші, що відрізняються від вихідних складом і властивостями, при цьому склад ядер атомів не змінюється.

Фізичні явища : змінюється фізичний стан речовин (пароутворення, плавлення, електропровідність, виділення тепла та світла, ковкість та ін.) або утворюються нові речовини із зміною складу ядер атомів.

Будова атома.

1. Усі речовини складаються з молекул.Молекула - найменша частка речовини, що має її хімічні властивості.

2. Молекули складаються з атомів.Атом- найменша частка хімічного елемента, що зберігає всі його хімічні властивості. Різним елементам відповідають різні атоми.

3. Молекули та атоми перебувають у безперервному русі; між ними існують сили тяжіння та відштовхування.

Хімічний елемент - це вид атомів, що характеризується певними зарядами ядер та будовою електронних оболонок.

Здатність атомів вступати у взаємодію Космосу з іншими атомами і утворювати хімічні сполуки визначається його будовою.

Атоми складаються з позитивно зарядженого ядра та негативно заряджених електронів, що рухаються навколо нього, утворюючи електронейтральну систему, яка підпорядковується законам, характерним для мікросистем.

Атомне ядро - центральна частина атома, що складається з Z протонів та N нейтронів, в якій зосереджена основна маса атомів.

Заряд ядра - позитивний, за величиною дорівнює кількості протонів в ядрі або електронів у нейтральному атомі і збігається з порядковим номером елемента в періодичній системі. Сума протонів та нейтронів атомного ядра називається масовим числом A = Z + N.

Ізотопи - хімічні елементи з однаковими зарядами ядер, але різними масовими числами за рахунок різного числа нейтронів у ядрі.

Масове число Е Заряд ядра Z

63 29

Cu та

65 29

Cu;

35 17

Cl та

37 17

Хімічна формула - це умовний запис складу речовини за допомогою хімічних знаків (запропоновані в 1814 р. Й. Берцеліусом) та індексів (індекс - цифра, що стоїть праворуч внизу від символу. Позначає число атомів у молекулі). Хімічна формула показує, атоми яких елементів та у якому відношенні з'єднані між собою у молекулі.

Алотропія- явище утворення хімічним елементом кількох простих речовин, що відрізняються за будовою та властивостями. Прості речовини-молекули, складаються з атомів одного і того ж елемента.

Складні речовини - молекули, що складаються з атомів різних хімічних елементів.

Міжнародна одиниця атомних мас дорівнює 1/12 маси ізотопу 12 C - основного ізотопу природного вуглецю.

1 а.е.м = 1/12 • m (12 C) = 1,66057 • 10 -24 г

Відносна атомна маса(Ar)- безрозмірна величина, що дорівнює відношенню середньої маси атома елемента (з урахуванням відсоткового вмісту ізотопів у природі) до 1 /12маси атома 12 C .

Середня абсолютна маса атома(m)дорівнює відносної атомної маси, помноженої на а.е.м.

m(Mg) = 24,312 • 1,66057 • 10 -24 = 4,037 • 10 -23 г

Відносна молекулярна маса(Mr) - безрозмірна величина, що показує, у скільки разів маса молекули даної речовини більша за 1/12 маси атома вуглецю 12 C.

mr – маса молекули даної речовини;

mа( 12 C) - маса атома вуглецю 12 C.

Mг = S Aг(е). Відносна молекулярна маса речовини дорівнює сумі відносних атомних мас всіх елементів з урахуванням індексів.

Квантові числа електронів

Стан кожного електрона в атомі зазвичай описують за допомогою чотирьох квантових чисел: головного (n), орбітального (l), магнітного (m) та спінового (s). Перші три характеризують рух електрона у просторі, а четверте – навколо своєї осі.

Головне квантове число(n). Визначає енергетичний рівень електрона, віддаленість рівня від ядра, розмір електронної хмари. Приймає цілі значення (n = 1, 2, 3.) і відповідає номеру періоду. З періодичної системи будь-якого елемента за номером періоду можна визначити кількість енергетичних рівнів атома і який енергетичний рівень є зовнішнім.

Елемент кадмій Cd розташований у п'ятому періоді, отже n = 5. У його атомі електрони розподілені за п'ятьма енергетичними рівнями (n = 1, n = 2, n = 3, n = 4, n = 5); зовнішнім буде п'ятий рівень (n=5).

Орбітальне квантове число(l ) характеризує геометричну форму орбіталі. Приймає значення цілих чисел від 0 до (n – 1). Незалежно від номера енергетичного рівня, кожному значення орбітального квантового числа відповідає орбіталь особливої форми. Набір орбіталей з однаковими значеннями n називається енергетичним рівнем, однаковими n і l - підрівнем.

l=0 s-підрівень, s-орбіталь – орбіталь сфера

l=1 p-підрівень, p-орбіталь - орбіталь гантель

l=2 d-підрівень, d-орбіталь – орбіталь складної форми

f-підрівень, f-орбіталь – орбіталь ще складнішої форми


S – орбіталь	Три p – орбіталі

П'ять d – орбіталей

Таким чином, на третьому енергетичному рівні можуть бути три енергетичні підрівні - 3s, 3p та 3d.

Магнітне квантове число(m) характеризує положення електронної орбіталі в просторі і набуває цілих значень від -I до +I, включаючи 0. Це означає, що для кожної форми орбіталі існує (2l + 1) енергетично рівноцінних орієнтації у просторі.

Для s-орбіталі (l = 0) таке положення одне і відповідає m = 0. Сфера не може мати різні орієнтації у просторі.

Для p-орбіталі (l = 1) - три рівноцінні орієнтації у просторі (2l + 1 = 3): m = -1, 0, +1.

Для d-орбіталі (l = 2) - п'ять рівноцінних орієнтацій у просторі (2l + 1 = 5): m = -2, -1, 0, +1, +2.

Таким чином, на s-підрівні - одна, на p-підрівні - три, на d-підрівні - п'ять, на f-підрівні - 7 орбіталей.

Спинове квантове число(s) характеризує магнітний момент, що виникає при обертанні електрона навколо своєї осі. Приймає лише два значення +1/2 та –1/2, що відповідають протилежним напрямкам обертання.