Принадлежность атома к определенному химическому элементу определяется чем

Практическое занятие № 5 «Решение задач по теме «Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов»

Разделы: Физика

Класс: 11

Ключевые слова: молекулярно-кинетическая теория газов

Цель урока: углубить и конкретизировать представления учащихся о молекулярно-кинетической теории строения вещества.

Задачи урока:

Технологическая карта

Ход урока

1. Организационный момент

2. Актуализация учебного действия

Учитель предлагает выполнить задание:

В предложение вставьте слова «атом», «молекула»

а) ……………… водорода образована ………….. Водорода

б)……………..углекислого газа образована ………. углерода и ………….. кислорода

в)………….. серной кислоты состоит из двух …………. водорода, одного …………. серы и четырех ……….. кислорода

3. Мотивация к учебной деятельности

Как вы думаете, с какими понятиями мы будем сегодня работать? Основные понятия урока: Атом, ядро, электрон, Нуклоны (протоны, нейтроны). Какая цель нашего урока?

4. Изучение нового материала

Основные положения МКТ:

Большой вклад в теорию внес в 18 в. выдающийся русский ученый-энциклопедист М.В.Ломоносов, рассматривает тепловые явления, как результат движения частиц, образующих тела.

Теория была окончательно сформулирована в 19 в. в трудах Европейских ученых.

(Все тела состоят из вещества)

— Из чего состоит вещество? (Вещество состоит из частиц)

Вот мы и сформулировали I положение МКТ.

Все вещества состоят из частиц(I).

— Из чего состоят частицы?

— Мы сформулировали I положение, но все предположения должны быть доказаны.

После открытия основных элементарных частиц, входящих в состав атома, встал вопрос об их местонахождении, т.е. о строении атома. В 1911 г. Томсон предложил свою модель строения атома, которая получила условное название «пудинг с изюмом». Согласно этой модели атом представляет собой некую субстанцию, в которой равномерно распределены протоны, нейтроны и электроны. Число протонов равно числу электронов, поэтому атом в целом электронейтрален.

В 1913 г. Резерфорд ставит опыт, результаты которого модель Томсона объяснить не может.

Это заставляет Резерфорда предложить свою модель строения атома, получившую название «планетарной». Согласно этой модели атом состоит из ядра, в котором сконцентрирована основная масса атома, поскольку ядро содержит протоны и нейтроны; и вокруг ядра на огромной скорости вращаются электроны. Поскольку модель Резерфорда содержала ряд противоречий, Н.Бором были введены постулаты, устраняющие эти противоречия.

1-й постулат. Электроны вращаются вокруг ядра не по произвольным, а по строго определенным, стационарным орбитам.

2-й постулат. При движении по стационарной орбите электрон не излучает и не поглощает энергию. Изменение энергии происходит при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую.

Но теория Резерфорда-Бора дает удовлетворительные результаты только для атома водорода. Современные представления о строении атома подчиняются квантовой модели строения атома, которая учитывает волновые свойства элементарных частиц. Приведем ее основные положения.

Параметры для характеристики атомов

Число нейтронов N определяется как разность между массовым числом и зарядом ядра (учитывая, что массой электрона можно пренебречь).

II положение МКТ: Атомы и молекулы вещества всегда находятся в непрерывном хаотическом движении

Что произойдет через некоторое время, если я открою пузырек с пахучим веществом?

Вывод: Запах пахучего вещества распространится по всей комнате и перемешается с воздухом.

— Как называется это явление?

— В каких телах возникает диффузия?

— Диффузия возникает в газах, жидкостях и твердых телах.

— Приведите примеры диффузии (приводят примеры).

Однажды, в 1827г., английский ученый-ботаник Роберт Броун рассматривал в микроскоп взвешенные в воде споры плауна и обнаружил необычное явление: споры плауна без видимых на то причин скачкообразно двигались. Броун наблюдал это движение несколько дней, однако так и не смог дождаться его прекращения. Впоследствии это движение было названо броуновским. (Примеры: муравьи в блюде, частички пыли и дыма в газе).

Объяснить это явление можно, если предположить, что молекулы воды находятся в постоянном, никогда не прекращающемся движении. Они беспорядочно сталкиваются друг с другом. Наталкиваясь на споры, молекулы вызывает их скачкообразные перемещение. Количество ударов молекул о спору с разных сторон не всегда одинаково. Под действием «перевеса» удара с какой- нибудь стороны, спора будет перескакивать с места на место.

Т.О. частицы вещества непрерывно и беспорядочно (хаотически) движутся.

Доказательства:

Т.е. между частицами вещества имеются промежутки.

— Скажите, пожалуйста, можем ли мы на примере явления диффузии доказать, что между частицами имеются промежутки?

Возьмем два свинцовых цилиндрика. Ножом или лезвием зачистим их торцы до блеска и плотно прижмем друг к другу. Мы обнаружим, что цилиндрики «сцепятся». Сила их сцепления настолько велика, что при удачном проведении опыта цилиндрики выдерживают тяжесть гири в 5 кг.

Из опыта следует вывод: частицы веществ способны притягиваться друг к другу. Однако это притяжение возникает лишь тогда, когда поверхности тел очень гладкие (для этого и понадобилась зачистка лезвием) и, кроме того, плотно прижаты друг к другу.

Частицы веществ способны отталкиваться друг от друга. Это подтверждается тем, что жидкие, а особенно твердые тела очень трудно сжать. Например, чтобы сдавить резиновый ластик, требуется значительная сила! Ластик гораздо легче изогнуть, чем сдавить.

Притяжение или отталкивание частиц веществ возникает лишь в том случае, если они находятся в непосредственной близости. На расстояниях, чуть больших размеров самих частиц, они притягиваются. На расстояниях, меньших размеров частиц, они отталкиваются.

5. Закрепление

— Составить электронно-графическую схему атома меди

— Сформулируйте основные положения МКТ.

— Почему сладкий сироп приобретает со временем вкус фруктов?

— Почему сахар и другие пористые продукты нельзя хранить вблизи пахучих веществ?

— Почему стол, стул не совершают броуновского движения?

— Почему из осколков разбитого стакана невозможно собрать целый стакан, а хорошо отшлифованные цилиндры плотно прилипают друг к другу?

6. Контроль

Тест. Вариант 1

1. В ядре атома содержатся:
а) только протоны; б) только электроны;
в) протоны и нейтроны; г) протоны и электроны

2. Принадлежность атома к определенному химическому элементу определяется:
а) зарядом ядра; б) количеством нейтронов в атоме;
в) массой атома; г) количеством электронов

3. Атом какого химического элемента содержит три протона?

4. Атом какого химического элемента имеет заряд ядра +22?

5. Число нейтронов в атоме марганца равно:

Тест. Вариант 2

1. Порядковый номер элемента показывает:
а) число нуклонов в атоме; б) число нейтронов в ядре;
в) число электронов в атоме; г) атомную массу

2 Атомы одного и того же элемента могут содержать:
а) разное число протонов;
б) разное число нейтронов;
в) разное число электронов;
г) только одинаковое число протонов, нейтронов и электронов

3 Атом какого химического элемента содержит десять электронов?
а) S; б) H; в) Ne; г) Li.

4 Атом какого химического элемента имеет заряд ядра +35?
а) Ni; б) Pt; в) Br; г) Te.

5 Число нейтронов в атоме цинка равно:
а) 65; б) 22; в) 30; г) 35

Ответы:

7. Рефлексия

Самостоятельная оценка знаний. Выставление оценок за урок.

Домашнее задание: Составить электронно-графическую схему атома хлора.

Вариант 1 ________________________

1. В ядре атома содержатся:
а) только протоны; б) только электроны;
в) протоны и нейтроны; г) протоны и электроны

2. Принадлежность атома к определенному химическому элементу определяется:
а) зарядом ядра; б) количеством нейтронов в атоме;
в) массой атома; г) количеством электронов

3. Атом какого химического элемента содержит три протона?

4. Атом какого химического элемента имеет заряд ядра +22?

5. Число нейтронов в атоме марганца равно:

Вариант 1 ________________________

1. В ядре атома содержатся:
а) только протоны; б) только электроны;
в) протоны и нейтроны; г) протоны и электроны

2. Принадлежность атома к определенному химическому элементу определяется:
а) зарядом ядра; б) количеством нейтронов в атоме;
в) массой атома; г) количеством электронов

3. Атом какого химического элемента содержит три протона?

4. Атом какого химического элемента имеет заряд ядра +22?

5. Число нейтронов в атоме марганца равно:

Вариант 1__________________________________

1. В ядре атома содержатся:
а) только протоны; б) только электроны;
в) протоны и нейтроны; г) протоны и электроны

2. Принадлежность атома к определенному химическому элементу определяется:
а) зарядом ядра; б) количеством нейтронов в атоме;
в) массой атома; г) количеством электронов

3. Атом, какого химического элемента содержит три протона?

4. Атом, какого химического элемента имеет заряд ядра +22?

5. Число нейтронов в атоме марганца равно:

Вариант 2 ___________________________________

1. Порядковый номер элемента показывает:
а) число нуклонов в атоме; б) число нейтронов в ядре;
в) число электронов в атоме; г) атомную массу

2 Атомы одного и того же элемента могут содержать:
а) разное число протонов;
б) разное число нейтронов;
в) разное число электронов;
г) только одинаковое число протонов, нейтронов и электронов

3 Атом какого химического элемента содержит десять электронов?
а) S; б) H; в) Ne; г) Li.

4 Атом какого химического элемента имеет заряд ядра +35?
а) Ni; б) Pt; в) Br; г) Te.

5 Число нейтронов в атоме цинка равно:
а) 65; б) 22; в) 30; г) 35

Вариант 2 ___________________________

1. Порядковый номер элемента показывает:
а) число нуклонов в атоме; б) число нейтронов в ядре;
в) число электронов в атоме; г) атомную массу

2 Атомы одного и того же элемента могут содержать:
а) разное число протонов;
б) разное число нейтронов;
в) разное число электронов;
г) только одинаковое число протонов, нейтронов и электронов

3 Атом какого химического элемента содержит десять электронов?
а) S; б) H; в) Ne; г) Li.

4 Атом какого химического элемента имеет заряд ядра +35?
а) Ni; б) Pt; в) Br; г) Te.

5 Число нейтронов в атоме цинка равно:
а) 65; б) 22; в) 30; г) 35

Источник

Строение атома, строение вещества (тесты)

Онлайн-конференция

«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Контрольная работа по теме: «Строение атома, строение вещества».

Правильный ответ выделен жирным шрифтом.

1. Принадлежность атома к определённому химическому элементу определяется:

а) количеством нейтронов в ядре;

г) количеством электронов на внешнем энергетическом уровне.

2. В состав атома входят:

а) протоны и нейтроны;

в) протоны, нейтроны и электроны;

г) нейтроны и электроны.

3. Атом фтора содержит:

а) 9 протонов и 9 электронов;

б) 9 протонов и 19 электронов;

в) 19 протонов и 19 электронов;

г) 19 протонов и 9 электронов.

4. Атомы одного и того же элемента могут содержать:

а) разное число протонов;

б) разное число нейтронов;

в) разное число электронов;

г) только одинаковое число и протонов, и нейтронов, и электронов.

5. Число электронов на внешнем уровне атома углерода равно:

6. Электронную конфигурацию внешнего слоя 3 S 2 3 P 1 имеет атом:

7. Вещества с атомной кристаллической решёткой:

г) могут отвечать всем агрегатным состояниям.

8. Вещества, обладающие твердостью, тугоплавкостью, хорошей растворимостью в воде, как правило, имеют кристаллическую решётку:

9. Молекулярную кристаллическую решетку имеет соединение:

10. Ионное строение имеет:

4) оксид углерода (IV).

11. Немолекулярное строение имеет

12. Кристаллическая решетка хлорида кальция:

13. Формулы веществ с ионной и ковалентной неполярной связью входят в пару:

14. Электронная конфигурация Is 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 соответствует иону:

15. Общее число электронов у иона Mn 2+ :
1)23;
2)25;
3)27;
4) 55.

1. Порядковый номер элемента равен:

а) числу электронов на внешнем слое атома;

б) числу электронов в атоме;

в) числу нейтронов в ядре атома;

г) сумме числа протонов и нейтронов в ядре атома.

2. Атом хлора содержит:

а) 17 протонов и 35 электронов;

б) 35 протонов и 7 электронов;

в) 17 протонов и 17 электронов;

г) 7 протонов и 7 электронов.

3. Заряд ядра атома равен:

а) числу нейтронов в ядре;

б) сумме числа протонов и нейтронов в ядре атома;

г) числу протонов в ядре.

4. Число электронов в атоме не равно:

а) числу протонов в ядре этого атома;

б) порядковому номеру элемента;

в) заряду ядра атома;

г) числу нейтронов в ядре ятома.

5. Число электронов на внешнем уровне атома кислорода равно:

6. Электронную конфигурацию внешнего слоя 2 S 2 2 P 3 имеет атом:

7. Все вещества с ионной связью:

не растворимы в воде.

8. В веществах, образованных путем соединения одинаковых атомов, химическая связь:

б) ковалентная полярная;

г) ковалентная неполярная

9. Между атомами элементов с порядковыми номерами 11 и 17 возникает связь:

10. Молекулярное строение имеет

11. Молекулярное строение имеет:

12. Кристаллическая решетка твердого оксида углерода (IV)

13. Формулы веществ с ковалентной полярной и ионнной связью входят в пару:

14. Электронная конфигурация Is 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 соответствует иону

15. 1. Заряд ядра атома железа равен:

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

Курс повышения квалификации

Современные педтехнологии в деятельности учителя

Курс профессиональной переподготовки

Методическая работа в онлайн-образовании

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

Номер материала: ДБ-443654

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

Школьники из Москвы выступят на Международной олимпиаде мегаполисов

Время чтения: 3 минуты

Апробацию новых учебников по ОБЖ завершат к середине 2022 года

Время чтения: 1 минута

Путин поручил не считать выплаты за классное руководство в средней зарплате

Время чтения: 1 минута

В России планируют создавать пространства для подростков

Время чтения: 2 минуты

ВПР для школьников в 2022 году пройдут весной

Время чтения: 1 минута

Учителям предлагают 1,5 миллиона рублей за переезд в Златоуст

Время чтения: 1 минута

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Источник

§ 1. Основные сведения о строении атома (продолжение)

s-Облака имеют сферическую форму, р-облака — форму гантели или объёмной восьмёрки, а некоторые d-облака — форму листа клевера (рис. 3).

Форма и размеры того или иного электронного облака определяются атомными орбиталями. Атомные орбитали являются функцией двойственной природы электрона, определённой в каждой точке около- ядерного пространства. Они не имеют формы, так как это понятие математическое. Однако, как и соответствующие им электронные облака, орбитали обозначают символами s, р, d, f.

В атомах химических элементов первому слою соответствует одна s-орбиталь, на которой могут находиться два s-электрона. Второй слой имеет s-орбиталь, запас энергии электронов на ней выше, чем у электронов первого слоя. Кроме того, второй слой имеет три р-орбитали, которым соответствуют гантелеобразные электронные облака одного размера. Они взаимно перпендикулярны, подобно осям координат х,у и z. Третий слой, помимо одной s- и трёх р-орбиталей, имеет пять d-орбиталей.

Каждую орбиталь могут занимать два электрона. Следовательно, максимальное число электронов, которые могут поместиться на первом слое, равно 2, на втором слое — 8 (2 — на одной s-орбитали и 6 — на трёх р-орбиталях), на третьем слое — 18 (2 — на s-орбитали, 6 — нар-орбитали и 10 — на d-орбиталях).

Атом каждого элемента в Периодической системе Д. И. Менделеева отличается от предыдущего тем, что заряд его ядра увеличивается на единицу (в ядре на один протон становится больше), а следовательно, на электронной оболочке на один электрон становится больше по сравнению с предыдущим элементом.

В зависимости от того, на какой орбитали находится этот последний электрон, химические элементы можно разделить на семейства: s, р, d и f (рис. 4).

В зависимости от того, на какой орбитали находится этот последний электрон, химические элементы можно разделить на семейства: s, р, d и f (рис. 4).

К s-элементам относят элементы главных подгрупп I и II групп Периодической системы Д. И. Менделеева, а также гелий.

К р-элементам относят элементы главных подгрупп III—VIII групп Периодической системы Д. И. Менделеева.

К d- и f-элементам относят химические элементы побочных подгрупп Периодической системы Д. И. Менделеева.

Принадлежность химического элемента к тому или иному электронному семейству можно определить по электронной конфигурации (электронной формуле), которая показывает расположение электронов на электронных слоях и орбиталях атомов. Записать такую формулу можно с помощью Периодической системы Д. И. Менделеева. Для элементов малых периодов (1—3), состоящих только из элементов главных подгрупп (А групп), это не составит никакого труда. Например, сера, химический элемент № 16, расположенный в 3-м периоде, главной подгруппе VI группы (VIA группе) Периодической системы Д. И. Менделеева. Следовательно, ядро её атома имеет заряд +16, на электронной оболочке располагаются 16 электронов: на первом слое — 2 электрона на ls-орбитали, на втором слое — 8 электронов (2 — на 2в-орбитали и 6 — на 2р-орбиталях) и на третьем — 6 электронов в соответствии с номером группы (2 — на Зв-орбитали и оставшиеся 4 — на Зр-орбиталях). Отсюда электронная конфигурация атома серы:

Сера — это p-элемент, так как последний электрон в её атоме располагается на 3р-орбитали.

Источник

Периодический закон Д.И. Менделеева и периодичность свойств атомов. Конспект

Оглавление

1. Современная формулировка периодического закона и структура периодической системы Д.И.Менделеева

В 1869 г. Д.И. Менделееву удалось сформулировать периодический закон – важнейший закон природы:

свойства химических элементов, а, следовательно, и свойства образуемых ими простых и сложных веществ состоят в периодической зависимости от их атомного веса.

Согласно этой формулировке наблюдалось несоответствие положения некоторых элементов в периодической системе Менделеева:

В начале 20 века закон Менделеева и его система были обоснованы на квантово-механическом уровне. Существо этого закона было полностью сохранено, а в качестве фундаментальной константы атома стал использоваться

заряд ядра атома

(соответствующий порядковому номеру элемента),

что позволило устранить наблюдавшиеся несоответствия.

Исходя из структуры электронной оболочки атомов число элементов

в III периоде – должно было бы быть 18;

в IV периоде – должно было бы быть 32;

в V периоде – должно было бы быть 50.

Это обусловлено тем, что заполнение d-состояний электронами запаздывает на один период, а заполнение f-состояний – на два периода.

Отличие реальной системы от теоретически возможной заключается в том, что в первой не учитывалось электрон-электронное взаимодействие. Теоретический учет этого взаимодействия – чрезвычайно сложная задача. На качественном уровне приходится учитывать три эффекта –

эффект экранирования электронами ядра атома,

эффект проникновения электронов к ядру,

взаимное отталкивание электронов, принадлежащих одному и тому же энергетическому слою

Эффект экранирования ядра связан с тем, что внутренние электроны атома частично заслоняют ядро, в результате чего уменьшается его воздействие на внешний электрон. Эффект экранирования учитывается некоторой постоянной S_экр, называемой константой экранирования. Заряд ядра с учетом экранирования называется эффективным зарядом и определяется соотношением Z_эфф. = Z – S_экр. Экранирование внешнего электрона возрастает с увеличением общего числа электронов в атоме.

Эффект проникновения электронов к ядру обусловлен тем, что электрон, согласно положениям квантовой механики, может находиться в любой точке атома. Это означает, что внешний электрон часть времени находится вблизи ядра, проникая через слои внутренних электронов, и не испытывает при этом их экранирующего действия.

Распределение электронной плотности относительно ядра изображают кривой распределения вероятности нахождения электрона в шаровом слое радиуса r толщиной dr, объем которого dV = 4pr 2 dr.

Для одного и того же энергетического слоя наибольшую проникающую способность проявляют s-электроны, меньшую – p-электроны, еще меньшую – d-электроны (рис.1). Число максимумов на кривой определяется числом n. Для 3s-электрона N_max = n, для р-электрона N_max = (n – 1), для d-электрона N_max = (n – 2). Эффект проникновения увеличивает прочность связи электрона с ядром.

Взаимное отталкивание электронов, принадлежащих одному и тому же энергетическому слою, оказывает большое влияние на прочность связи электрона с ядром. Это отталкивание особенно сильно проявляется между двумя электронами с противоположными спинами, находящимися на одной орбитали.

Эти эффекты приводят к изменению эффективного заряда ядра атома, что позволяет объяснить реальную структуру электронной оболочки атома.

В настоящее время система Д.И. Менделеева представляет собой предельно краткую и четкую физико-химическую энциклопедию. В современной формулировке периодический закон Д.И.Менделеева звучит следующим образом: свойства элементов, а также свойства и формы образуемых ими соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов элементов.

На основе периодического закона разработаны графические системы Д.И. Менделеева. В настоящее время их насчитывается более 3 тысяч.

Наиболее распространены два варианта таблицы – короткопериодный и длиннопериодный.

Периоды – горизонтальные ряды, объединяющие элементы с одинаковым значением главного квантового числа n. Номер периода соответствует числу заполненных электронами энергетических уровней атома каждого конкретного элемента.

Группы – вертикальные ряды, объединяющие элементы с одинаковым числом валентных электронов.

Современная периодическая таблица состоит из 7 периодов: первый содержит всего два элемента, второй и третий – по 8 элементов (малые периоды), четвертый и пятый – по 18 элементов, шестой – 32 элемента, седьмой период не завершен, но должен содержать также 32 элемента (большие периоды).

Каждый период начинается с двух s-элементов, в атомах которых впервые появляется электрон со значением n, соответствующим номеру заполняемого периода, и заканчивается шестью p-элементами. В больших периодах между s- и р-элементами размещается по десять d- элементов. Все f-элементы условно помещаются в ячейки лантана (лантаноиды) и актиния (актиноиды), а их символы обычно выносятся за пределы периодической таблицы в виде рядов.

2. Радиус атома и энергия ионизации

Периодичностью называется повторяемость химических и физических свойств атомов химических элементов, их простых веществ и сложных соединений при изменении порядкового номера элемента в периодической таблице Д.И.Менделеева. Основная причина периодичности свойств элементов связана с электронным строением их атомов.

Рассмотрим 2 вида периодичности (горизонтальную и вертикальную) на примере таких свойств атомов как орбитальный радиус и его энергия ионизации.

Горизонтальная периодичность проявляется в появлении максимальных и минимальных значений для различных свойств элементов и их соединений в пределах каждого периода. Связана горизонтальная периодичность с изменением числа электронов на внешних энергетических уровнях атома с ростом заряда атомного ядра при движении от начала периода к его концу.

Вертикальная периодичность – вид периодичности, по которому элементы объединяют в группы: элементы одной группы имеют одинаковые конфигурации валентных электронов. Вертикальная периодичность заключается в повторяемости свойств атомов и их соединений и закономерном их изменении при увеличении заряда ядра в пределах каждой группы элементов.

Размеры атомов обычно оценивают по величине их радиуса. Однако вследствие волнового характера движения электрона радиус атома невозможно точно определить. Поэтому за радиус принимают различные условно выбранные величины. Различают орбитальный, атомный (ковалентный, металлический), ван-дер-ваальсов, ионный радиусы.

За орбитальный радиус (r_орб) свободного атома принимают расстояние от центра атома до максимума, соответствующего внешнему электронному облаку, на теоретически рассчитанной кривой распределения вероятности нахождения электрона в атоме от расстояния r (см. рис. 1, табл. 1).

Рис.1. График зависимости величины 4πr 2 R 2 (r) от расстояния r для 1s-орбитали

На практике химиков больше интересуют радиусы атомов, связанных между собой. При рассмотрении простых веществ и органических соединений обычно пользуются понятием об атомном радиусе. Атомные радиусы (табл. 1) подразделяют на радиусы атомов металлов (металлический радиус), радиусы атомов неметаллов (ковалентные радиусы) и радиусы атомов благородных газов.

Под металлическим радиусом (r_ме) понимают половину расстояния между ближайшими соседними атомами металла в кристаллической решетке.

Радиусы атомов благородных газов (r_благ.г) рассчитаны из межатомных расстояний в кристаллах этих веществ, которые существуют при низких температурах.

Рис. 2. Ковалентные и ван-дер-ваальсовы радиусы молекулы Cl₂ в кристалле

Часто для оценки размеров групп атомов или выяснения того, как могут взаимодействовать отдельные части молекулы, бывает интересно знать размер атома в том направлении, в котором он не образует химической связи. Половина расстояния между несвязанными атомами называется ван-дер-ваальсовым радиусом (r_В). Другими словами, ковалентный радиус – это радиус атома в направлении химической связи, а ван-дер-ваальсов радиус – радиус атома в любом другом направлении. Из рис. 2 видно, что ван-дер-ваальсов радиус находят по расстоянию между двумя ядрами хлора в соседних молекулах, и величина его всегда больше, чем ковалентный радиус атома (табл. 1).

В неорганической химии чаще всего оперируют понятием ионного радиуса. Ионный радиус (r_ион) характеризует размер иона. Ионные радиусы оценивают различными способами из экспериментальных данных. Для положительно заряженного иона (катиона) ионный радиус всегда меньше, чем ковалентный, для отрицательно заряженного иона (аниона) – больше, чем ковалентный радиус (табл. 1). Ионные радиусы одного и того же элемента изменяются в зависимости от координационного числа (к.ч.) иона и степени его окисления.

Таблица 1. Значения радиусов (в пм) для атомов и ионов I – III периодов

(1пм = 10 -9 см =10 3 нм).

Способность атомов отдавать электроны характеризует величина, называемая энергией ионизации. Энергия ионизации Eи (energy of ionization) – это количество энергии, необходимое для отрыва электрона от невозбужденного атома в газообразном состоянии.

Элемент

Для d-элементов радиус увеличивается при переходе от IV к V периоду и уменьшается при переходе от V к VI периоду. Аналогичные тенденции наблюдаются и в изменении ван-дер-ваальсовых, атомных и ионных (при одинаковом заряде) радиусов. Уменьшение радиусов d-элементов при переходе от V к VI периоду обусловлено тем, что увеличение числа электронных слоев в них компенсируется f-сжатием, связанным с заполнением электронами 4f-подслоя у f-элементов VI периода. Отмеченным закономерностям не подчиняются d-элементы 3-й и 11-й групп. Для них типичны закономерности, наблюдаемые для s- и р-элементов.

Для d-элементов значения Eи₁ в группе в общем увеличиваются. Это можно объяснить эффектом проникновения электронов к ядру.

3. Сродство атома к электрону

Сродство атомов к электрону определено для многих элементов. Положительное значение Е_срод1 означает поглощение энергии при присоединении электрона (эндотермический процесс) – невыгодно, отрицательное значение Е_срод1 – экзотермический процесс – выделение энергии при присоединении электрона (выгодно).

4. Электроотрицательность

Электроотрицательность (ЭО) характеризует способность атома притягивать к себе электроны при образовании химической связи. Электроотрицательность не является физическим свойством, которое можно измерить. Величину электроотрицательности вычисляют, используя различные свойства веществ (энергию ионизации, сродство атома к электрону, межъядерные расстояния, энергии связи электрона с ядром и др.).

Шкала электроотрицательности по Малликену. Р.Малликеном (США) был предложен способ вычисления ЭО как среднего арифметического первой энергии ионизации атома Eи и его сродства к электрону E_срод.:

.

Из уравнения следует, что атомы с большими значениями E_и и E_срод. сильнее притягивают к себе электроны, обобществляемые при образовании связи. Так, атомы металлов имеют низкие значения электроотрицательности, так как для них характерны небольшие значения энергии ионизации и сродства к электрону. Атомы неметаллов, наоборот, характеризуются высокой электроотрицательностью вследствие того, что имеют существенно большие значения E_и и E_срод.. Недостаток этого подхода связан с тем, что сродство к электрону установлено не для всех элементов, поэтому электроотрицательность по Малликену определена также не для всех элементов.

Шкала электроотрицательности по Полингу. Допустим, что связь в молекуле АВ – ковалентная, тогда энергию связи Е_АВ в молекуле АВ можно представить как среднее между энергиями связи в молекулах А₂ и В₂, обозначенных соответственно Е_А-А и Е_В-В. Однако найденная из опыта энергия связи Е_АВ обычно оказывается больше, то есть:

> 0

Причина этого заключается в некоторой поляризации связи А-В, т.е. по значению величины Δ можно судить о степени полярности ковалентной связи и, следовательно, о способности атомов притягивать к себе электроны. Л. Полинг предположил, что величина Δ зависит от разности электроотрицательностей элементов следующим образом:

.

В группах р-элементов устойчивость высшей степени окисления уменьшается, но уменьшается немонотонно. Это связано с тем, что энергетическое различие между валентными s- и р-орбиталями в группах также изменяется немонотонно, то есть наблюдается четко выраженная вторичная периодичность. ΔЕ_sp для элементов 3-го и 5-го периодов ниже, чем для элементов 4-го периода (Ge, As, Se, Br). Поэтому устойчивость соединений в высшей степени окисления у элементов 3-го и 5-го периодов обычно выше, чем для аналогичных соединений 4р-элементов. Например, устойчивость галогенидов элементов 4-го периода мышьяка (AsСl₅) и cелена (SeF₆) в их высшей степени окисления меньше, чем устойчивость подобных галогенидов элементов 3-го (PCl₅, SF₆) и 5-го (SbCl₅, TeF₆) периодов. Для атомов р-элементов 6-го периода, имеющих большие различия между валентными s- и р-орбиталями, высшая степень окисления неустойчива.

Источник