Лекция "Атом- сложная частица"

Лекция 1. Атом – сложная частица

Понятие «атом» пришло к нам из античной древности и означало «неделимый»,  но сущность атома в точности наоборот. Сложность строения атома доказана благодаря фундаментальным открытиям:

1897 – Томсон открывает природу катодных лучей;

1889 – Столетов – открытие фотоэффекта;

1896-99 Беккерель, Складовская –Кюри  - открытие радиоактивности элементов;

1889-1900 Резерфорд – определение природы альфа-частиц. После ряда открытий ученые пришли к заключению, что атомы обладают собственной структурой, имеют сложное строение.

Развитие теорий строения атома:

1904 Томсон – «пудинг с изюмом» (положительное тесто, отрицательный изюм);

1911 Резерфорд – планетарная модель атома  (в виде солнечной системы, электроны по орбитам);

1913 Бор вносит в теорию Резерфорда квантовые представления в виде постулатов:

1.     Электрон движется вокруг ядра по строго определенным стационарным орбитам в соответствии с разрешенной энергией Е₁, Е₂, Е₃…, при этом Е не поглощается и не излучается;

2.     Электрон может переходить из одного разрешенного энергетического состояния в другое, что сопровождается излучением или поглощением кванта Е.

Но, так как теория Бора была построена на противоречиях практическое значение она не обрела, поэтому в 1932 году была разработана протонно-нейтронная теория, согласно которой ядро атома состояло из протонов и нейтронов.

Атом – это электронейтральная система взаимодействующих элементарных частиц, состоящая из ядра (образованного протонами и нейтронами) и электронов.

p⁺ - протон – число протонов равно порядковому номеру элемента в таблице Менделеева

n⁰ – нейтрон – число нейтронов равно n0=А_r – p⁺

e^- -  электрон – отрицательно заряженная частица  - количество равно порядковому номеру элемента в таблице Менделеева.

Бывает так, что число нейтронов атомах одного и того же ХЭ может быть различным, следовательно различными будут и массовые числа (атомные массы) у этих атомов, такие разновидности атомов называют изотопы- это разновидности атомов одного и того же элемента, имеющие одинаковый заряд атомного ядра(одинаковое число протонов), но разные массовые числа (разное число нейтронов). Например, в природе встречаются изотопы ³⁹К  и ⁴⁰К, ³⁹Ar  и ⁴⁰Ar.

Для химии больший интерес представляет не строение атомного ядра, а строение электронной оболочки атома. Под электронной оболочкой понимают совокупность всех электронов в атоме.

Важнейшей характеристикой электрона является энергия его связи с ядром.  Электроны, обладающие близкими значениями энергии, образуют единый электронный слой. Наименьшей энергией обладают электроны первого электронного слоя, наиболее близко расположенные к ядру, поэтому они легко могут отдавать электроны.

Число электронных слоев, на которых располагаются е равно номеру периода в таблице Менделеева.

Электрон в атоме не имеет траектории движения, поэтому можно говорить только о его вероятности нахождения в пространстве. Совокупность различных положений электрона рассматривают как электронное облако с определенной плотностью отрицательного заряда.

Электронное облако – пространство вокруг атомного ядра, в котором наиболее вероятно нахождение электрона.

S – оорбиталь имеет шарообразную форму;

P – орбиталь – форму восьмерки или знака бесконечность;

D – орбиталь – в виде листа клевера;

F – орбиталь – два листа клевера.

В атомах химических элементов первому слою соответствует одна s –орбиталь, на которой находятся два электрона.

Второй слой имеет одну s   и три  p- орбитали.

Третий слой имеет одну s, три  p- орбитали и пять  d-орбиталей.

Четвертый слой одну s, три  p- орбитали, пять  d-орбиталей и 7 f-орбиталей.

Атом каждого элемента в ПС отличается от предыдущего на 1 электрон. В зависимости от того, на какой орбитали находится этот последний электрон, химические элементы можно разделить на семейства: s, p, d, f:

-К s- элементам относят элементы uлавных подгрупп к I  и II групп ПС, а также гелий;

 - К p – элементам относят элементы главных подгрупп III – VIII групп;

- К d и f – элементам относят ХЭ ПС побочных подгрупп.

Принадлежность к семействам можно определить по электронной конфигурации атома, которая показывает расположение электронов  на электронных слоях и орбиталях атомов.

Например, атом серы S имеет следующую электронную конфигурацию: S ₁₆ 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴.

Для элементов побочных подгрупп следует учитывать тот факт, что у атомов этих элементов заполняется внешний слой  (на нем как правило будет находиться 2 s-электрона).

V23 1s²2s²2p⁶3s³3p⁶3d³4s²/

Ванадий – это d-элемент, так как последний электрон в его атоме располагается на 3d – орбитали.

Домашнее задание: построить электронные конфигурации атомов элементов №  6.15.20.25.