Периодический закон Менделеева, историческая и современная формулировка. Физический смысл порядкового номера элемента. Явление периодичности и электронная структура атомов

Изучив свойства элементов, расположенных в ряд по возрастанию значе­ний их атомных масс, великий русский ученый Д.И. Менделеев в 1869 г. вы­вел закон периодичности:

свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел стоят в периодической зависимости от величины атом­ных весов элементов.

современная формулировка периодического закона Менделеева:

Свойства химических элементов, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда их ядер.

Число протонов в ядре определяет величину положительного заряда ядра и соответственно порядковый номер Z элемента в периодической системе. Суммарное число протонов и нейтронов, на­зывается массовым числом А, оно примерно равно величине массы ядра. Поэтому число нейтронов (N) в ядре может быть найдено по фор­муле:

N = А — Z.

Электронная конфигурация — формула расположения электронов по различным электронным оболочкам атомахимического элемента

или молекулы.

17. Квантовые числа и порядок заполнения энергетических уровней и орбиталей в атомах. Правила Клечковского

Порядок распределения электронов по энергетическим уровням и под­уровням в оболочке атома называют его электронной конфигурацией. Состояние каждого электрона в атоме определяется четырьмя квантовыми числами:

1. Главное квантовое число n в наибольшей степени характеризует энергию электрона в атоме. n = 1, 2, 3….. Наименьшей энергией электрон обладает при n = 1, при этом он наиболее близок к ядру атома.

2. Орбитальное (побочное, азимутальное) квантовое число l определяет форму электронного облака и в незначительной степени его энергию. Для каждого значения главного квантового числа n, орбитальное квантовое число может принимать нулевое и ряд целочисленных значений: l = 0…(n-1)

Состояния электрона, характеризующиеся различными значениями l, принято называют энергетическими подуровнями электрона в атоме. Каждый подуровень обозначается определенной буквой, ему соответствует определенная форма электронного облака (орбитали).

 

3. Магнитное квантовое число m_l определяет возможные ориентации электронного облака в пространстве. Число таких ориентаций определяется числом значений, которое может принимать магнитное квантовое число:

m_l = -l, …0,…+l

Число таких значений для конкретного l: 2l+1

Сответственно: для s-электронов: 2·0 +1=1 (сферическая орбиталь может быть ориентирована только одним способом);

для p-электронов: 2·1+1= 3 (три «гантели» p-электронов ориентированы в 3-х направлениях);

для d-электронов: 2·2+1= 5 (d- орбитали ориентированы в 5 направлениях).

4. Спиновое квантовое число m_s о тражает наличие у электрона собственного момента движения.

Спиновое квантовое число может иметь только два значения:m_s = +1/2 или –1/2

Распределение электронов в многоэлектронных атомах происходит в соответствии с тремя принципами:

Принцип Паули

В атоме не может быть электронов имеющих одинаковый набор всех четырех квантовых чисел.

2. Правило Хунда (трамвайное правило)

В наиболее устойчивом состоянии атома электроны размещаются в пределах электронного подуровня так, чтобы их суммарный спин был максимален. Аналогично порядку заполнения двойных кресел в подошедшем к остановке пустом трамвае – сначала незнакомые друг с другом люди рассаживаются на двойные кресла (а электроны на орбитали) по-одному, и только когда пустые двойные кресла закончатся по-двое.

Принцип минимума энергии (Правила В.М. Клечковского, 1954)

1) При увеличении заряда ядра атома поcледовательное заполнение элект­ронных орбиталей происходит от орбиталей с меньшим.значением сум­мы главного и орбитального квинтовых чисел (n + l) к орбиталям с боль­шим значением этой суммы.

2) При одинаковых значениях суммы (n +l) заполнение орбиталей происхо­дит последовательно в направлении возрастания значения главного кван­тового числа.

18. Методы моделирования химических связей: метод валентных связей и метод молекулярных орбиталей.

Метод валентных связей

Простейшим является метод валентных связей (ВС), предложенный в 1916 г. американским физико-химиком Льюисом.

Метод валентных связей рассматривает химическую связь как результат притяжения ядер двух атомов к одной или нескольким общим для них электронным парам. Такая двухэлектронная и двухцентровая связь, локализованная между двумя атомами, называется ковалентной.

Принципиально возможны два механизма образования ковалентной связи:

1. Спаривание электронов двух атомов при условии противоположной ориентации их спинов;

2. Донорно-акцепторное взаимодействие, при котором общей становится готовая электронная пара одного из атомов (донора) при наличии энергетически выгодной свободной орбитали другого атома (акцептора).