Химия Учебники для вузов различных авторов: 3. А.И. Горбунов, А.А. Гуров и др

Гуров и др. Теоретические основы общей химии; 4. А.В. Суворов,

- основы общей химии (теория)

Химическая кинетика
6. Равновесие в химических системах

– Натурфилософские представления об атомном строении материи.

2 – Химическая гипотеза об атоме, как наименьшей частице химического
элемента. Атомы отличаются массой. Парацельс, Бойль, Берцелиус
(16-17 в.). До конца 19 в. атом рассматривался как неделимая частица.

3 – Физические модели строения атома (появились на рубеже 19-20 в.) Описывают сложное строение атома. Появились на основании открытий, исслед.:

Основной вывод из исследований и открытий 3-го этапа - атомы содержат разноименно заряженные частицы (имеют сложное строение)

г.)
Атом - сложная частица, состоящая из положительно заряженного ядра (~10-15

Нильс Бор – теория (модель) строения атома водорода (постулаты) (1913г.)
En = - 2π2e4k2m / h2 ∙ 1/n2 (n=1 E1= -13,6 эВ; En = - E1 / n2
rn = h2 / 4π2e2km ∙ n2 n = 1,2,3… Позволила рассчитать Е эл-на (объясняла оптический линейчатый спектр атома водорода) и радиус rn электронных орбит.
Не объясняла тонкую структуру оптических спектров, образование хим.связи

Луи де Бройль, Вернер Гейзенберг, Макс Борн, Эрвин Шредингер и др. - квантово-механическая модель (1925-27 г.г. по настоящее время)
Квантовая (волновая) механика - теория, устанавливающая способ описания и законы движения микрочастиц. Базируется на 2-х основных гипотезах-постулатах Л.де Бройля (корпускулярно-волновой дуализм свойств материи) и В. Гейзенберга (принцип неопределенности для микрочастиц)

Электромагнитное излучение
Волна: l - длина волны
n- частота
Т - период
Частица

hn = mc2

Корпускулярно-
волновой дуализм
ЭМИ: фотон - частица и/или волна

связи импульса P любого движущегося материальн.объекта с длиной волны λ,

Материальный объект (частица): m - масса, v – скорость, λ –длина волны (наз.волна де Бройля)

Если электрон обладает волновыми свойствами должна наблюд.дифракция:

Для эл-на Ek = 100 эВ (1эВ=1,60210-19Дж) ,  = 1.2 Å (1 Å =10-10 м)

Луи де Бройль (1925)

для одномерного пространства в виде:
где ∆х, ∆р х – неопределенность

Эрвин Шредингер – квантово-механическая модель строения атома на основе квантовой (волновой) механики - теории, устанавливающей способ описания и законы движения микрочастиц - базируется на 2-х основных гипотезах-постулатах Л. Де Бройля и В. Гейзенберга [корпуск.-волновой дуализм микрочастиц и неопределенность в точном измерении корпускулярных свойств микрочастиц (координат и импульса)]

– для описания волнового характера движения электрона по координате х

3-х мерном пространстве с координатами (x,y,z) - (x,y,z,t)
(x,y,z,t) -

 - длина волны

m 2 v 2 / 2m mv =

E = Ek + U, где E - полная энергия U- потенциальная Е k – кинетич.энергия

2. Уравнение должно содержать в себе характеристики электрона как волны - , так и частицы - m (дуализм микромира)

Борн, 1926 г.
волновая функция(амплитудная) и физического смысла не имеет
Принцип нормирования

яма (ящик) - область пространства, вне которой потенциальная энергия V

Граничные условия:
внутри ящика: 0<х<а потенц.энергия U= 0 → (x)
на границах ящика: в (‧) 0 и (‧) а U=  → (0)=0, (а)=0

виде –
набор волн.функций (собственных) Ψ(х),
где a - параметр

квантовое число

энергия электрона – квантована(дискретна): дискретные значения энергии Е n -

Энергетическое состояние - {En - n }- определяют величина Е и соответствующая ей волновая функция  (распределение вероятности нахождения эл-на в пространстве. Каждому энергетическому состоянию соответствует своё квантовое число n, где n = 1,2,3… – квантовое число

параметры потенц.ящика;
nx, ny, nz(1,2,3,4… – квантовые числа по осям

Выводы:
1. Энергия электрона дискретна (квантована). [Дискретность энергетических состояний распространяются и на реальный атом].
2. Энергетическое состояние определяется набором целочисленных параметров - трех квантовых чисел nx. ny, nz.

квантовых чисел (несколько наборов волновых функций). Пример вырождения - Е2,,

В (**) а = b = c

[1,1,1] (nx = 1, ny = 1, nz = 1; Е1 =12+12+12=3)

[2,2,2]

[k=1/4πε0]

x = rsincos
y = rsinsin
z = rcos

Ψ(r) – волновая функция (собственная функция), явл. решением ур.Шредингера,
а – const, А – нормирующий коэффициент

(-13,6 эВ в основном состоянии) – квантово-механическая модель для атома

Для сферы: dV = 4r2dr
dV-объём сферич.слоя тощиной

Орбиталь электрона – (объём) область пространства (для атома водорода в основном состоянии это сфера) в которой вероятность нахождения электрона P=0.90 (90 %)

=

чем (r)
Общий вид таких волновых функций - (r,,).

R(r)n, l -функция радиального распределения электронной плотности в явном виде (получают при решении ур. Шреденгера) содержит n и l

Y(,)l,m -функция углового распределения электронной плотности в явном виде (получают при решении ур. Шреденгера) содержит l и m, где

Квантовые числа:

главное – n = 1,2,3,4…

орбитальное – l = 0,1,2,3...(n -1)

магнитное – m = -l, (-l+1),...,0,...,(+l–1), +l

энергии электрона, размер орбитали(расстояния е до ядра)
орбитальное: l = 0,1,2,3...(n-1)

s- орбиталь

р- орбиталь

d- орбиталь

магнитное: m = -l, (-l+1),...,0,..., (l-1), +l Разрешенные направления в пространстве вектора орбит.момента кол.движения-определяет число орбиталей (Епот –зависит от положения е в пространстве)

s-орбиталь - m = 0

р-орбиталь - m = 1, 0,-1

cпиновое:ms ±1/2 Собственный момент кол.движения электрона

2p
0 1
+1, 0, -1
3
E3
5
3
0 – 3s
1 – 3p
2 – 3d

+2, +1, 0, -1, -2

4

0 – 1s

E3s = E3p = E3d < E4s = E4p =

водорода. Проникающая способность орбиталей: ns>np>nd; Энергия ns

похоже на описание атома водорода). Электрон в поле эффективного заряда

Zэ = Z - n,l
Z – заряд ядра
Zэ - эффективный заряд ядра
n,l - константа экранирования

различия радиального распределения электронной плотности s,p и d-орбиталей (проникающей способности

E1s < E2s < E2p< E3s < E3p < E4s < E3d < E4p < E5s < E4d <… снятие вырождения по орбит.кв.ч. l. E e зaвисит от n и l

энергии электронов.
2. Принцип (запрет) Паули
3. Правило Хунда

и радиус иона

e  A–

хим.связи с другим атомом)
по Малликену
Существует также шкала Олреда-Рохова
по

F = 1.0, F = 4.0 (у.е.)