5. Электронное строение атомов и ионов. Правило Клечковского. Принцип Паули. Правило Хунда.
Для объяснения строения электронных оболочек атомов надо знать 3 основных положения:
Принцип Паули: В атоме не может находиться 2-х электронов, имеющих одинаковый набор всех 4-х квантовых чисел, .т.е. данным значениям квантовых чисел может характеризоваться только один электрон. Следствие: На одной орбитали могут находиться не более 2-х электронов (одинаковые значения n, I, ml, но разные спины)
Принцип наименьшей энергии (Правило Клечковского)
1-е правило Клечковского: В атоме каждый электрон располагается так, чтобы его энергия была минимальной (что отвечает наибольшей связи его с ядром). Энергия электрона в атоме определяется главным квантовым числом n и орбитальным квантовым числом l, поэтому сначала заполняются те подуровни, для которых сумма значений квантовых чисел n и l является наименьшей. Например, энергия электрона на подуровне 4s меньше, чем на подуровне 3d, так как в первом случае n+l=4+0=4, а во втором n+l=3+2=5; на подуровне 5s (n+l=5+0=5) энергия меньше, чем на 4d (n+l=4+2=6) и т.д.
2-е правило Клечковского: В том случае, когда для двух подуровней суммы значений n и l равны, сначала идет заполнение подуровня с меньшим значением n. Например, на подуровнях Зd, 4р, 5s сумма значений n и l равна 5. В этом случае происходит сначала заполнение подуровней с меньшими значениями n, т.е. Зd-4р–5s и т.д. Принцип наименьшей энергии справедлив только для основных состояний атомов. В возбужденных состояниях электроны могут находиться на любых орбиталях атомов, если при этом не нарушается принцип Паули.
Правило Хунда – Суммарное спиновое число электронов данного подслоя должно быть максимальным, т.е. энергетически выгодно, когда в орбитали данного подслоя заполняются сначала по одному, затем по второму.
Если, например,
в трех p-ячейках
атома азота необходимо распределить
три электрона, то они будут располагаться
каждый в отдельной ячейке, т.е. размещаться
на трех разных p-орбиталях:
В этом случае суммарный спин равен
3/2 , поскольку его проекция равна ms
= +1/2-1/2+1/2=1/2 . Эти же три электрона не могут
быть расположены таким образом:
потому что тогда проекция суммарного
спина ms =+1/2-1/2+1/2=1/2
.
6. Характеристики химических связей: энергия, длина, полярность, валентный угол, насыщаемость, направленность, кратность.
Химическая связь – важнейшее понятие химии, позволяющее описать более детально химические свойства соединений, а также их строение и физические свойства. Химическая связь - это взаимодействие атомов, обусловливающее устойчивость химической частицы или кристалла как целого. Химическая связь образуется за счет электростатического взаимодействия между заряженными частицами: катионами и анионами, ядрами и электронами. При сближении атомов начинают действовать силы притяжения между ядром одного атома и электронами другого, а также силы отталкивания между ядрами и между электронами. На некотором расстоянии эти силы уравновешивают друг друга, и образуется устойчивая химическая частица. Основные характеристики химической связи:
Энергией связи – называют ту энергию, которую необходимо затратить для ее разрыва. При этом молекула должна находиться в основном (невозбужденном) состоянии и при 0оК. Эта величина определяет прочность связи. Чем больше энергия, затрачиваемая на разрыв связи, тем прочнее связь. Единица измерения энергии связи — кДж/моль. Например, энергия связи Н—Н в молекуле водорода равна 436 кДж/моль. Если в молекуле несколько одинаковых связей, то, очевидно, для разрушения каждой следующей потребуется различная энергия и в таком случае говорят о средней энергии связи.
Длина связи – расстояние между ядрами атомов в соединении (нм)
Полярность связи - смещение электронного облака в сторону более электроотрицательного атома.
Валентные углы - Это углы между связями в молекуле. Их схематически можно представить как углы между прямыми линиями, соединяющими ядра атомов в молекуле. Эти воображаемые прямые, проведенные через два ядра, называют линиями связи. Величины валентных углов зависят от природы атомов и характера связи. Простые двухатомные молекулы всегда имеют линейную структуру. Трехатомные и более сложные молекулы могут обладать различными конфигурациями. Например, в молекуле воды угол между линиями связи Н—О равен 104,5°, а в сходной молекуле сероводорода валентный угол между связями составляет 92°. Совокупность длин связей и валентных углов в химической частице определяет ее пространственное строение.
Насыщаемость - свойство атома образовывать не любое, а определенное число связей с другими атомами.
Направленность – свойство, зависящее от направления перекрывания атомных орбиталей (АО). сигма - связи возникают при перекрывании АО вдоль линии связи, соединяющей ядра атомов; пи - связи образуются при перекрывании АО вне линии, соединяющих ядра атомов.
Кратность связи – число связей между атомами двух элементов. Чем больше кратность связи, тем больше энергия связи и тем меньше длина связи.