Материал: 5677

качественному изменению организации вещества. Это и означает появление химической формы движения.

Следует подчеркнуть, что в химических процессах кроме атомов и молекул участвуют такие самостоятельные, качественно особые дискретные частицы, как ионы, свободные радикалы, макромолекулы. Подчиняясь общим закономерностям протекания химических реакций, этим частицам свойственны и свои, особые закономерности.

Характерный для новейшей химии, как и для всей науки ХХI в., процесс глубокой внутренней дифференциации в значительной степени связан с открытием качественного многообразия химических частиц. Их строение, превращения и свойства стали предметом изучения специальных разделов химии: неорганической химии, электрохимии, коллоидной химии, физической химии, химии высокомолекулярных соединений, биохимии т.д.

Самостоятельной отраслью химии является наука о методах определения качественного и количественного состава вещества — аналитическая химия.

Без современных методов анализа был бы невозможным синтез новых химических соединений, контроль за технологическими процессами и качеством продукции. Важную роль играет анализ в научно-техническом прогрессе, способствуя развитию естественных наук, таких как геохимия, биохимия, биология, физика, медицина и т. д.

На грани соприкосновения физики и химии возникла физическая химия. Предметом её изучения стали общетеоретические вопросы, касающиеся строения и свойств молекул химических веществ и происходящих при этом физических явлений. B центре внимания физико-химиков стоят проблемы физико-химии полупроводников, кинетики каталитических реакций, зависимость между условиями протекания реакций и свойствами продуктов этих реакций (полимеры), проблемы структуры молекул, подбора катализаторов, биокатализа.

Большое развитие получила новейшая отрасль физической химии — радиационная химия. Достижения радиационной химии и химии изотопов широко используются в медицине (исследование обменных процессов в костной ткани, лечение опухолей, диагностика болезней).

6

ГЛАВА I. ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ КАК КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПО СТРОЕНИЮ ЭЛЕКТРОННЫХ ОБОЛОЧЕК АТОМОВ

1.1. Развитие периодического закона. Закон Мозли. Современная трактовка периодического закона

Периодический закон и периодическая система элементов Д.И. Менделеева существует почти 150 лет. Период развития периодического закона характеризуется двумя основными этапами – химическим и физическим. Химический период характерен тем, что в основу классификации элементов была положена атомная масса. Периодичность пытались подтвердить на основе химических и физико-химических свойств. Этому же периоду отвечает Менделеевская формулировка закона: «Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов».

Следует отметить, что Д.И. Менделеев, открыв всеобщий закон природы (1869), не объяснил причины периодического изменения свойств элементов. На химическом этапе невозможно было раскрыть физическую величину периодичности, так как не было данных об электронной структуре атомов. Раскрыть же причину периодичности свойств можно только на основе строения атомов, структура которых получила теоретическое объяснение в квантовой механике.

Более глубокие знания о строении атома позволили сформулировать периодический закон Д.И. Менделеева так: «Свойства элементов находятся в периодической зависимости от электронной структуры атомов». В такой формулировке закона отражена идея, что периодическая повторяемость свойств связана со строением электронной оболочки атомов и каждый раз появление нового типа электронов с иными квантовыми числами обусловливает новые свойства элементов. Повторяемость же подобных свойств связана с тем, что периодически повторяются однотипные электронные конфигурации атомов. В этом и заключается физический смысл периодичности.

1.2. Структура периодической системы элементов Д.И. Менделеева (короткая форма таблицы)

В табличном варианте периодической системы элементов Д.И. Менделеева каждый элемент имеет свой порядковый номер и занимает одну клетку таблицы,

7

химические элементы расположены в направлении увеличения их порядкового номера по периодам, группам и подгруппам.

1.2.1. Порядковый номер химического элемента

В каждой клетке таблицы, кроме порядкового номера, названия и символа химического элемента, указаны его атомная масса, распределение электронов по энергетическим уровням и электронная конфигурация валентных электронов.

Порядковый номер химического элемента в периодической системе – это важная характеристика атома:

1.2.2. Период

Период – горизонтальный ряд химических элементов, расположенных в порядке увеличения заряда яда и числа электронов в атоме.

Атомы одного периода имеют одинаковое число энергетических уровней, которое равно номеру периода, обозначенному арабской цифрой. В таблице

1.2.3. Группа

Группа – вертикальный ряд химических элементов, атомы которых имеют одинаковое число валентных электронов, но разное число энергетических уровней. Номера групп обозначены римскими цифрами. В таблице имеется 8 групп.

8

Число валентных электронов у атомов этих химических элементов может быть больше или меньше трёх за счёт провала электронов с f-подуровня на d- подуровень или наоборот.

1.3. Электронное строение атома

Электроны в атоме располагаются по энергетическим уровням и подуровням, что изображается чаще всего двумя способами – в виде электронной конфигурации атома или энергетической диаграммой расположения электронов по уровням и подуровням в атоме.

1.3.1. Электронная конфигурация атома

Электронная конфигурация атома отображает расположение электронов в атоме по уровням и подуровням.

При этом следует помнить, что в соответствии с принципом Паули максимально может быть на s-подуровне любого уровня 2 электрона, на р- подуровне – 6 электронов, на d-подуровне – 10 электронов, на f-подуровне – 14 электронов.

В соответствии с правилом наименьшей энергии (правилом Клечковского) уровни и подуровни заполняются в следующей последовательности:

1s 2s 2p 3p 3s 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p.

Электронную конфигурацию атома принято изображать в виде электронной формулы, которая записывается в порядке возрастания номера энергетического уровня, т.е. без учёта последовательности заполнения подуровней электронами.

1.3.2. Энергетическая диаграмма уровней и подуровней

Энергетическая диаграмма уровней и подуровней – это наглядная схема электронной структуры атома, которая в общепринятом, сжатом по вертикали изображении в отсутствии электронов имеет вид

10