Тема 1. Строение атома, периодический закон Д.И. Менделеева

 

Цели, задачи:

На фактическом уровне получения знаний:

1. Основные положения квантовой механики, квантово-механическая модель атома, квантовые числа;

2. Понятие электронной орбитали, основные правила и принципы заполнения электронами атомных орбиталей;

3. Электронные формулы атомов, электронно-графические схемы;

4. Распределение химических элементов по электронным семействам;

5. Периодический закон Д.И. Менделеева, структура периодической системы элементов.

На операционном уровне получения знаний:

Обучить студента:

1. Записывать полную электронную формулу атома любого химического элемента;

2. Описывать набором четырех квантовых чисел любой электрон в атоме на основании приведенной электронной формулы;

3. Распределять электроны по квантовым ячейкам в электронно-графической схеме.

На аналитическом уровне получения знаний:

Обучить студента:

1. По приведенной электронной формуле атома определять энергетическое состояние атома (нормальное, возбужденное или запрещенное);

2. Определять электронейтральное или ионное состояние описывает данная электронная формула;

3. По электронной формуле валентной структуры атома указывать местоположение данного химического элемента в периодической системе (период, группа, подгруппа) возможные его степени окисления;

4. Определять, к какому электронному семейству элементов относится данный элемент и правильно назвать его электронные аналоги.

 

Фактический материал:

 

I. Краткое изложение основных положений квантовой механики: а) квантованность энергии; б) корпускулярно-волновой дуализм электрона, уравнение де Бройля (; в) понятие орбитали и волновой функции, физический смысл квадрата волновой функции ; г) энергетическое описание электрона в атоме набором четырех квантовых чисел (привести возможные значения и физический смысл каждого квантового числа).

II. Основные правила и принципы распределения электронов по электронным орбиталям в многоэлектронных атомах: а) принцип минимума энергии, правила Клечковского; б) принцип Паули; в) правило Хунда. Электронная формула атома (полная и формула валентной структуры). Понятие квантовой электронной орбитали (квантовой ячейки), графическое изображение электронной оболочки атома при помощи энергетической диаграммы – электронно-графической схемы.

III. Структура периодической системы элементов. Электронные семейства химических элементов. Распределение химических элементов по периодам, группам и подгруппам согласно структуры их электронных оболочек (s-, p-, d-, f- элементы). Понятие электронных аналогов. Краткая характеристика общих основных химических свойств элементов (окислительно-восстановительных и кислотно-основных) по электронным семействам. Понятие потенциала ионизации и сродства к электрону и изменение этих характеристик элементов в периодической системе. Современная формулировка периодического закона Д.И. Менделеева.

Выводы по теме:

1. Атом сложная система, химические свойства которой определяются структурой ее электронной оболочки.

2. Распределение электронов в атоме подчиняется принципам и правилам квантовой механики.

3. Периодически повторяющиеся с возрастанием заряда ядра атомов однотипные электронные конфигурации атомов лежат в основе периодического закона и определяют структуру периодической системы элементов.

Вопросы для самопроверки:

1. Указать элемент, которому соответствует электронная формула атома 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p²:

а) Са; б) Zn; в) Ge.

2. Указать полное число электронов в атоме, валентная структура которого имеет формулу 3d¹⁰4s²:

а) 30; б) 18; в) 20.

3. Для атома с массовым числом 36 а.е.м. и порядковым номером 17 в периодической системы укажите число протонов (р) и нейтронов (n) в ядре и число электронов (е) в электронной оболочке нейтрального атома:

а) р=17, n=19, е=17; б) р=19, n=17, е=17; в) р=17, n=17, е=17.

4. Изотопы какого элемента (Ni, Zn, Si) имеют в ядре соответствующее количество протонов (р) и нейтронов (n):

а) р=14, n=14; б) р=14, n=15; в) р=14, n=16?

5. Сколько неспаренных электронов имеет атом марганца Mn в основном состоянии:

а) 7; б) 5; в) 2.

6. Атом какого элемента в основном состоянии содержит три свободных 4d орбитали:

а) Sc; б) V; в) Zr?

7. Учитывая правило Хунда, определить, атому какого элемента соответствует электронная конфигурация валентной структуры 1s²2s²2p⁶3s¹3p³ в высшем энергетическом состоянии:

а) P; б) As; в) Si.

8. Гидроксид какого элемента: Na, Mg или Al является более сильным основанием:

а) Na; б) Mg; в) Al.

9. Гидроксид какого элемента: алюминия , кремния или фосфора является более сильной кислотой:

а) Al; б) Si; в) P.

10. Значения первых потенциалов ионизации элементов I группы периодической системы соответственно равны (в вольтах): Li (5,4); Cu (7,7); Ag (9,2). Указать, у какого элемента металлические свойства выражены сильнее:

а) Li; б) Cu; в) Ag.