Главная страница
qrcode

Химия - просто. Шпаргалка для химиков и физиков, которой они могут пользоваться когда угодно. Но это еще нужно уметь


Скачать 55.34 Mb.
НазваниеШпаргалка для химиков и физиков, которой они могут пользоваться когда угодно. Но это еще нужно уметь
АнкорХимия - просто.pdf
Дата05.04.2017
Размер55.34 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаKhimia_-_prosto.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипШпаргалка
#15045
Каталог

Химия
Просто
Иванов Александр
КРАТКИЙ КУРС

Таблица
Менделеева
Первое что каждому приходит в голову, услышав слово химия – это таблица
Менделеева. Она бывает оформлена по разному, но суть остается одной и той же.
Таблица Менделеева - это огромная шпаргалка для химиков и физиков, которой они могут пользоваться когда угодно. Но это еще нужно уметь.
Материал данной главы вы можете посмотреть по ссылке: http://goo.gl/4XjYK0

Это Дмитрий Иванович Менделеев. Он упорядочил знания о химических элементах и создал периодическую систему элементов.
В любой точке вселенной все состоит из элементов, представленных в таблице
Менделеева. Атомы этих элементов объединяются в соединения и образуют очень красивые места, как этот лес, или несут смертельную угрозу, как атомный взрыв.
Давайте теперь разберемся что и где находится в таблице Менделеева, а заодно посмотрим, как устроен мир вокруг нас.
Раздел 1
Таблица Менделеева
2

Таблица содержит элементы, расставленные в определенном порядке. Этот порядок задается определенным законом.
Прежде чем подробно знакомиться с таблицей Менделеева, рассмотрим как устроены атомы:
Любой атом состоит из ядра, которое находится в центре атома, и электронов, которые вращаются вокруг этого ядра.
В свою очередь, ядро состоит из протонов и нейтронов.
Электроны - это отрицательно заряженные частицы, протоны положительно заряженные частицы, а нейтроны не имеют заряда.
Количество электронов равно количеству протонов в ядре.
Заряды и веса этих элементарных частиц вы можете увидеть ниже:
Рассмотрим на конкретном примере:
3
Атом водорода стоит на первом месте в таблице.
Отсюда следует, что его атомный номер равен единице. Атомный номер говорит, что в ядре атома водорода находится один протон.

Также мы помним, что количество протонов в атоме равно количеству электронов.
Возьмем любой другой элемент, например азот: его атомный номер равен 7, следовательно в его ядре 7 протонов, а вокруг ядра вращается 7 электронов. все просто.
Чтобы посмотреть ответ, нажмите на рисунок элемента.
Отсюда видно, что количество протонов в ядре говорит нам о том, каким химическим элементом является атом.
Рассмотрим всю таблицу целиком:
Во-первых, только выделенные на рисунке элементы существуют в стабильном состоянии, то есть они не радиоактивны.
Те элементы, которые обозначены бледным цветом - исключительно радиоактивны, некоторые из них получены только искусственным путем.
Во-вторых, элементы, располагающиеся в одном столбце, обладают сходными химическими свойствами.
Рассмотрим основные группы элементов, которые собраны в различных столбцах таблицы:
Элементы первого столбца, кроме водорода, называют щелочными металлами. Водород - в определенной степени
4
Примечание:
N - обозначение элемента,
7 - порядковый номер,
5 +2 = 7 количество электронов,
14,01 - масса элемента.
Теперь попробуйте вы.
Определите атомный номер, количество протонов и количество электронов в атоме золота.
исключение из правил. Водород - это газ, а остальные элементы первого столбца - это мягкие металлы. Щелочные металлы, при взаимодействии с водой выделяют водород.
Элементы второго столбца называются щелочноземельными элементами. Они также мягкие металлы и при взаимодействии с водой выделяют водород, но реакция протекает не так бурно как в случае с щелочными металлами.
Элементы центра таблицы (отмеченные желтым цветом) делятся на группы:
1. В левом нижнем углу располагаются обычные металлы.
5

2. В правом верхнем углу элементы называются неметаллами. Неметаллы являются изоляторами, а металлы проводят электрический ток.
3. Между металлами и неметаллами находятся элементы, которые называются металлоидами (не путать с амфотерными).
Они ведут себя как металлы и иногда как неметаллы. К ним относятся Бор, Кремний, Германий, Мышьяк, Сурьма,
Теллур, Полоний. Эти элементы располагаются по диагонали в таблице и здесь нарушается правило что элементы, которые располагаются в одном столбце, обладают похожими химическими свойствами. В химии тоже есть свои исключения, как и в любой другой науке.
Элементы центра таблицы (отмеченные синим цветом) называются переходными металлами. Эти металлы твердые, за исключением ртути.
Элементы седьмого столбца таблицы Менделеева называются галогенами. Эти элементы очень реакционно активны и плохо пахнут.
6

Галогены: Фтор (F), Хлор (Cl), Бром (Br), Йод (I), Астат (At).
Элементы последнего (восьмого столбца) называются благородными газами. Эти элементы Почти никогда не взаимодействуют с другими элементами. Их еще называют инертные газы.
Инертные газы: Гелий, Неон, Аргон, Криптон, Ксенон, Радон.
Историческая справка: http://goo.gl/cf6unc
Если вы заметили, то в таблице Менделеева есть еще элементы, но они почему-то находятся не в самой таблице, а под ней.
Верхний ряд называется лантанойдами, а нижний - актинойдами.
Они называются в честь элементов, которые стоят в начале этих рядов (Лантан и Актиний). Они известны тем, что их свойства в ряду практически не отличаются друг от друга.
Некоторые из них настолько похожи, что ученые годами спорили - разные это элементы или один и тот же.
Все Актинойды радиоактивны и самые известные из них - уран и плутоний.
Вот и все элементы, из которых состоит все: от нас и до границ вселенной.
7

За точку отсчета атомной единицы массы приняли 1/12 массы атома углерода. Т.е. масса атома углерода равна 12 а.е.м.
Атомные массы всех остальных элементов измеряются относительно 1/12 массы изотопа углерода 12.
Раздел 2
Каждый элемент имеет свою атомную массу. Под атомной массой следует понимать массу атома, выраженную не в килограммах, так как это неудобно, а в атомных единицах массы. Обозначается как а.е.м.
Если в обыденной жизни массу измеряют в килограммах, то массу элементов измеряют в а.е.м.
Свойства элементов
8

Изотоп
Вспомним, что ядро атома состоит из протонов, нейтронов, а количество протонов равно порядковому номеру элемента.
Пришло время ответить на вопрос: « сколько же нейтронов в ядрах атомов?»
Количество нейтронов в ядре атома одного и того же элемента может меняться.
Рассмотрим атом хлора:
В природе существуют атомы хлора с суммой нейтронов и протонов в ядре равной 35 и равной 37 (см. рисунок).
Это значит, что у одних атомов 18 нейтронов, а у других 20 нейтронов.
В природе атомов хлора с массовым числом 35 (75,53%) и с массовым числом 37 (24,47%).
Атомы, у которых одинаковое число протонов (у хлора 17 протонов всегда), но разное число нейтронов в ядре, называются изотопами.
Так как элемент представлен смесью изотопов, то атомный вес зависит от атомной массы каждого изотопа и от их процентного соотношения.
Если посчитать среднюю массу атома хлора, то получится
35,453 а.е.м.
35 • 0,7553 + 37 • 0,2447 = 35,453 а.е.м.
9

Атом Водорода содержит 1 электрон, так как его порядковый номер равен единице.
Этот электрон вращается вокруг ядра на определенном расстоянии, то есть орбите.
Раздел 3
Мы уже знаем, что электроны вращаются вокруг ядра, но траектория их движения разная.
Сразу скажем, что каждый электрон в атоме уникален и индивидуален как мы с вами.
Каждого из нас можно отличить по отпечаткам пальцев.
Каждый электрон можно описать набором из четырех квантовых чисел. Эти числа и являются «отпечатками пальцев» для электронов.
Электронная оболочка
10
Эта орбита называется 1s орбиталью.
А теперь представьте, что нам надо изобразить электроны атома урана.
U имеет 92 электрона. Естественно, таким образом рисовать расположение электронов неудобно.

Для удобства было придумано схематичное расположение электронов в атоме.
Вернемся к атому водорода:
Квадратиком обозначают ту самую орбиталь, на которой вращается элеткрон. Ближе всех к ядру любого атома находится 1s орбиталь.
Электрон обозначается как стрелка внутри этого квадрата.
Если электрон один на данной орбитали, то стрелка рисуется вверх и этому электрону соответствует значение
спинового
квантового числа равное +1/2. Это просто нужно запомнить. Спиновое квантовое число обозначается как
Ms.
Перейдем к гелию:
Гелий имеет 2 электрона, причем оба располагаются на 1s орбитали.
Первый электрон также как у водорода обозначается стрелкой вверх, а вот второй будет обозначаться стрелкой квантовое число будет равно –1/2. Как мы видим, что даже на одной орбитали электроны отличаются.
Однако, у этих двух электронов есть общее –
главное
квантовое число, которое обозначается как n и равно 1, так как электроны располагаются на первом энергетическом уровне.
11
Тоже самое, что и
Тоже самое, что и вниз и его спиновое

Рассмотрим Литий (Li):
Литий содержит 3 электрона.
Видно, что на 1s уровне уже нет места для еще одного электрона, поэтому он располагается на 2s орбитали.
На рисунке сверху мы специально обозначили зелеными стрелками какой электрон на какой орбитали находится, чтобы вам было понятнее.
Примечание: когда электроны изображаются схематически в виде стрелок в квадратиках, необходимо просто запомнить, что в один квадратик можно поместить максимум только 2 электрона (две стрелки).
Как мы уже помним: стрелка вверх, значит
спиновое
квантовое число (Ms) равно +1/2, а так как уровень второй, то и
главное квантовое число (n) равно 2.
Берилий (Be):
У берилия четвертый электрон тоже находится на 2s орбитали.
Дальше в таблице Менделеева идет атом бора, у которого 5 электронов. Как вы уже заметили, на 1s и на 2s орбиталях для пятого электрона места нет. Поэтому он размещается на 2p орбитали.
Сейчас у вас возник вопрос: «Что такое p орбиталь и чем она отличается от s орбитали?!»
Ответ: Электрон на s орбитали вращается вокруг ядра атома по сферической траектории (не в плоскости как мы рисовали для удобства, а в объеме. Смотри рис. ниже).
12
Тоже самое, что и

Траектория движения электрона, находящегося на p орбитали более сложная.
Как вы видите, p уровень состоит из трех орбиталей. Каждая орбиталь имеет форму «гантели». Запоминать точную форму орбитали не надо, главное помнить, что она отличается от s орбитали.
Теперь возникает вопрос а чем же отличаются электроны p уровня от электронов s уроня?
Здесь появляется
орбитальное квантовое число и обозначается
l (эль).
Для любого
s уровня орбитальное квантовое число равно нулю (
l=0).
Для любого
p уровня орбитальное квантовое число равно единице (
l=1).
Орбитальное квантовое число изменяется в общем виде от 0 до (
n-1), где n – главное квантовое число.
И снова возникает вопрос: «Чем отличаются три p орбитали между собой?»
Ответ: Каждая р орбиталь имеет свое магнитное квантовое
число (Ml). Так как для любого электрона р уровня орбитальное квантовое число равно единице, то для каждой конкретной орбитали р уровня
магнитное квантовое число равно -1, 0, +1.
–1 0 +1
Теперь мы окончательно убедились, что каждый электрон в атоме уникален и имеет свой набор квантовых чисел.
13

Рассмотрим вкратце, что подразумевается под квантовыми числами:
Главное квантовое число (n) говорит о размере электронной орбитали. Ведь каждая следующая орбиталь находится все дальше и дальше от ядра атома.
n = 1 2 3
Орбитальное квантовое число (l) говорит о том, какую форму имеет атомная орбиталь: сферическую или же одну из тех, которую вы уже видели.
Магнитное квантовое число (Ml) говорит о том, в какую сторону наклонено то или иное облако в пространстве.
__________________________________________________________
__________________________________________________________
14 1 2 3 4
l=
Ml = 0
–2 –1 0
–1 0 +1

__________________________________________________________
Примечание: не надо зубрить значения к каждой форме орбитали. Необходимо просто понимать что означает магнитное квантовое число.
Спиновое квантовое число (Ms), условно говоря, обозначает в какую сторону вращается электрон: по часовой или против часовой стрелке.
15
+1 +2
–3 –2 –1 0
+1 +2 +3

Теперь рассмотрим, как заполняются орбитали в атомах.
Углерод содержит 6 электронов и этот шестой электрон располагается на p орбитали, но не в той, где находится пятый, а в соседней (обозначим его красным цветом для удобства).
Это правило Гунда. Оно говорит о том, что на одном уровне сумма
спиновых квантовых чисел должна быть максимальна.
Если оба электрона поместить в первый квадрат 2p уровня, то сумма +1/2 и –1/2 будет равна нулю. А в нашем случае она равна единице.
Дальше р уровень заполняется согласно тем правилам, которые мы уже знаем.
После того как весь р уровень заполнился у атома натрия (Na) одиннадцатый электрон будет находиться на 3s уровне.
Дальше все заполняется также как мы уже привыкли.
У атома аргона (Ar) снова все орбитали заняты электронами.
Поэтому в атоме калия (K) девятнадцатый электрон будет находиться на 4s уровне.
16
+1/2 +1/2

В атоме кальция (Ca) уровень 4s полностью заполняется, и если мы взглянем на таблицу Менделеева, то увидим, что за кальцием идет скандий, ячейка которого окрашена в синий цвет, а после всех элементов в синих ячейках снова идут элементы в желтых ячейках, которые являются р элементами.
Возникает вопрос: «Что же это все означает?»
Ответ: Двадцать первый электрон, должен обладать гораздо большей энергий чтобы располагаться на 4р уровне, чем если он будет находиться между 3р и 4s уровнями. Так как в мире все стремится к минимуму энергии, то и электроны проваливаются на этот 3d уровень.
Орбитали d уровня отличаются от орбиталей s и р уровней.
Они имеют следующую форму.
17

Квантовые числа для 3d уровня:
Со спиновыми квантовыми числами (Ms) все понятно (см. информацию выше). Главное квантовое число равно трем
(n=3), так как электроны находятся на третьем уровне.
Орбитальное квантовое число для d уровня равно двум (l=2), а магнитное квантовое число (Ml) изменяется от -2 до +2.
Дальше электроны в атомах заполняются по известному нам принципу, с небольшим исключением:
Как мы видим, атому хрома не хватает одного электрона, чтобы полностью заполнить каждую орбиталь d уровня по одному электрону.
В данном случае наблюдается провал электрона с 4s уровня на 3d уровень. Зеленым цветом будем обозначать электрон, который проваливается со своего уровня на более выгодный уровень.
Даннное явление встречается в атомах
Cr, Cu, Nb, Mo, Ru,
Pd, Ag, у лантаноидов и актиноидов , Pt, Au. Причем в атоме палладия проваливается сразу 2 электрона с 4s уровня на 3d уровень. Если внимательно приглядеться, то можно увидеть, что провалы свойственны только элементам, имеющим d уровень (а также лантаноидам и актиноидам).
18

Когда весь 3d уровень заполнится, следующий тридцать первый электрон у галия (Ga) будет находиться на 4p уровне, и так до криптона (Kr).
У рубидия (Rb) и стронция (Sr) электроны будут находиться на 5s уровне. И снова, теперь уже иттрий (Y) имеет электрон на 4d уровне. На этом уровне электроны заполняют d орбитали по общим принципам, кроме, как мы уже говорили, атомов Nb, Mo, Ru, Pd, Ag.
После 4d уровня идет 5р уровень, а затем и 6s уровень.
После атома бария (Ва) мы видим элемент лантан (La) под пятьдесят седьмым номером, а сразу после него идет гафний
(Hf) под номером 72.
19

Сразу возникает вопрос: «Куда делись еще 14 элементов?»
Ответ: На самом деле они никуда не делись, просто они вынесены под таблицу в строчку под названием лантаноиды.
Вопрос: «Зачем это было сделано?»
Ответ прост: Аналогично тому, что мы уже видели, как у атома скандия электрон разместился не на 4р уровне, а на
3d уровне, так как это энергетически выгоднее, здесь электронам выгоднее находиться между 4р и 5s уровнями.
Электроны лантаноидов находятся на 4f уровне.
Квантовые числа для электронов этого уровня следующие: главное (n) равно четырем, так как 4й уровень, орбитальное
(l) равно трем, а магнитное (Ml) изменяется от –3 до +3.
У лантаноидов наблюдаются собственные провалы
электронов (поэтому у атома церия (Ce) на картинке
сверху стоит
красная звездочка
):
20
*

Начиная с Се и до Eu включительно электрон с 5d уровня проваливается на 4f уровень.
У гадолиния (Gd) нет провала.
Начиная с тербия (Tb) и до иттербия (Yb) снова наблюдается провал.
Дальше заполняется 5d уровень с провалами у платины (Pt) и золота(Au). 6p уровень заполняется как обычно.
21

Далее идет 6s уровень, за которым идет 7d и актиноиды.
У актиноидов также наблюдаются провалы электронов. Так например у Тория (Th) электрон с
5f уровня проваливается на
6d. Именно такой провал, это не описка.
В атомах Протактиния (Pa), Урана (U) и Нептуния (Np) провалов нет.
Провалы наблюдаются у плутония (Pu), америция (Am),
Берклия (Bk), Калифорния (Cf), Эйнштейния (Es), Фермия
(Fm), Менделевия (Md). Кюрий (Cm) не имеет провала.
22

23

Дальше Продолжать не имеет смысла, так как скорее всего вам никогда не прийдется иметь дело с другими элементами, если конечно вы не будете работать на каком-нибудь ускорителе частиц, типа адронного коллайдера.
В общем виде, схема заполнения электронных уровней представлена на рисунке ниже.
Теперь вы можете спросить: зачем это вообще нужно? и зачем это нужно знать? 24 страницы информации, зачем?
Ответ прост: В зависимости от того, как расположены электроны на внешнем уровне (тот, который заполняется последним) зависят физические и химические свойства элементов.
От расположения электронов на внешнем уровне зависит сколько и какие связи с другими атомами может образовывать данный атом. Какие химические связи бывают и как они образуются рассмотрим в следующем уроке.
Примечание для тех, кому уже сейчас не терпится
забежать вперед:
Рассмотрим инертные газы: гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон. У всех орбитали полностью заняты электронами и нет свободных мест. Из этого вытекает тот факт, что эти элементы не могут образовывать химическую связь с другими элементами и поэтому они инертны.
Рассмотрим галогены: у всех внешний уровень заканчивается на s2p5. Они являются аналогами и проявляют схожие свойства. Также, из их электронной конфигурации следует, что им нехватает всего одного электрона, чтобы закончить свой внешний уровень. Поэтому галогены легко вступают в реакции с другими элементами. В соединении HCl (соляная кислота) и у атома водорода не
24
хватает одного электрона для завершения 1s уровня и у атома хлора не хватает одного электрона для завершения 3p уровня. Поэтому они образуют общую электронную пару
(ковалентную связь по обменному механизму). Общая пара электронов начинает вращаться и вокруг атома водорода и вокруг атома хлора. Естественно вокруг атома хлора общая электронная пара летает чаще, чем вокруг атома водорода, так как атом хлора больше атома водорода и поэтому сильнее притягивает пару.
Подробнее в следующем уроке.
Примечание: весь материал вы можете быстро
просмотреть по ссылке на нашем канале на YouTube
http://goo.gl/4XjYK0
Подписывайтесь, рассказывайте друзьям!
Другие наши проекты:
https://vk.com/club23142490
(Лучшее для iPhone/iPad)
По всем вопросам, а также вопросам сотрудничества
можно обращаться на почту:
chemistryeasyru@gmail.com
Также вы всегда можете поддержать данный проект,
перечислив любую сумму на один из следующих счетов:
Яндекс деньги: 41001718480558
Альфа-банк: карта 5211 7867 1742 1901
Сбербанк:
Счет: 4081 7810 9161 6401 2855
Иванов Александр Болеславович
доп. офис №7003/0227
БИК 046577674
КПП 775001001
кор. счет банка 301018105 0000 0000 674
расч. счет банка 3030181 000 000 6 00000 1
ИНН 7707083893
Примечание:
Если вы хороший начинающий
программист мобильных приложений (x-Code, Eclipse), но
у вас нет хороших идей, то пишите на почту
chemistryeasyru@gmail.com
или вконтакте:
https://vk.com/darth_selehmet
С Уважением, Иванов Александр!
25

А.е.м.
Атомная единица массы
Связанные термины глоссария
Указатель
Перетяните сюда связанные термины
Найти термин

Атом
(от др.-греч. ἄτομος — неделимый) — частица вещества микроскопических размеров и массы, наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств.
Атом состоит из атомного ядра и электронов. Если число протонов в ядре совпадает с числом электронов, то атом в целом оказывается электрически нейтральным. В противном случае он обладает некоторым положительным или отрицательным зарядом и называется ионом.
Связанные термины глоссария
Указатель
Перетяните сюда связанные термины
Найти термин

Атомная орбиталь
одноэлектронная волновая функция, полученная решением уравнения Шрёдингера для данного атома, задаётся главным n, орбитальным l и магнитным Ml квантовыми числами.
На каждой орбитали может быть не более двух электронов, отличающихся значением спинового квантового числа Ms (спина). Этот запрет определён принципом Паули.
Порядок заполнения электронами орбиталей одного уровня (орбиталей с одинаковым значением главного квантового числа n) определяется правилом
Клечковского, порядок заполнения электронами орбиталей в пределах одного подуровня (орбиталей с одинаковыми значениями главного квантового числа n и орбитального квантового числа l) определяется Правилом Хунда.
Связанные термины глоссария
Указатель
Перетяните сюда связанные термины
Найти термин

Атомное ядро
центральная часть атома, в которой сосредоточена основная его масса (более
99,9 %). Ядро заряжено положительно, заряд ядра определяет химический элемент, к которому относят атом. Размеры ядер различных атомов составляют несколько фемтометров, что в более чем в 10 тысяч раз меньше размеров самого атома.
Связанные термины глоссария
Указатель
Перетяните сюда связанные термины
Найти термин

Кулон
(русское обозначение: Кл; международное: C) — единица измерения электрического заряда (количества электричества) в Международной системе единиц (СИ).
Кулон — это величина заряда, прошедшего через проводник при силе тока 1 А за время 1 с. Через основные единицы СИ кулон выражается соотношением вида:
1 Кл = 1 А·с.
С внесистемной единицей ампер-час кулон связан равенством:
1 Кл = 1/3600 ампер-часа.
Связанные термины глоссария
Указатель
Перетяните сюда связанные термины
Найти термин

Нейтрон
(от лат. neuter — ни тот, ни другой) — элементарная частица, не имеющая электрического заряда.
Связанные термины глоссария
Указатель
Перетяните сюда связанные термины
Найти термин

Протон
(от др.-греч. πρῶτος — первый, основной) — элементарная частица.
Протоны принимают участие в термоядерных реакциях, которые являются основным источником энергии, генерируемой звёздами.
Ядро атома водорода состоит из одного протона. Протон в химическом смысле является ядром атома водорода (точнее, его лёгкого изотопа —протия) без электрона. В физике протон обозначается буквой p (или p+). Химическое обозначение протона (рассматриваемого в качестве положительного иона водорода)
H+.
Связанные термины глоссария
Указатель
Перетяните сюда связанные термины
Найти термин

ПСЭ
Периодическая Система Элементов
Связанные термины глоссария
Указатель
Перетяните сюда связанные термины
Найти термин

Электрон
(от др.-греч. ἤλεκτρον — янтарь) — стабильная, отрицательно заряженная элементарная частица, одна из основных структурных единиц вещества.
Из электронов состоят электронные оболочки атомов. Большинство химических свойств атома определяется строением внешних электронных оболочек. Движение свободных электронов обусловливает такие явления, как электрический ток в проводниках и вакууме.
Связанные термины глоссария
Указатель
Перетяните сюда связанные термины
Найти термин

перейти в каталог файлов


связь с админом