Дәріс №1 Атом-молекулалық ілім негізі
Дәріс №2 Атом құрылысы және периодтық заң
жүктеу/скачать 168,35 Kb.
|
1869614765235 Лекция ядр. физ. 2
| Дәріс №2
Атом құрылысы және периодтық заң Дәрістің мақсаты: атомның электрондық құрылысын және периодтық заңды зерттеу. Атом құрылысы. Периодтық заң. Э. Резерфорд атом құрылысының моделін ұсынды. Бұл модельді атомның ядролық немесе планеталық моделі деп атады. Өйткені, атом құрылысы Күн жүйесіне ұқсас деп қарастырылды. Бірақ бұл модель атом құрылысының орнықты күйін және олардан шығатын сәулелердің қарқынын классикалық физика ұғымдары аясында түсіндіре алмады. Сондықтан Резерфорд моделі мен классикалық физика арасындағы айтылған қайшылықтарды шешу үшін 1913 ж. Н. Бор өз қағидаларын ұсынды. Француз ғалымы А. Беккерель 1896 жылы Рентген сәулелерін зерттеумен шұғылданды. Зерттеу барысында кейбір минералдардың сәуле шығаратынын байқаған. Бұл зерттеу нәтижелері радиоактивтілік құбылысының ашылуына себеп болды. Электронның кеңістіктегі орны оның энергетикалық күйіне байланысты болады. Электронның болу мүмкіндігінің максимал шамасы орбиталь деп аталады. Электронның орнын сақтау үшін бүтін сандар алынады. Ол сандар квант сандары деп аталады. Бас квант саны n 1, 2, 3...∞ мәндері болады. Ол электронның энергиясын және орбитальдың өлшемін анықтайды. n = 1 болғанда электронның энергетикалық күйі ең төменгі денгейге сәйкес келеді. Электрондық қабат саны артқан сайын энергия да артады. Сондықтан атомдағы орбитальдар белгілі бір энергетикалық деңгейге бөлінеді. Ол энергетикалық деңгейлерді кейде K, L, M, N, O, P, Q – латын алфавитінің әріптерімен белгілейді. Қосымша квант саны – l, орбитальдың кеңістіктегі пішінін сипаттайды. Сонымен бірге белгілі бір деңгейдегі электронның әртүрлі энергетикалық жағдайын анықтайды. 1, 0, 1, 2...n – 1 мәндері болады. Қосымша квант санының әртүрлі мәндерін ажырату үшін латын әріптерімен белгілеу қабылданған: s (l = 0), р (l = 1), d (l = 2), f (l = 3), g (l = 4). Қосымша квант саны l-дың әртүрлі мәндеріндегі электронның пішіні әртүрлі болады, оларды энергетикалық деңгейшелер деп атайды; n = 1, болғанда l = 0, 1; демек І-деңгейде 2 электрон, ол электрон 1s-ке толтырылады; n = 2, l = 0, 1; яғни ІІ-деңгейде 6 электрон болады, олар 2s 2p-ға толтырылады; n = 3, l = 0, 1, 2; ІІІ-деңгейде 18 электрон болады, олар 3s 3p 3d-ға толтырылады; n = 4, l = 0, 1, 2, 3; IV-деңгейде 18 электрон болады, олар 4s 4p 4d 4f-ке орналасады. Магнит квант саны ml. Орбитальдардың кеңістікте бағытталуын сипаттайды. Электрон орбитальда қозғалғанда магнит өрісін тудырады. Оның мәндері ml = – l,…0,…+ l. Кеңістікте бағытталуын анықтау үшін (2l + 1) формуласын қолданады. l = 0; ml = 0; болса, (s-орбиталь) кеңістікте пішіні шар тәрізді болады, l = 1 (р-орбиталь); ml = – 1, 0, 1 кезінде орбитальдың бағытталуы үш түрлі, яғни 3-орбитальға 6-электрон орналаса алады. Шредингер теңдеуін шешу үшін енгізілген 3 квант саны жеткіліксіз, сондықтан, 4-ші квант саны енгізілді, ол спин квант саны деп аталады, ms әрпімен белгіленеді. Спин дегеніміз –электронның кеңістіктегі қозғалысына байланыссыз, оның өзіндік импульс моментін сипаттайтын шама. Атомдағы электрондардың энергетикалық деңгейлерге орналасу ретін көрсететін формуланы атомның электрондық конфигурациясы немесе атомның электрондық формуласы деп атайды. Атомдағы электрондық қабаттардың құрылысын, электрондық конфигурациясын толық түсіну үшін негізгі 4 ұстанымды білу керек: 1) Паули қағидасы. 2) Ең аз энергия ұстанымы. 3) Гунд ережесі. 4) Клечковский ережесі. 1925 жылы Швейцар физигі В. Паули мынадай қағида ұсынды. Атомда бірдей қасиет көрсететін екі электрон болуы мүмкін емес. Электрондық қасиеттері квант сандарымен сипатталатын болғандықтан Паули қағидасы: атомда 4 квант сандары бірдей екі электрон болуы мүмкін емес деп сипатталады. Яғни, бір атомдық орбитальда екі электроннан артық электрон бола алмайды және олардың спиндері қарама-қарсы болуы қажет. Квант санының біреуі n, l, ml, ms спиндері әртүрлі болуы керек. n, l, ml бірдей болғанмен, ms = +1/2; –1/2 болуы мүмкін. Паули қағидасы бойынша: n = 1, l = 0, ml = 1 болса, ms = +1/2; –1/2 болады. Спиндері қарама-қарсы орналасқан екі электрон болуы мүмкін. Орбитальдағы электрондар санын N = 2n2 формуласымен анықтайды. І-деңг. n = 1, N = 2. II-деңг. n = 2, N = 8. III-деңг. n = 3, N = 18. 1Н (1s) атомының электрондық конфигурациясын былай көрсетуге болады: электрондық формуласы – 1s1. Квант ұяшықтарында Паули қағидасы бойынша 2 электрон спиндері бір-біріне ешқашан параллель болмайды. 3Lі 1s2 2s1 Спиндердің орналасуы Гунд ережесімен анықталады: Қосымша квант санының берілген мәнінде электрондар спиндерінің қосындысы ең жоғарғы мән болатындай орналасады. Гунд ережесі бойынша р-электрондар орбитальдарға орналасқанда ең алдымен жеке-жеке ұяшықтарға толтырылады, содан кейін ғана қарсы спинмен алғашқы электронға параллель орналасады. Бұл жағдайда спиндердің қосындысы 3/2 болады. Ең аз энергия ұстанымы бойынша атомдағы әрбір электрон ең аз энергияға сәйкес орналасуға тырысады. Энергия ең алдымен n квант санымен, содан кейін l квант санымен анықталады. Сондықтан ең алдымен n мен l квант сандарының қосындысының аз мөлшеріне орналасады; Е4s < E3d; 5p < 4f. 1951 жылы В.М. Клечковский мынадай ереже ұсынды: Электрон n төменгі мәніне сәйкес емес, n + l-ң ең төменгі мәніне сәйкес күйі орналасады. Клечковский ережесі бойынша деңгейшелердің толтырылуы төмендегідей: 1s→2s→3s→3p→4s→4p→5s→4d→5p→6s→4f→5d→6p→7s→5f→6d→7p Әр периодта элемент атомының ядро заряды өскен сайын, оның радиусы кішірейеді. Үлкен периодтарда d және f-элементтерінің ядро зарядтарының өсуіне байланысты радиустарының кішіреюі өте баяу жүреді. Себебі, бұл электрондар қабат астындағы қабатқа байланысты орналасқандықтан электронның тығыздалуына байланысты болады. Периодтарда солдан оңға қарай элементтер атомдарының радиустарының кішіреюіне байланысты, олардың металдық қасиеттері азайып, бейметалдық қасиеттері артады. Топ бойынша атом радиусының өлшемі артады, өйткені период саны өскен сайын электрондық қабат саны да артады. Электрон бергенде атом өлшемі кішірейеді, қосып алғанда өседі. Элементтердің реттік нөмірінің өсуіне байланысты олардың иондарының радиустары да периодты түрде өзгеріп отырады. Металдар электронын оңай береді. Бейметалдар керісінше қосып алуға бейім болады. Атомның электронды қосып алуы мен электронды беріп жіберуі энергия өзгеруі арқылы жүреді. Атомнан электронды үзу үшін энергия жұмсалады, оны иондану энергиясы деп атайды. Иондану энергиясын иондану потенциалымен анықтайды. 1869 жылы Д. И. Менделеев периодтық заңды және периодтық жүйенің алғашқы нұсқасын ұсынады. Д. И. Менделеевтің периодтық заңының анықтамасы: Химиялық элементтер мен оның қосылыстарының қасиеттері атомдық массаға периодты түрде тәуелді болады. Химиялық элементтердің қасиеттері бойынша орналастырудың дұрыстығын 1913 жылы ағылшын ғалымы Мозли дәлелдеді. Ол рентген спектрін зерттеу барысында элементтер ядросының зарядын анықтап, ядро заряды реттік нөміріне сәйкес келетінін дәлелдеді. Менделеевтің периодтық заңы , периодтық заң – атом ядросы зарядтарының артуына байланысты химиялық элементтер қасиеттерінің периодты өзгеретінін тұжырымдайтын табиғаттың негізгі заңы. Бұл заңды 1869 жылы Д.И. Менделеев ашты. Ол оның толық тұжырымдамасын 1871 жылы жариялады. Менделеевтің 1869 жылы жасаған еңбегі элементтердің периодтық жүйесі – Менделеевтің периодтық заңының графиктік бейнесі. Бұл заң элементтердің периодтық жүйесімен тығыз байланысты және бірін-бірі толықтырып, түсіндіреді. Ядроның заряды (Z) жүйедегі элементтердің атом нөміріне тең. Z өсуі бойынша орналасқан элементтер Z (Н, Нe, Lі, Be…) 7 период түзеді. 1-ші периодта – 2 элемент, 2 мен 3-те – 8-ден, 4 пен 5-те – 18-ден, 6-да – 32 элемент, 7-де – 23 элемент белгілі. Периодта элементтердің қасиеттері сілтілік металдардан инертті газдарға өткенде заңды түрде өзгереді. Вертикальды бағаналар – қасиеттері ұқсас элементтердің топтары болып табылады. Топтың ішінде элементтердің қасиеттері де заңды түрде өзгереді (мысалы, сілтілік металдарда Lі-ден Fr-ға дейін химиялық активтілік өседі). Z=58 – 71, сол сияқты Z=90 – 103 элементтерінің қасиеттері ұқсас болғандықтан лантаноидтар және актиноидтар қатарларына топтастырылған. Элементтер қасиеттерінің периодтылығы атомның сыртқы электрон қабаттарының конфигурациясының периодты қайталануына байланысты. Ауыр ядролар тұрақсыз, мысалы, америций (Z=95) және содан кейінгі элементтер табиғатта табылмаған, оларды жасанды, ядролық реакциялар арқылы алады. Менделеевтің периодтық заңы қазіргі заманға дейінгі химия ғылымының дамуына үлкен әсер етіп, оның біртұтас ғылым болып қалыптасуында басты рөл атқарды. Менделеевтің периодтық заңы мен элементтердің периодтық жүйесіне сүйене отырып, ғалымдар атом құрылысы және химиялық байланыс теорияларын жасады; жер қыртысы мен ғарыштық нысандар зерттеледі. Бұл заның барлық жаратылыстану, техника, технология саласындағы ғылымдар үшін философиялық мәні зор.[1] Периодтық заңның маңызы Периодтық заң ашылған кезде көптеген элементтер белгісіз еді. Д. И. Менделеев аса үлкен болжампаздықпен олардың кейбіреулерінің қасиеттерін сипаттаған болатын (скандий - Л. Нильсон, галлий - Лекок де Буабодран, германий - К. Винклер). Ғалымның көзінің тірісінде ол болжаған элементтер ашылып, периодтық заңның дұрыстығының айғағы болды. Галлий Ga 1875 ж., скандий Sc 1879 ж., германий (Ge) 1885 ж. ашылды. Д. И. Менделеев есептеу жолымен анықтаған сипаттамалары олардың тәжірибе жүзінде анықталған шамаларына сәйкес келеді. Периодтық заң ашылған кезде белгісіз бекзат газдар да қасиеттеріне қарай галогендер мен сілтілік металдар арасынан орын алды. Заңның ашылған кезінде кейбір элементтердің валенттіліктері мен атомдық массалары дұрыс анықталмаған еді. Элементтердің қасиеттерінің өзгеру заңдылықтары сақталатындай етіп, Менделеев бериллийдін, (Be), торийдің (Тһ), церийдің (С1), индийдің (In), т.б. кейбір элементтердің атомдық массаларын түзетті. Периодтық заң табиғаттың дамуы мен бірлігін көрсететін жалпы заңдарға жатады. Бұл заңның құрылымдық кескіні болып табылатын периодтық жүйеде периодтар бойынша элементтердің сыртқы қабаттарында электрондар санының біртіндеп өсуінен (1-8) металдық қасиет екідайлылық арқылы бейметалдыққа ауысады. Бұл заңдылық табиғаттың санның сапаға ауысу заңының бір көрінісі. Табиғаттың тағы бір жалпы заңы — терісті терістеу бір периодтан екіншісіне өткенде байқалады. Әрбір келесі периодтың элементі өзіне ұқсас алдыңғы периодтың (III—>11) элементінің (К—>Na, CI—>Ғ) қасиетін қайталағанымен, оның касиеті алдыңғы элементтікінен аздап өзгешеленеді, яғни олардың белсенділігі жоғарырақ екенін көреміз. Қарама-қарсылықтың күресі мен бірлігі - периодтың басынан аяғына жеткенде байқалады (Na - CI; К - Вг). Периодтық заңға сүйеніп радиобелсенді элементтер ашылды, бұл еңбектер әлі де жалғасуда. Осы айтылғандардың барлығы Менделеевтің периодтық заңды ашуы сәті түскен іс емес, терең ғылыми танымдық маңызы бар табиғаттың іргелі заңдарының бірі екенін дәлелдейді.[2] Атом құрылысы. Атом ядросының құрамы, изотоптар. Оқушылардың жауабы 1911 жылы ағылшын физигі Резерфордтың атом ортасында оң зарядты ядро, ал оның айналасында электрон бұлтын түзе қозғалатын электрон бар деген теориямен толықтыру.Американ физигі Милликен электрон теріс заряд көрсететінін тәжірибе жүзінде дәлелдеп,оны бірге тең деп қабылдады. Атом жалпы электр-бейтарап болғандықтан, электрондар зарядының жалпы саны ядро зарядына тең. Ал 1913 жылы Резерфордтың шәкірті Г.Мозли атом ядросындағы зарядтардың шамасы элементтің периодтық жүйедегі рет нөміріне тең болатындығын анықтады. Мозлидің ашқан жаңалығынан кейін Менделеевтің жасаған периодтық жүйесіндегі Ar–K,Co–Ni,Te–I элементтердің орындарының алмасуы заңды екені анықталды.Осыған байланысты,элементтердің реттік нөмірі атом ядросындағы оң зарядтың санын,сол сияқты ядро айналасында қозғалатын электрондар санын көрсетеді. Реттік нөмірдің физикалық мәні осында.Элементтердің реттік нөмірі – оның атом Ядросының заряды. Атомның ядро заряды химиялық элементтердің қасиеттерін сипаттайтын маңызды шама. Атом құрылысын одан әрі зерттеу кезінде құрамына протондар мен нейтрондар деп аталатын бөлшектер кіретіні анықталды. Атомның элементар бөлшектері: Бөлшектер Белгісі Салыстырмалы Салыстырмалы заряды массасы Протон р + 1 Нейтрон п 0 1 Электрон е − 0 1 Элемент атомының массасы протон мен нейтрон массасының қосындысына тең. 2 Ядродағы протон саны элементтің реттік нөміріне тең. А = Z + N; A – атомдық масса; Z – протон; N – нейтрон; Табиғатта атомдық массасында айырмашылығы болатын бірдей элементтер атомы болады. Мысалы, хлор элементінің массасы 35 және 37 болатын екі түрі кездеседі. Бұл атомдардың ядросында протондар саны бірдей,ал нейтрондар саны әр түрлі. Олар изотоптар. Изотоптар – ядро зарядтары бірдей,атомдық массалары әртүрлі атомдардың түр өзгерістері. Изотоп – бірдей орында деген мағнаны білдіреді. Изотоптарда протон мен электрон саны бірдей, нейтрон сандары әртүрлі. Әрбір изотоп екі түрлі шамамен өлшенеді: массасы және элементтің рет нөмірі Осыдан хлор элементінің орташа с.а.массасы шығады: Аr(CI) = 35∙0,75+37∙0,25 = 35,5 Периодтық жүйеде келтірілген элементтердің атомдық массалары изотоптардың табиғи қоспаларының орташа массалық саны. Изотоптар туралы мәліметтерді ескере отырып, оқушыларға химиялық элемент ұғымының нақты анықтамасын беру қажет. Химиялық элемент дегеніміз – ядро заряды бірдей атомдар түрі.Периодтық заңға атом құрылысы тұрғысынан жаңа анықтамасын береміз. жүктеу/скачать 168,35 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|