Ang periodic table ng mga elemento ay naging isa sa pinakamahalagang generalization sa kimika. Ito ay tulad ng isang buod ng kimika ng lahat ng mga elemento, isang graph kung saan maaari mong basahin ang mga katangian ng mga elemento at ang kanilang mga compound. Ginawang posible ng system na linawin ang posisyon, mga halaga atomic mass, ang valency value ng ilang elemento. Batay sa talahanayan, posibleng mahulaan ang pagkakaroon at mga katangian ng mga hindi pa natuklasang elemento. Binumula ni Mendeleev ang pana-panahong batas at iminungkahi ang graphical na representasyon nito, ngunit sa oras na iyon imposibleng matukoy ang likas na katangian ng periodicity. Ang kahulugan ng pana-panahong batas ay ipinahayag sa ibang pagkakataon, na may kaugnayan sa mga pagtuklas sa istraktura ng atom.
1. Sa anong taon natuklasan ang periodic law?
2. Ano ang kinuha ni Mendeleev bilang batayan para sa sistematisasyon ng mga elemento?
3. Ano ang sinasabi ng batas na natuklasan ni Mendeleev?
4. Ano ang pagkakaiba sa makabagong pormulasyon?
5. Ano ang tinatawag na atomic orbital?
6. Paano nagbabago ang mga ari-arian sa paglipas ng panahon?
7. Paano nahahati ang mga panahon?
8. Ano ang tawag sa pangkat?
9. Paano nahahati ang mga pangkat?
10. Anong mga uri ng electron ang alam mo?
11. Paano napupuno ang mga antas ng enerhiya?
Lecture No. 4: Valency at oxidation state. Dalas ng pagbabago ng ari-arian.
Pinagmulan ng konsepto ng valency. Ang valence ng mga elemento ng kemikal ay isa sa kanilang pinakamahalagang katangian. Ang konsepto ng valence ay ipinakilala sa agham ni E. Frankland noong 1852. Noong una, ang konsepto ay eksklusibong stoichiometric sa kalikasan at nagmula sa batas ng mga katumbas. Ang kahulugan ng konsepto ng valence ay sumusunod mula sa isang paghahambing ng mga halaga ng atomic mass at ang katumbas ng mga elemento ng kemikal.
Sa pagtatatag ng mga konsepto ng atomic-molecular, ang konsepto ng valence ay nakakuha ng isang tiyak na istruktura at teoretikal na kahulugan. Ang Valency ay nagsimulang maunawaan bilang ang kakayahan ng isang atom ng isang partikular na elemento na ilakip sa sarili nito ang isang tiyak na bilang ng mga atomo ng isa pang elemento ng kemikal. Ang kaukulang kapasidad ng hydrogen atom ay kinuha bilang yunit ng valence, dahil ang ratio ng atomic mass ng hydrogen sa katumbas nito ay katumbas ng pagkakaisa. Kaya, ang valency ng isang elemento ng kemikal ay tinukoy bilang ang kakayahan ng atom nito na ilakip ang isang tiyak na bilang ng mga atomo ng hydrogen. Kung ang isang ibinigay na elemento ay hindi bumubuo ng mga compound na may hydrogen, ang valence nito ay tinutukoy bilang ang kakayahan ng atom nito na palitan ang isang tiyak na bilang ng mga atomo ng hydrogen sa mga compound nito.
Ang ideyang ito ng valence ay nakumpirma para sa pinakasimpleng mga compound.
Batay sa ideya ng valence ng mga elemento, lumitaw ang ideya ng valence ng buong grupo. Kaya, halimbawa, ang pangkat ng OH, dahil nagdagdag ito ng isang hydrogen atom o pinalitan ang isang hydrogen atom sa iba pang mga compound nito, ay itinalaga ng valence ng isa. Gayunpaman, ang ideya ng valency ay nawala ang hindi malabo pagdating sa mas kumplikadong mga compound. Kaya, halimbawa, sa hydrogen peroxide H 2 O 2 ang valency ng oxygen ay dapat kilalanin bilang katumbas ng isa, dahil sa compound na ito mayroong isang hydrogen atom para sa bawat oxygen atom. Gayunpaman, alam na ang bawat oxygen atom sa H 2 O 2 ay konektado sa isang hydrogen atom at isang monovalent OH group, ibig sabihin, ang oxygen ay divalent. Katulad nito, ang valency ng carbon sa ethane C 2 H 6 ay dapat kilalanin bilang katumbas ng tatlo, dahil sa tambalang ito mayroong tatlong hydrogen atoms para sa bawat carbon atom, ngunit dahil ang bawat carbon atom ay konektado sa tatlong hydrogen atoms at isang monovalent group CH 3, ang valence carbon sa C 2 H 6 ay katumbas ng apat.
Dapat pansinin na kapag bumubuo ng mga ideya tungkol sa valence ng mga indibidwal na elemento, ang mga kumplikadong pangyayari na ito ay hindi isinasaalang-alang, at ang komposisyon lamang ng pinakasimpleng mga compound ay isinasaalang-alang. Ngunit kahit na sa parehong oras, ito ay naka-out na para sa maraming mga elemento ang valency sa iba't ibang mga compound ay hindi pareho. Ito ay lalo na kapansin-pansin para sa mga compound ng ilang mga elemento na may hydrogen at oxygen, kung saan lumitaw ang iba't ibang mga valence. Kaya, sa kumbinasyon ng hydrogen, ang valency ng asupre ay naging katumbas ng dalawa, at may oxygen - anim. Samakatuwid, sinimulan nilang makilala ang pagitan ng hydrogen valence at oxygen valency.
Kasunod nito, may kaugnayan sa ideya na sa mga compound ang ilang mga atomo ay polarized na positibo at ang iba ay negatibo, ang konsepto ng valence sa oxygen at hydrogen compound ay pinalitan ng konsepto ng positibo at negatibong valency.
Iba't ibang kahulugan Ang mga valencies ng parehong mga elemento ay ipinakita din sa kanilang iba't ibang mga compound na may oxygen. Sa madaling salita, ang parehong mga elemento ay nakapagpakita ng iba't ibang positibong valence. Ito ay kung paano lumitaw ang ideya ng variable na positibong valence ng ilang mga elemento. Tulad ng para sa negatibong valence ng mga di-metal na elemento, ito, bilang isang patakaran, ay naging pare-pareho para sa parehong mga elemento.
Ang karamihan ng mga elemento ay nagpakita ng variable na positibong valence. Gayunpaman, ang bawat isa sa mga elementong ito ay nailalarawan sa pinakamataas na valence nito. Ang pinakamataas na valence na ito ay tinatawag katangian.
Nang maglaon, may kaugnayan sa paglitaw at pag-unlad ng elektronikong teorya ng atomic na istraktura at mga bono ng kemikal, ang valence ay nagsimulang maiugnay sa bilang ng mga electron na dumadaan mula sa isang atom patungo sa isa pa, o sa bilang ng mga bono ng kemikal na lumitaw sa pagitan ng mga atomo sa proseso ng pagbuo ng isang kemikal na tambalan.
Electrovalency at covalency. Ang positibo o negatibong valence ng isang elemento ay pinakamadaling matukoy kung ang dalawang elemento ay bumuo ng isang ionic compound: ang elemento na ang atom ay naging positibong sisingilin na ion ay itinuturing na may positibong valence, at ang elemento na ang atom ay naging isang negatibong sisingilin na ion ay may negatibong valence. Ang numerical value ng valence ay itinuturing na katumbas ng magnitude ng ion charge. Dahil ang mga ion sa mga compound ay nabuo sa pamamagitan ng donasyon at pagkuha ng mga electron ng mga atomo, ang halaga ng singil ng mga ion ay tinutukoy ng bilang ng mga electron na ibinigay (positibo) at idinagdag (negatibo) ng mga atomo. Alinsunod dito, ang positibong valence ng isang elemento ay sinusukat ng bilang ng mga electron na naibigay ng atom nito, at ang negatibong valence - sa pamamagitan ng bilang ng mga electron na nakakabit ng isang ibinigay na atom. Kaya, dahil ang valence ay sinusukat ng magnitude ng electric charge ng mga atomo, natanggap nito ang pangalang electrovalence. Tinatawag din itong ionic valence.
Kabilang sa mga kemikal na compound ay mayroong mga kung saan ang mga molekula ay hindi polarized. Malinaw, para sa kanila ang konsepto ng positibo at negatibong electrovalency ay hindi naaangkop. Kung ang molekula ay binubuo ng mga atomo ng isang elemento (elementarya na sangkap), ang karaniwang konsepto ng stoichiometric valency ay nawawalan ng kahulugan. Gayunpaman, upang masuri ang kakayahan ng mga atomo na ilakip ang isang naibigay na bilang ng iba pang mga atomo, sinimulan nilang gamitin ang bilang ng mga bono ng kemikal na lumabas sa pagitan ng isang ibinigay na atom at iba pang mga atomo sa panahon ng pagbuo ng isang tambalang kemikal. Dahil ang mga kemikal na bono na ito, na mga pares ng elektron na sabay-sabay na kabilang sa parehong konektadong mga atomo, ay tinatawag na covalent, ang kakayahan ng isang atom na bumuo ng isang tiyak na bilang ng mga kemikal na bono sa ibang mga atomo ay tinatawag na covalency. Upang magtatag ng covalency, ginagamit ang mga ito mga pormula sa istruktura, kung saan ang mga kemikal na bono ay kinakatawan ng mga gitling.
Katayuan ng oksihenasyon at numero ng oksihenasyon. Sa mga reaksyon ng pagbuo ng mga ionic compound, ang paglipat ng mga electron mula sa isang tumutugon na mga atom o ion patungo sa iba ay sinamahan ng isang kaukulang pagbabago sa halaga o tanda ng kanilang electrovalence. Kapag nabuo ang mga compound ng isang likas na covalent, ang gayong pagbabago sa estado ng electrovalent ng mga atom ay talagang hindi nangyayari, ngunit isang muling pamamahagi lamang ng mga elektronikong bono ang nagaganap, at ang valence ng orihinal na mga sangkap na tumutugon ay hindi nagbabago. Sa kasalukuyan, upang makilala ang estado ng isang elemento sa mga koneksyon, isang kondisyon na konsepto ang ipinakilala mga estado ng oksihenasyon. Ang numerical expression ng estado ng oksihenasyon ay tinatawag numero ng oksihenasyon.
Ang mga numero ng oksihenasyon ng mga atom ay maaaring magkaroon ng positibo, zero at negatibong mga halaga. Ang isang positibong numero ng oksihenasyon ay tinutukoy ng bilang ng mga electron na nakuha mula sa isang ibinigay na atom, at ang isang negatibong numero ng oksihenasyon ay tinutukoy ng bilang ng mga electron na naaakit ng isang ibinigay na atom. Ang numero ng oksihenasyon ay maaaring italaga sa bawat atom sa anumang sangkap, kung saan ang isa ay dapat na gabayan ng mga sumusunod simpleng tuntunin:
1. Ang mga numero ng oksihenasyon ng mga atomo sa anumang elementong sangkap ay zero.
2. Ang mga bilang ng oksihenasyon ng mga elementary ions sa mga sangkap na may likas na ionic ay katumbas ng mga halaga ng mga singil sa kuryente ng mga ion na ito.
3. Ang mga bilang ng oksihenasyon ng mga atom sa mga compound na may likas na covalent ay tinutukoy ng kumbensyonal na pagkalkula na ang bawat elektron na iginuhit mula sa isang atom ay nagbibigay dito ng singil na katumbas ng +1, at ang bawat elektron na naaakit ay nagbibigay dito ng singil na katumbas ng –1.
4. Ang algebraic na kabuuan ng mga numero ng oksihenasyon ng lahat ng mga atomo ng anumang tambalan ay zero.
5. Ang fluorine atom sa lahat ng compound nito kasama ng iba pang elemento ay may oxidation number na –1.
Ang pagpapasiya ng estado ng oksihenasyon ay nauugnay sa konsepto ng electronegativity ng mga elemento. Gamit ang konseptong ito, nabuo ang isa pang tuntunin.
6. Sa mga compound, ang numero ng oksihenasyon ay negatibo para sa mga atom ng mga elemento na may mas mataas na electronegativity at positibo para sa mga atom ng mga elemento na may mas mababang electronegativity.
Ang konsepto ng estado ng oksihenasyon ay kaya pinalitan ang konsepto ng electrovalence. Sa bagay na ito, tila hindi angkop na gamitin ang konsepto ng covalency. Upang makilala ang mga elemento, mas mahusay na gamitin ang konsepto ng valence, na tinutukoy ito sa pamamagitan ng bilang ng mga electron na ginagamit ng isang naibigay na atom upang bumuo ng mga pares ng elektron, hindi alintana kung sila ay naaakit sa isang naibigay na atom o, sa kabaligtaran, inalis mula dito. Pagkatapos ang valence ay ipapakita bilang isang unsigned number. Sa kaibahan sa valence, ang estado ng oksihenasyon ay tinutukoy ng bilang ng mga electron na nakuha mula sa isang ibinigay na atom (positibo), o naaakit dito (negatibo). Sa maraming mga kaso, ang mga halaga ng aritmetika ng valency at estado ng oksihenasyon ay nag-tutugma - ito ay medyo natural. Sa ilang mga kaso, ang mga numerical na halaga ng valency at estado ng oksihenasyon ay naiiba sa bawat isa. Halimbawa, sa mga molekula ng mga libreng halogen ang valence ng parehong mga atom ay katumbas ng isa, at ang estado ng oksihenasyon ay zero. Sa mga molekula ng oxygen at hydrogen peroxide, ang valency ng parehong mga atomo ng oxygen ay dalawa, at ang kanilang estado ng oksihenasyon sa molekula ng oxygen ay zero, at sa molekula ng hydrogen peroxide ito ay minus one. Sa mga molecule ng nitrogen at hydrazine - N 4 H 2 - ang valency ng parehong nitrogen atoms ay tatlo, at ang estado ng oksihenasyon sa elemental nitrogen molecule ay zero, at sa hydrazine molecule ito ay minus dalawa.
Malinaw na ang valence ay nagpapakilala sa mga atomo na bahagi lamang ng anumang tambalan, kahit isang homonuclear, iyon ay, na binubuo ng mga atomo ng isang elemento; Walang saysay na pag-usapan ang tungkol sa valency ng mga indibidwal na atomo. Ang antas ng oksihenasyon ay nagpapakilala sa estado ng mga atomo na parehong kasama sa isang tambalan at umiiral nang hiwalay.
Mga tanong upang palakasin ang paksa:
1. Sino ang nagpakilala ng konsepto ng "valence"?
2. Ano ang tawag sa valency?
3. Ano ang pagkakaiba ng valency at oxidation state?
4. Ano ang valency?
5. Paano tinutukoy ang estado ng oksihenasyon?
6. Palagi bang pantay ang valency at oxidation state ng isang elemento?
7. Sa pamamagitan ng aling elemento natutukoy ang valence ng isang elemento?
8. Ano ang katangian ng valence ng isang elemento, at ano ang estado ng oksihenasyon?
9. Maaari bang maging negatibo ang valence ng isang elemento?
Lektura Blg. 5: Ang bilis ng isang kemikal na reaksyon.
Mga reaksiyong kemikal maaaring mag-iba nang malaki sa tagal. Ang isang pinaghalong hydrogen at oxygen sa temperatura ng silid ay maaaring sa mahabang panahon mananatiling halos hindi nagbabago, ngunit sasabog kapag tinamaan o nag-apoy. Ang bakal na plato ay dahan-dahang kinakalawang, at isang piraso ng puting phosphorus ang kusang nag-aapoy sa hangin. Mahalagang malaman kung gaano kabilis ang isang partikular na reaksyon upang makontrol ang pag-unlad nito.
Pagtuklas ni D.I. Ang pana-panahong batas ni Mendeleev ay may malaking kahalagahan para sa pagbuo ng kimika. Ang batas ay ang siyentipikong batayan ng kimika. Nagawa ng may-akda na i-systematize ang mayaman, ngunit nakakalat na materyal na naipon ng mga henerasyon ng mga chemist sa mga katangian ng mga elemento at kanilang mga compound, at linawin ang maraming mga konsepto, halimbawa, ang mga konsepto ng "elemento ng kemikal" at "simpleng sangkap". Bilang karagdagan, ang D.I. Hinulaan ni Mendeleev ang pagkakaroon at inilarawan nang may kamangha-manghang katumpakan ang mga katangian ng maraming elemento na hindi alam noong panahong iyon, halimbawa, scandium (eca-boron), gallium (eka-aluminium), germanium (eca-silicon). Sa ilang mga kaso, batay sa periodic law, binago ng scientist ang atomic mass ng mga elementong tinanggap noong panahong iyon ( Zn, La, ako, Er, Ce, Th,U), na dati ay tinutukoy batay sa mga maling ideya tungkol sa valence ng mga elemento at ang komposisyon ng kanilang mga compound. Sa ilang mga kaso, inayos ni Mendeleev ang mga elemento alinsunod sa isang natural na pagbabago sa mga katangian, na nagmumungkahi ng isang posibleng hindi kawastuhan sa mga halaga ng kanilang mga atomic na masa ( Os, Sinabi ni Ir, Pt, Au, Sinabi ni Te, ako, Ni, Co) at para sa ilan sa kanila, bilang resulta ng kasunod na pagpipino, ang mga masa ng atom ay naitama.
Ang periodic law at ang periodic table ng mga elemento ay nagsisilbing siyentipikong batayan para sa hula sa kimika. Mula nang mailathala periodic table higit sa 40 bagong elemento ang lumitaw dito. Batay sa periodic law, nakuha namin artipisyal mga elemento ng transuranium, kabilang ang No. 101, na tinatawag na mendelevium.
Ang pana-panahong batas ay gumaganap ng isang mapagpasyang papel sa pagpapaliwanag ng kumplikadong istraktura ng atom. Hindi natin dapat kalimutan na ang batas ay binuo ng may-akda noong 1869, i.e. halos 60 taon bago ito tuluyang nabuo modernong teorya istraktura ng atom. At ang lahat ng mga pagtuklas ng mga siyentipiko na sumunod sa paglalathala ng batas at ang pana-panahong sistema ng mga elemento (napag-usapan namin ang tungkol sa mga ito sa simula ng pagtatanghal ng materyal) ay nagsilbing kumpirmasyon ng napakatalino na pagtuklas ng mahusay na Russian chemist, ang kanyang pambihirang karunungan. at intuwisyon.
PANITIKAN
1. Glinka N. A. Pangkalahatang kimika / N. A. Glinka. L.: Chemistry, 1984. 702 p.
2. Kurso ng pangkalahatang kimika / ed. N.V. Korovina. M.: Higher School, 1990. 446 p.
3. Akhmetov N.S. pangkalahatan at di-organikong kimika / N.S. Akhmetov. M.: Higher School, 1988. 639 p.
4. Pavlov N.N. Inorganikong kimika / N.N. Pavlov. M.: Higher School, 1986. 336 p.
5. Ramsden E.N. Ang simula ng modernong kimika / E.N. Ramsden. L.: Chemistry, 1989. 784 p.
Estraktura ng mga atom
Mga Alituntunin
sa kursong "General Chemistry"
Pinagsama ni: STANKEVICH Margarita Efimovna
Efanova Vera Vasilievna
Mikhailova Antonina Mikhailovna
Tagasuri E.V. Tretyachenko
Editor O.A.Panina
Nilagdaan para sa pag-print Format 60x84 1/16
Boom. offset. Kundisyon-bake l. Academician-ed.l.
Sirkulasyon Libre ang Order
Saratov State Technical University
410054 Saratov, st. Politekhnicheskaya, 77
Naka-print sa RIC SSTU, 410054 Saratov, st. Politekhnicheskaya, 77
Ang periodic law at ang periodic system ng mga elemento ng kemikal ng D. I. Mendeleev batay sa mga ideya tungkol sa istruktura ng mga atomo. Ang kahalagahan ng pana-panahong batas para sa pag-unlad ng agham
Mga tiket sa Chemistry para sa kursong ika-10 baitang.
Ticket No. 1
Ang periodic law at ang periodic system ng mga elemento ng kemikal ng D. I. Mendeleev batay sa mga ideya tungkol sa istruktura ng mga atomo. Ang kahalagahan ng pana-panahong batas para sa pag-unlad ng agham.
Noong 1869, si D.I. Mendeleev, batay sa pagsusuri ng mga katangian ng mga simpleng sangkap at compound, ay bumalangkas ng Periodic Law:
Ari-arian mga simpleng katawan... at ang mga compound ng mga elemento ay pana-panahong nakadepende sa atomic na masa ng mga elemento.
Batay sa periodic law, ang periodic system ng mga elemento ay pinagsama-sama. Sa loob nito, ang mga elemento na may katulad na mga katangian ay pinagsama sa mga vertical na haligi - mga grupo. Sa ilang mga kaso, kapag naglalagay ng mga elemento sa Periodic Table, kinakailangan upang guluhin ang pagkakasunud-sunod ng pagtaas ng atomic mass upang mapanatili ang periodicity ng pag-uulit ng mga katangian. Halimbawa, kinakailangan na "magpalit" ng tellurium at yodo, pati na rin ang argon at potasa.
Ang dahilan ay iminungkahi ni Mendeleev ang pana-panahong batas sa panahong walang nalalaman tungkol sa istruktura ng atom.
Matapos ang planetaryong modelo ng atom ay iminungkahi noong ika-20 siglo, ang pana-panahong batas ay nabuo tulad ng sumusunod:
Ang mga katangian ng mga elemento at compound ng kemikal ay pana-panahong nakasalalay sa mga singil ng atomic nuclei.
Ang singil ng nucleus ay katumbas ng bilang ng elemento sa periodic table at ang bilang ng mga electron sa electron shell ng atom.
Ipinaliwanag ng pormulasyon na ito ang mga "paglabag" ng Periodic Law.
Sa Periodic Table, ang numero ng panahon ay katumbas ng bilang ng mga elektronikong antas sa atom, ang numero ng pangkat para sa mga elemento ng pangunahing subgroup ay katumbas ng bilang ng mga electron sa panlabas na antas.
Ang dahilan para sa pana-panahong pagbabago sa mga katangian ng mga elemento ng kemikal ay ang pana-panahong pagpuno ng mga shell ng elektron. Matapos punan ang susunod na shell, magsisimula ang isang bagong yugto. Ang pana-panahong pagbabago ng mga elemento ay malinaw na nakikita sa mga pagbabago sa komposisyon at mga katangian ng mga oxide.
Scientific significance ng periodic law. Ang pana-panahong batas ay ginawang posible na i-systematize ang mga katangian ng mga elemento ng kemikal at ang kanilang mga compound. Sa pag-compile ng periodic table, hinulaan ni Mendeleev ang pagkakaroon ng maraming hindi natuklasang elemento, nag-iiwan ng mga walang laman na cell para sa kanila, at hinulaang maraming katangian ng mga hindi natuklasang elemento, na nagpadali sa kanilang pagtuklas.
6. ???
7. Periodic law at periodic system D.I. Mendeleev Structure ng periodic system (panahon, grupo, subgroup). Ang kahulugan ng periodic law at periodic system.
Pana-panahong batas ng D.I. Mendeleev Ang mga katangian ng mga simpleng katawan, pati na rin ang mga anyo at katangian ng mga compound ng mga elemento, ay pana-panahong nakasalalay sa. mga halaga ng atomic na timbang ng mga elemento
Periodic table ng mga elemento. Serye ng mga elemento kung saan ang mga katangian ay nagbabago nang sunud-sunod, tulad ng serye ng walong elemento mula sa lithium hanggang neon o mula sa sodium hanggang argon, tinatawag ni Mendeleev na mga tuldok. Kung isusulat natin ang dalawang yugtong ito sa ibaba ng isa upang ang sodium ay nasa ilalim ng lithium at ang argon ay nasa ilalim ng neon, makukuha natin ang sumusunod na pag-aayos ng mga elemento:
Sa pag-aayos na ito, ang mga vertical na haligi ay naglalaman ng mga elemento na magkapareho sa kanilang mga katangian at may parehong valency, halimbawa, lithium at sodium, beryllium at magnesium, atbp.
Ang pagkakaroon ng paghahati sa lahat ng mga elemento sa mga panahon at paglalagay ng isang panahon sa ilalim ng isa pa upang ang mga elemento na magkatulad sa mga katangian at uri ng mga compound na nabuo ay matatagpuan sa ilalim ng bawat isa, si Mendeleev ay nag-compile ng isang talahanayan na tinawag niyang periodic system ng mga elemento ayon sa mga grupo at serye.
Kahulugan ng periodic table. Ang periodic table ng mga elemento ay may malaking impluwensya sa kasunod na pag-unlad ng kimika. Hindi lamang ito ang unang natural na pag-uuri ng mga elemento ng kemikal, na nagpapakita na sila ay bumubuo ng isang maayos na sistema at malapit na ugnayan sa isa't isa, ngunit ito rin ay isang makapangyarihang kasangkapan para sa karagdagang pananaliksik.
8. Pana-panahong pagbabago sa mga katangian ng mga elemento ng kemikal. Atomic at ionic radii. Enerhiya ng ionization. Pagkakaugnay ng elektron. Electronegativity.
Ang pag-asa ng atomic radii sa singil ng nucleus ng isang atom Z ay pana-panahon. Sa loob ng isang panahon, sa pagtaas ng Z, may posibilidad na bumaba ang laki ng atom, na kung saan ay malinaw na nakikita sa mga maikling panahon.
Sa simula ng pagtatayo ng isang bagong elektronikong layer, mas malayo sa nucleus, ibig sabihin, sa panahon ng paglipat sa susunod na panahon, pagtaas ng atomic radii (ihambing, halimbawa, ang radii ng fluorine at sodium atoms). Bilang resulta, sa loob ng isang subgroup, na may pagtaas ng nuclear charge, ang mga sukat ng mga atom ay tumataas.
Ang pagkawala ng mga atomo ng elektron ay humahantong sa pagbaba sa mabisang sukat nito^ at ang pagdaragdag ng labis na mga elektron ay humahantong sa isang pagtaas. Samakatuwid, ang radius ng isang positively charged na ion (cation) ay palaging mas maliit, at ang radius ng isang negatively charged non (anion) ay palaging mas malaki kaysa sa radius ng kaukulang electrically neutral atom.
Sa loob ng isang subgroup, ang radii ng mga ion ng parehong singil ay tumataas sa pagtaas ng nuclear charge. Ang pattern na ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagtaas ng bilang ng mga electronic layer at ang lumalagong distansya ng mga panlabas na electron mula sa nucleus.
Ang pinaka-katangian na kemikal na pag-aari ng mga metal ay ang kakayahan ng kanilang mga atomo na madaling magbigay ng mga panlabas na electron at magbago sa mga positibong sisingilin na mga ion, habang ang mga di-metal, sa kabaligtaran, ay nailalarawan sa pamamagitan ng kakayahang magdagdag ng mga electron upang mabuo. mga negatibong ion. Upang alisin ang isang elektron mula sa isang atom at ibahin ang anyo sa huli sa isang positibong ion, kinakailangan na gumastos ng kaunting enerhiya, na tinatawag na enerhiya ng ionization.
Ang enerhiya ng ionization ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng pagbomba ng mga atom na may mga electron na pinabilis sa isang electric field. Ang pinakamababang boltahe ng field kung saan ang bilis ng elektron ay nagiging sapat upang mag-ionize ng mga atom ay tinatawag na potensyal ng ionization ng mga atomo ng isang partikular na elemento at ipinahayag sa volts.
Sa paggasta ng sapat na enerhiya, dalawa, tatlo o higit pang mga electron ang maaaring alisin mula sa isang atom. Samakatuwid, pinag-uusapan nila ang unang potensyal ng ionization (ang enerhiya ng pag-alis ng unang elektron mula sa atom) at ang pangalawang potensyal ng ionization (ang enerhiya ng pag-alis ng pangalawang elektron)
Tulad ng nabanggit sa itaas, ang mga atomo ay hindi lamang maaaring mag-abuloy, ngunit makakuha din ng mga electron. Ang enerhiya na inilabas kapag ang isang electron ay nakakabit sa isang libreng atom ay tinatawag na electron affinity ng atom. Ang pagkakaugnay ng elektron, tulad ng enerhiya ng ionization, ay karaniwang ipinahayag sa electron volts. Kaya, ang electron affinity ng hydrogen atom ay 0.75 eV, oxygen - 1.47 eV, fluorine - 3.52 eV.
Ang mga electron affinity ng mga metal na atom ay karaniwang malapit sa zero o negatibo; Ito ay sumusunod mula dito na para sa mga atomo ng karamihan sa mga metal ang pagdaragdag ng mga electron ay energetically hindi kanais-nais. Ang electron affinity ng nonmetal atoms ay palaging positibo at mas malaki, mas malapit ang nonmetal na matatagpuan sa noble gas sa periodic table; ito ay nagpapahiwatig ng pagtaas sa mga di-metal na katangian habang papalapit ang katapusan ng panahon.
(?)9. Kemikal na dumidikit. Mga pangunahing uri at katangian ng mga bono ng kemikal. Mga kondisyon at mekanismo ng pagbuo nito. Paraan ng Valence bond. Valence. Konsepto ng molecular orbital method
Kapag ang mga atomo ay nakikipag-ugnayan, ang isang kemikal na bono ay maaaring lumitaw sa pagitan nila, na humahantong sa pagbuo ng isang matatag na polyatomic system - isang molekula, isang molekular na hindi, isang kristal. ang kondisyon para sa pagbuo ng isang kemikal na bono ay isang pagbaba sa potensyal na enerhiya ng sistema ng mga nakikipag-ugnay na mga atomo.
Teorya kemikal na istraktura. Ang batayan ng teorya na binuo ni A. M. Butlerov ay ang mga sumusunod:
Ang mga atomo sa mga molekula ay konektado sa isa't isa sa isang tiyak na pagkakasunud-sunod. Ang pagbabago sa pagkakasunud-sunod na ito ay humahantong sa pagbuo ng isang bagong sangkap na may mga bagong katangian.
Ang kumbinasyon ng mga atom ay nangyayari alinsunod sa kanilang valence.
Ang mga katangian ng mga sangkap ay nakasalalay hindi lamang sa kanilang komposisyon, kundi pati na rin sa kanilang "kemikal na istraktura," iyon ay, sa pagkakasunud-sunod ng koneksyon ng mga atomo sa mga molekula at ang likas na katangian ng kanilang impluwensya sa isa't isa. Ang mga atomo na direktang konektado sa isa't isa ay lubos na nakakaimpluwensya sa isa't isa.
Ang mga ideya tungkol sa mekanismo ng pagbuo ng bono ng kemikal, na binuo ni Heitler at London gamit ang halimbawa ng molekula ng hydrogen, ay pinalawak sa mas kumplikadong mga molekula. Ang teorya ng mga kemikal na bono na binuo sa batayan na ito ay tinatawag na valence bond method (BC method). Ang pamamaraan ng BC ay nagbigay ng isang teoretikal na paliwanag sa pinakamahalagang katangian ng mga covalent bond at ginawang posible na maunawaan ang istraktura ng isang malaking bilang ng mga molekula. Bagaman, tulad ng makikita natin sa ibaba, ang pamamaraang ito ay hindi naging unibersal at sa ilang mga kaso ay hindi mailarawan nang tama ang istraktura at mga katangian ng mga molekula, mayroon pa rin itong malaking papel sa pagbuo ng quantum mechanical theory ng kemikal. bonding at hindi nawala ang kahalagahan nito hanggang ngayon. Ang Valence ay isang kumplikadong konsepto. Samakatuwid, mayroong ilang mga kahulugan ng pagpapahayag ng valence magkaibang panig konseptong ito. Ang sumusunod na kahulugan ay maaaring ituring na pinaka-pangkalahatan: ang valency ng isang elemento ay ang kakayahan ng mga atomo nito na pagsamahin sa iba pang mga atomo sa ilang partikular na mga ratio.
Sa una, ang valency ng hydrogen atom ay kinuha bilang ang yunit ng valence. Ang lakas ng isa pang elemento ay maaaring ipahayag sa pamamagitan ng bilang ng mga atomo ng hydrogen na nagdaragdag sa sarili nito o pumapalit sa isang atom ng isa pang elementong ito.
Alam na natin na ang estado ng mga electrodes sa isang atom ay inilarawan ng quantum mechanics bilang isang set ng atomic electron orbitals (atomic electron clouds); Ang bawat naturang orbital ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang tiyak na hanay ng mga atomic quantum number. Ang pamamaraan ng MO ay batay sa pag-aakalang ang estado ng mga electron sa isang molekula ay maaari ding ilarawan bilang isang hanay ng mga molecular electron orbitals (molecular electron clouds), na ang bawat molecular orbital (MO) ay tumutugma sa isang tiyak na hanay ng mga molecular quantum number. Tulad ng sa anumang iba pang multielectron system, ang prinsipyo ng Pauli ay nananatiling wasto sa molekula (tingnan ang § 32), upang ang bawat MO ay maaaring maglaman ng hindi hihigit sa dalawang electron, na dapat ay may magkasalungat na direksyon ng mga spin.
Ang kahalagahan ng pana-panahong batas para sa pag-unlad ng agham
Batay sa Periodic Law, pinagsama-sama ni Mendeleev ang isang pag-uuri ng mga elemento ng kemikal - ang periodic system. Binubuo ito ng 7 yugto at 8 pangkat.
Nagsimula ang periodic law modernong yugto pag-unlad ng kimika. Sa pagtuklas nito, naging posible na mahulaan ang mga bagong elemento at ilarawan ang kanilang mga katangian.
Sa tulong ng Periodic Law, naitama ang atomic mass at nilinaw ang valences ng ilang elemento; ang batas ay sumasalamin sa pagkakaugnay ng mga elemento at ang pagkakaugnay ng kanilang mga katangian. Pinatunayan ng periodic law ang pinaka pangkalahatang batas pag-unlad ng kalikasan, nagbukas ng daan sa kaalaman sa istruktura ng atom.
Sa pagtuklas kay Mendeleev, nagbago ang lahat agham ng daigdig. Ang kahalagahan ng pana-panahong batas ng mga elemento ng kemikal ay naging mahalaga hindi lamang para sa kimika, kundi pati na rin sa pisika, kosmolohiya, at geochemistry.
Ang pagtuklas ni Mendeleev
Ang pana-panahong batas ay natuklasan ni Dmitri Mendeleev noong 1871. Sinubukan ng iba't ibang mga siyentipiko noong ika-19 na siglo na makahanap ng isang pattern at ayusin ang lahat ng mga kilalang elemento. Itinatag ni Mendeleev na ang mga kemikal na katangian ng mga elemento ay nagbabago at umuulit sa pagtaas ng relatibong atomic mass.
kanin. 1. Mendeleev.
Batay dito, inayos niya ang 63 kilalang elemento sa anim na yugto at walong grupo. Ang bawat panahon ay nagsimula sa isang metal at nagtatapos sa isang di-metal. Nag-iwan si Mendeleev ng mga puwang sa talahanayan para sa mga hindi natuklasang elemento at muling kinakalkula ang relatibong atomic mass ng ilang elemento.
Halimbawa, pinaniniwalaan na ang atomic mass ng beryllium ay 13.5, at hindi 9, gaya ng alam na ngayon. Ayon sa lohika ni Mendeleev, ang metal ay kailangang ilagay sa pagitan ng carbon na may atomic mass 12 at nitrogen na may atomic mass 14. Gayunpaman, ito ay lalabag sa prinsipyo ng periodic law: ang metal ay nasa pagitan ng dalawang non-metal. Samakatuwid, iminungkahi ni Mendeleev na ang lugar ng beryllium ay nasa pagitan ng lithium (7) at boron (9), i.e. Ang atomic mass ng beryllium ay dapat na humigit-kumulang 9, at ang valence ay dapat na II o III.
Ang katumpakan ng matematika ni Mendeleev ay kasunod na nakumpirma sa eksperimento; ang mga cell na hindi nakuha ng siyentipiko ay unti-unting nagsimulang mapunan. Kasabay nito, hindi alam ni Mendeleev ang tungkol sa pagkakaroon ng mga elemento; hindi pa sila natuklasan, ngunit natukoy na niya ang kanilang serial number, atomic mass, valency, at mga katangian.
Ito ang pangunahing kahalagahan ng pagtuklas ng periodic law ni Mendeleev. Sa kabila ng bagong kaalaman, ang pagtuklas ng mga bagong elemento at ang pagpapalawak ng talahanayan, ang prinsipyo ng pana-panahong batas ay napanatili at nakumpirma hanggang sa araw na ito.
kanin. 2. Modernong periodic table.
Inilarawan ni Mendeleev nang detalyado ang tatlong elemento ng multo - ekaboron, ekaaluminium, ekasilicon. Natuklasan ang mga ito noong 70-80s ng ika-19 na siglo at pinangalanang scandium, gallium, at germanium, ayon sa pagkakabanggit.
Modernidad
Ang pagtuklas na ginawa ni Mendeleev ay nakaimpluwensya sa pag-unlad ng agham. Kung ang mga dating bagong elemento ay natagpuan sa pamamagitan ng pagkakataon, pagkatapos ay sa periodic table, ang mga chemist na may layunin, na nakatuon sa mga walang laman na cell, ay nagsimulang maghanap ng mga elemento. Ito ay kung gaano karaming mga bihirang elemento ang natuklasan, tulad ng rhenium.
kanin. 3. Rhenium.
Ang talahanayan ay na-update din:
- inert gas;
- mga elemento ng radioactive.
Bilang karagdagan, sa pagtatapos ng ika-19 na siglo, salamat sa teorya ng atomic na istraktura, nalaman na ang mga katangian ng mga elemento ay hindi nakasalalay sa kamag-anak na masa ng mga atomo, tulad ng hinuha ni Mendeleev, ngunit sa singil ng nuclei. Sa kasong ito, ang ordinal na bilang ng mga elemento ay kasabay ng tagapagpahiwatig ng singil ng atom. Ginawa nitong posible na ikonekta ang kimika at pisika at ipagpatuloy ang pag-aaral ng intra-atomic energy.
Sinasaklaw ng periodic table ang lahat ng inorganikong chemistry at nagbibigay ng malinaw na ideya ng kemikal, pisikal na katangian mga elemento at ang kanilang lugar sa Uniberso.
Ano ang natutunan natin?
Ang pana-panahong batas ni Mendeleev ay nakaimpluwensya sa pag-unlad ng kimika at iba pa mga kaugnay na agham. Nagawa ni Mendeleev na mahulaan ang maraming elemento na natuklasan sa ibang pagkakataon. Kinakalkula niya ang kanilang atomic mass at tinukoy ang kanilang mga katangian. Ang mga halaga ay nakumpirma sa pamamagitan ng paghahanap ng mga elemento. Itinakda ng periodic table ang direksyon ng kimika: nagsimulang maghanap ang mga siyentipiko ng mga elemento, na tumutuon sa mga puwang nito.
Panimula
Ang pana-panahong batas ng D.I. Mendeleev ay napakalaking kahalagahan. Inilatag niya ang pundasyon para sa modernong kimika at ginawa itong isang solong, integral na agham. Ang mga elemento ay nagsimulang isaalang-alang sa relasyon, depende sa kanilang lugar sa periodic table. Gaya ng itinuro ni N.D. Zelinsky, ang pana-panahong batas ay “ang pagtuklas ng magkakaugnay na koneksyon ng lahat ng mga atomo sa uniberso.”
Ang Chemistry ay hindi na naging isang mapaglarawang agham. Sa pagkatuklas ng pana-panahong batas, naging posible ang siyentipikong pag-iintindi sa kinabukasan. Naging posible na mahulaan at ilarawan ang mga bagong elemento at ang kanilang mga tambalan... Isang napakatalino na halimbawa nito ay ang hula ni D.I. Mendeleev sa pagkakaroon ng mga elementong hindi pa natuklasan sa kanyang panahon, kung saan para sa tatlo - Ga, Sc at Ge - nagbigay siya ng isang tumpak na paglalarawan ng kanilang mga katangian.
Ang periodic table at ang kahalagahan nito para sa pag-unawa sa siyentipikong larawan ng mundo
Periodic table ng mga elemento ni D. I. Mendeleev, isang natural na pag-uuri ng mga elemento ng kemikal, na isang tabular (o iba pang graphic) na expression pana-panahong batas ng mendeleev. P.S. e. binuo ni D.I. Mendeleev noong 1869-1871.
Kasaysayan ng P. s. e. Ang mga pagtatangka na gawing sistematiko ang mga elemento ng kemikal ay ginawa ng iba't ibang mga siyentipiko sa Germany, France, England, at USA mula noong 30s ng ika-19 na siglo. Ang mga nauna kay Mendeleev - I. Döbereiner, AT. Dumas, Pranses na botika na si A. Chancourtois, Ingles. Ang mga chemist na sina W. Odling, J. Newlands at iba pa ay nagtatag ng pagkakaroon ng mga grupo ng mga elemento na may katulad na mga katangian ng kemikal, ang tinatawag na "mga natural na grupo" (halimbawa, ang "triads" ni Döbereiner). Gayunpaman, ang mga siyentipikong ito ay hindi lumayo sa pagtatatag ng mga partikular na pattern sa loob ng mga grupo. Noong 1864 L. Meyer Batay sa data sa atomic weights, iminungkahi niya ang isang talahanayan na nagpapakita ng ratio ng atomic weights para sa ilang mga katangiang pangkat ng mga elemento. Si Meyer ay hindi gumawa ng mga teoretikal na mensahe mula sa kanyang talahanayan.
Ang prototype ng siyentipikong P. s. e. lumitaw ang talahanayan na "Karanasan ng isang sistema ng mga elemento batay sa kanilang atomic na timbang at pagkakatulad ng kemikal", na pinagsama-sama ni Mendeleev noong Marso 1, 1869. Sa susunod na dalawang taon, pinahusay ng may-akda ang talahanayang ito, nagpakilala ng mga ideya tungkol sa mga grupo, serye at panahon ng mga elemento; gumawa ng isang pagtatangka upang tantyahin ang kapasidad ng maliit at malalaking mga panahon, na naglalaman, sa kanyang opinyon, 7 at 17 elemento, ayon sa pagkakabanggit. Noong 1870 tinawag niya ang kanyang sistema na natural, at noong 1871 - pana-panahon. Kahit na ang istraktura ng P. s. e. ay nakakuha ng modernong hugis sa maraming aspeto.
Lubhang mahalaga para sa ebolusyon ng P. s. e. ang ideya na ipinakilala ni Mendeleev tungkol sa lugar ng isang elemento sa sistema ay naging totoo; Ang posisyon ng elemento ay tinutukoy ng panahon at mga numero ng pangkat. Batay sa ideyang ito, dumating si Mendeleev sa konklusyon na kailangang baguhin ang tinanggap noon na mga atomic na timbang ng ilang elemento (U, In, Ce at mga analogue nito), na siyang unang praktikal na gamit P.S. e., at din sa unang pagkakataon ay hinulaang ang pagkakaroon at mga pangunahing katangian ng ilang hindi kilalang elemento, na tumutugma sa mga walang laman na selula ng P. s. e. Klasikong halimbawa ay ang hula ng "ekaluminium" (hinaharap na Ga, natuklasan ni P. Lecoq de Boisbaudran noong 1875), "ekabor" (Sc, natuklasan ng Swedish scientist na si L. Nilson noong 1879) at "exasilicon" (Ge, natuklasan ng Aleman na siyentipiko na si K. Winkler noong 1886). Bilang karagdagan, hinulaan ni Mendeleev ang pagkakaroon ng mga analogue ng mangganeso (hinaharap na Tc at Re), tellurium (Po), iodine (At), cesium (Fr), barium (Ra), tantalum (Pa).
P.S. e. hindi agad nakilala bilang isang pangunahing pang-agham na paglalahat; ang sitwasyon ay nagbago nang malaki pagkatapos lamang matuklasan ang Ga, Sc, Ge at ang pagtatatag ng divalence ng Be (ito ay itinuturing na trivalent sa loob ng mahabang panahon). Gayunpaman, ang P. s. e. higit sa lahat ay kumakatawan sa isang empirical generalization ng mga katotohanan, dahil ito ay hindi malinaw pisikal na kahulugan periodic law at walang paliwanag sa mga dahilan ng panaka-nakang pagbabago sa mga katangian ng mga elemento depende sa pagtaas ng atomic weights. Samakatuwid, hanggang sa pisikal na pagpapatibay ng pana-panahong batas at pag-unlad ng teorya ng P. s. e. maraming katotohanan ang hindi maipaliwanag. Kaya, ang pagtuklas sa pagtatapos ng ika-19 na siglo ay hindi inaasahan. inert gas, na tila walang puwang sa P. s. e.; ang kahirapan na ito ay inalis salamat sa pagsasama ng p. e. malaya grupong zero(mamaya VIII a-mga subgroup). Ang pagtuklas ng maraming "mga elemento ng radyo" sa simula ng ika-20 siglo. humantong sa isang kontradiksyon sa pagitan ng pangangailangan para sa kanilang paglalagay sa P. s. e. at ang istraktura nito (para sa higit sa 30 tulad ng mga elemento mayroong 7 "bakante" na lugar sa ikaanim at ikapitong yugto). Ang kontradiksyon na ito ay napagtagumpayan bilang resulta ng pagtuklas isotopes. Sa wakas, ang halaga ng atomic na timbang (atomic mass) bilang isang parameter na tumutukoy sa mga katangian ng mga elemento ay unti-unting nawala ang kahalagahan nito.
Isa sa mga pangunahing dahilan para sa imposibilidad ng pagpapaliwanag ng pisikal na kahulugan ng pana-panahong batas at P. s. e. ay binubuo sa kawalan ng isang teorya ng atomic structure. Samakatuwid, ang pinakamahalagang milestone sa landas ng pag-unlad ni P. e. Isang planetaryong modelo ng atom ang lumitaw, na iminungkahi ni E. Rutherford(1911). Sa batayan nito, iminungkahi ng Dutch scientist na si A. van den Broek (1913) na ang serial number ng isang elemento sa P. s. e. (atomic number Z) ay numerong katumbas ng singil ng atomic nucleus (sa mga yunit ng elementarya). Ito ay eksperimento na kinumpirma ni G. Moseley(1913-14, tingnan Batas Moseley). Kaya, posible na maitaguyod na ang periodicity ng mga pagbabago sa mga katangian ng mga elemento ay nakasalalay sa atomic number, at hindi sa atomic weight. Bilang resulta, ang mas mababang limitasyon ng P. s. ay natukoy sa isang siyentipikong batayan. e. (hydrogen bilang isang elemento na may pinakamababang Z = 1); ang bilang ng mga elemento sa pagitan ng hydrogen at uranium ay tumpak na tinatantya; Ito ay itinatag na ang "mga puwang" sa P. s. e. tumutugma sa mga hindi kilalang elemento na may Z = 43, 61, 72, 75, 85, 87.
Gayunpaman, ang tanong ng eksaktong bilang ng mga elemento ng bihirang-lupa ay nanatiling hindi maliwanag, at (kung ano ang lalong mahalaga) ang mga dahilan para sa mga pana-panahong pagbabago sa mga katangian ng mga elemento depende sa Z ay hindi ipinahayag. Ang mga kadahilanang ito ay natagpuan sa panahon ng karagdagang pag-unlad ng ang teorya ng mga elemento ng bihirang lupa. e. batay sa mga konseptong quantum ng istruktura ng atom (tingnan sa ibaba). Pisikal na katwiran ang pana-panahong batas at ang pagtuklas ng kababalaghan ng isotonia ay naging posible na tukuyin ng siyentipiko ang konsepto ng "atomic mass" ("timbang ng atom"). Ang nakalakip na periodic table ay naglalaman ng modernong mga kahulugan atomic na masa ng mga elemento sa carbon scale alinsunod sa International Table 1973. Ang mga mass number ng pinakamahabang buhay na isotopes ng mga radioactive na elemento ay ibinibigay sa square bracket. Sa halip na mga mass number ng pinaka-matatag na isotopes 99 Tc, 226 Ra, 231 Pa at 237 Np, ang atomic na masa ng mga isotopes na ito na pinagtibay (1969) ng International Atomic Weights Commission ay ipinahiwatig.
Istruktura ng P. s. e. Moderno (1975) P. p. e. sumasaklaw sa 106 kemikal na elemento; sa mga ito, lahat ng transuranium (Z = 93-106), gayundin ang mga elementong may Z = 43 (Tc), 61 (Pm), 85 (At) at 87 (Fr) ay nakuha nang artipisyal. Sa buong kasaysayan ng P. s. e. isang malaking bilang (ilang daan) ng mga opsyon para sa graphic na representasyon nito ay iminungkahi, pangunahin sa anyo ng mga talahanayan; ang mga larawan ay kilala rin sa anyo ng iba't-ibang mga geometric na hugis(spatial at planar), analytical curves (halimbawa, mga spiral), atbp. Ang pinakalaganap ay tatlong anyo ng P. s. e.: maikli, iminungkahi ni Mendeleev at nakatanggap ng unibersal na pagkilala; mahabang hagdanan. Ang mahabang anyo ay binuo din ni Mendeleev, at sa isang pinabuting anyo ito ay iminungkahi noong 1905 ni A. Werner. Ang ladder form ay iminungkahi ng Ingles na siyentipiko na si T. Bailey (1882), ang Danish na siyentipiko na si J. Thomsen (1895) at pinahusay ni N. Borom(1921). Ang bawat isa sa tatlong anyo ay may mga pakinabang at disadvantages. Ang pangunahing prinsipyo ng pagbuo ng P. s. e. ay ang paghahati ng lahat ng elemento ng kemikal sa mga grupo at panahon. Ang bawat pangkat naman ay nahahati sa pangunahing (a) at pangalawang (b) mga subgroup. Ang bawat subgroup ay naglalaman ng mga elemento na may katulad na mga katangian ng kemikal. Mga elemento A- At b-mga subgroup sa bawat pangkat, bilang panuntunan, ay nagpapakita ng isang tiyak na pagkakatulad ng kemikal sa isa't isa, pangunahin sa mas mataas na mga estado ng oksihenasyon, na, bilang panuntunan, ay tumutugma sa numero ng grupo. Ang isang panahon ay isang koleksyon ng mga elemento na nagsisimula sa isang alkali metal at nagtatapos sa isang inert gas (isang espesyal na kaso ay ang unang yugto); bawat panahon ay naglalaman ng mahigpit isang tiyak na numero mga elemento. P.S. e. ay binubuo ng 8 pangkat at 7 panahon (ang ikapito ay hindi pa nakumpleto).
Ang pagtitiyak ng unang yugto ay naglalaman lamang ito ng 2 elemento: H at He. Ang lugar ng H sa system ay hindi maliwanag: dahil ito ay nagpapakita ng mga katangian na karaniwan sa mga alkali metal at halogens, ito ay inilalagay alinman sa I. a-, o (mas mabuti) sa VII a-subgroup. Helium - ang unang kinatawan ng VII a-subgroups (gayunpaman, sa loob ng mahabang panahon Siya at lahat ng inert gas ay pinagsama sa isang independiyenteng zero group).
Ang ikalawang yugto (Li - Ne) ay naglalaman ng 8 elemento. Nagsisimula ito sa alkali metal na Li, ang tanging estado ng oksihenasyon kung saan ay I. Pagkatapos ay dumating ang Be, isang metal, ang estado ng oksihenasyon ng II. Ang metal na katangian ng susunod na elemento B ay mahinang ipinahayag (estado ng oksihenasyon III). Ang sumusunod na C ay isang tipikal na hindi metal at maaaring maging positibo o negatibong tetravalent. Ang mga sumusunod na N, O, F at Ne ay hindi metal, at para lamang sa N ang pinakamataas na estado ng oksihenasyon na V ay tumutugma sa numero ng pangkat; bihira lamang ang oxygen na nagpapakita ng positibong valency, at para sa F ang estado ng oksihenasyon VI ay kilala. Ang panahon ay nagtatapos sa inert gas Ne.
Ang ikatlong yugto (Na - Ar) ay naglalaman din ng 8 elemento, ang likas na katangian ng mga pagbabago sa mga katangian na higit sa lahat ay katulad ng naobserbahan sa ikalawang yugto. Gayunpaman, ang Mg, hindi katulad ng Be, ay mas metal, tulad ng Al kumpara sa B, bagaman ang Al ay likas na amphoteric. Ang Si, P, S, Cl, Ar ay mga tipikal na hindi metal, ngunit lahat ng mga ito (maliban sa Ar) ay nagpapakita mas mataas na antas oksihenasyon na katumbas ng bilang ng pangkat. Kaya, sa parehong mga panahon, habang ang Z ay tumataas, ang isang pagpapahina ng metal at pagpapalakas ng di-metal na katangian ng mga elemento ay sinusunod. Tinawag ni Mendeleev na tipikal ang mga elemento ng ikalawa at ikatlong panahon (maliit, sa kanyang terminolohiya). Mahalaga na kabilang sila sa pinakakaraniwan sa kalikasan, at ang C, N at O ay, kasama ang H, ang mga pangunahing elemento ng organikong bagay (organogens). Lahat ng elemento unang tatlo Ang mga panahon ay kasama sa mga subgroup A .
Ayon sa modernong terminolohiya (tingnan sa ibaba), ang mga elemento ng mga panahong ito ay nabibilang sa s-mga elemento (alkalina at mga metal na alkaline earth), mga bahagi I a- at II a-subgroups (naka-highlight sa pula sa talahanayan ng kulay), at R-mga elemento (B - Ne, At - Ar) na kasama sa III a- VIII a-subgroups (ang kanilang mga simbolo ay naka-highlight sa orange). Para sa mga elemento ng maliliit na panahon na may pagtaas ng ordinal na numero, ang pagbaba ay unang naobserbahan atomic radii, at pagkatapos ay kapag ang bilang ng mga electron sa panlabas na shell Ang atom ay tumataas nang malaki, ang kanilang magkasalungat na pagtanggi ay humahantong sa pagtaas ng atomic radii. Ang susunod na maximum ay naabot sa simula ng susunod na panahon sa alkaline na elemento. Tinatayang ang parehong pattern ay katangian ng ionic radii.
Ang ikaapat na yugto (K - Kr) ay naglalaman ng 18 elemento (ang unang pangunahing panahon, ayon kay Mendeleev). Pagkatapos ng alkali metal K at ang alkaline earth Ca (s-elemento) ay isang serye ng sampung tinatawag mga elemento ng paglipat(Sc - Zn), o d- mga elemento (ang mga simbolo ay nasa asul) na kasama sa mga subgroup b kaukulang grupo ng P. s. e. Karamihan sa mga elemento ng transisyon (na lahat ay mga metal) ay nagpapakita ng mas mataas na estado ng oksihenasyon na katumbas ng numero ng kanilang grupo. Ang pagbubukod ay ang triad na Fe - Co - Ni, kung saan ang huling dalawang elemento ay may pinakamataas na positibong trivalent, at ang bakal sa ilalim ng ilang mga kundisyon ay kilala sa estado ng oksihenasyon VI. Mga elementong nagsisimula sa Ga at nagtatapos sa Kr ( R-elemento), nabibilang sa mga subgroup A, at ang likas na katangian ng pagbabago sa kanilang mga katangian ay kapareho ng sa katumbas na pagitan ng Z para sa mga elemento ng ikalawa at ikatlong yugto. Napagtibay na ang Kr ay may kakayahang bumuo ng mga kemikal na compound (pangunahin na may F), ngunit ang estado ng oksihenasyon nito VIII ay hindi alam.
Ang ikalimang yugto (Rb - Xe) ay itinayo katulad ng ikaapat; mayroon din itong insert ng 10 elemento ng paglipat (Y - Cd), d-mga elemento. Tiyak na mga tampok panahon: 1) sa triad na Ru - Rh - Pd, ang ruthenium lamang ang nagpapakita ng estado ng oksihenasyon VIII; 2) lahat ng elemento ng mga subgroup ay nagpapakita ng mas mataas na estado ng oksihenasyon na katumbas ng bilang ng grupo, kasama ang Xe; 3) Mayroon akong mahinang katangian ng metal. Kaya, ang likas na katangian ng pagbabago sa mga katangian habang tumataas ang Z para sa mga elemento ng ikaapat at ikalimang yugto ay mas kumplikado, dahil ang mga katangian ng metal ay napanatili sa isang malaking hanay ng mga ordinal na numero.
Ang ikaanim na yugto (Cs - Rn) ay may kasamang 32 elemento. Bilang karagdagan sa 10 d-Mga elemento (La, Hf - Hg) ay naglalaman ng isang set ng 14 f-mga elemento, lanthanides, mula Ce hanggang Lu (mga itim na simbolo). Ang mga elementong La hanggang Lu ay halos magkapareho sa kemikal. Sa maikling anyo P. s. e. ang mga lanthanides ay kasama sa La box (dahil ang kanilang nangingibabaw na estado ng oksihenasyon ay III) at nakasulat bilang isang hiwalay na linya sa ibaba ng talahanayan. Ang pamamaraan na ito ay medyo hindi maginhawa, dahil 14 na elemento ang lumilitaw na nasa labas ng talahanayan. Ang mahaba at hagdanan na mga anyo ng P. s. ay walang ganoong disbentaha. e., mahusay na sumasalamin sa pagtitiyak ng lanthanides laban sa background ng integral na istraktura ng P. s. e. Mga tampok ng panahon: 1) sa triad na Os - Ir - Pt, ang osmium lamang ang nagpapakita ng estado ng oksihenasyon VIII; 2) Ang At ay may mas malinaw (kumpara sa 1) katangiang metal; 3) Ang Rn, tila (kaunting pinag-aralan ang kimika nito), ay dapat ang pinaka-reaktibo sa mga inert na gas.
Ang ikapitong yugto, na nagsisimula sa Fr (Z = 87), ay dapat ding maglaman ng 32 elemento, kung saan 20 ang kilala sa ngayon (hanggang sa elementong may Z = 106). Si Fr at Ra ay mga elemento ayon sa pagkakabanggit I a- at II a-subgroups (s-elemento), Ac - analogue ng mga elemento III b-mga subgroup ( d-elemento). Ang susunod na 14 na elemento, f-mga elemento (na may Z mula 90 hanggang 103) ang bumubuo sa pamilya actinides. Sa maikling anyo P. s. e. sinasakop nila ang Ac cell at nakasulat sa isang hiwalay na linya sa ibaba ng talahanayan, tulad ng mga lanthanides, sa kaibahan kung saan sila ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang makabuluhang iba't ibang mga estado ng oksihenasyon. Kaugnay nito, sa mga terminong kemikal, ang mga serye ng lanthanides at actinides ay nagpapakita ng mga kapansin-pansing pagkakaiba. Ang isang pag-aaral ng kemikal na kalikasan ng mga elemento na may Z = 104 at Z = 105 ay nagpakita na ang mga elementong ito ay mga analogue ng hafnium at tantalum, ayon sa pagkakabanggit, iyon ay. d-mga elemento, at dapat ilagay sa IV b- at V b- mga subgroup. Mga miyembro b-mga subgroup dapat mayroong mga kasunod na elemento hanggang Z = 112, at pagkatapos ay (Z = 113-118) ay lilitaw R-mga elemento (III a-VIll a-mga subgroup).
Teorya ng P. s. e. Ang teorya ng P. ay batay sa e. nakasalalay ang ideya ng mga partikular na batas na namamahala sa pagtatayo ng mga electronic shell (layer, level) at subshells (shells, sublevels) sa mga atom habang tumataas ang Z. Ang ideyang ito ay binuo ni Bohr noong 1913–21, na isinasaalang-alang ang kalikasan ng ang pagbabago sa mga katangian ng mga elemento ng kemikal sa electron spectrum. e. at ang mga resulta ng pag-aaral ng kanilang atomic spectra. Tinukoy ni Bohr ang tatlong makabuluhang tampok ng pagbuo ng mga elektronikong pagsasaayos ng mga atomo: 1) pagpuno ng mga elektronikong shell (maliban sa mga shell na naaayon sa mga halaga ng punong-guro quantum number n= 1 at 2) ay hindi nangyayari nang monotonically hanggang sa kanilang buong kapasidad, ngunit naantala ng paglitaw ng mga hanay ng mga electron na kabilang sa mga shell na may malalaking halaga. n; 2) ang mga katulad na uri ng elektronikong pagsasaayos ng mga atom ay pana-panahong inuulit; 3) mga hangganan ng mga panahon ng P. s. e. (maliban sa una at pangalawa) ay hindi nag-tutugma sa mga hangganan ng sunud-sunod na mga shell ng elektron.
Ang kahulugan ng P. s. e. P.S. e. gumanap at patuloy na gumaganap ng malaking papel sa pag-unlad ng natural na agham. Ito ang pinakamahalagang tagumpay ng atomic-molecular science, ginawa nitong posible na magbigay modernong kahulugan ang konsepto ng "chemical element" at linawin ang mga konsepto ng mga simpleng substance at compound. Mga pattern na ipinahayag ni P. s. e., ibinigay makabuluhang impluwensiya sa pag-unlad ng teorya ng atomic na istraktura, nag-ambag sa paliwanag ng kababalaghan ng isotonia. SALAMAT. e. na konektado sa isang mahigpit na pang-agham na pagbabalangkas ng problema ng hula sa kimika, na nagpakita ng sarili sa parehong hula ng pagkakaroon ng mga hindi kilalang elemento at kanilang mga katangian, at sa hula ng mga bagong tampok ng kemikal na pag-uugali ng mga natuklasan na mga elemento. P.S. e. - ang pundasyon ng kimika, higit sa lahat ay hindi organiko; makabuluhang nakakatulong ito upang malutas ang mga problema ng synthesis ng mga sangkap na may paunang natukoy na mga katangian, ang pagbuo ng mga bagong materyales, lalo na ang mga semiconductor, at ang pagpili ng mga tiyak na catalyst para sa iba't ibang mga proseso ng kemikal atbp. P.S. e.- din siyentipikong batayan pagtuturo ng kimika.
Konklusyon
Ang periodic table ng D.I. Mendeleev ay naging pinakamahalagang milestone sa pag-unlad ng atomic-molecular science. Salamat sa kanya nagtagumpay ito modernong konsepto tungkol sa isang kemikal na elemento, nilinaw ang mga ideya tungkol sa mga simpleng sangkap at compound.
Ang predictive na papel ng periodic system, na ipinakita ni Mendeleev mismo, noong ika-20 siglo ay ipinakita sa pagtatasa mga katangian ng kemikal mga elemento ng transuranium.
Ang paglitaw ng pana-panahong sistema ay nagbukas ng bago, tunay na siyentipikong panahon sa kasaysayan ng kimika at isang bilang ng mga kaugnay na agham - sa halip na nakakalat na impormasyon tungkol sa mga elemento at compound, maayos na sistema, sa batayan kung saan naging posible na gawing pangkalahatan, gumawa ng mga konklusyon, at hulaan.
Ang periodic table ng D.I. Mendeleev ay naging pinakamahalagang milestone sa pag-unlad ng atomic-molecular science. Salamat sa kanya, nabuo ang modernong konsepto ng isang elemento ng kemikal, at nilinaw ang mga ideya tungkol sa mga simpleng sangkap at compound.
Ang predictive na papel ng periodic system, na ipinakita mismo ni Mendeleev, noong ika-20 siglo ay ipinakita sa pagtatasa ng mga kemikal na katangian ng mga elemento ng transuranium.
Binuo noong ika-19 na siglo. sa loob ng agham ng kimika, ang periodic table ay isang nakahanda nang sistematisasyon ng mga uri ng atomo para sa mga bagong sangay ng pisika na binuo sa simula ng ika-20 siglo. - atomic physics at nuclear physics. Sa kurso ng pag-aaral ng atom gamit ang mga pamamaraan ng pisika, natagpuan na ang serial number ng isang elemento sa periodic table (atomic number) ay isang sukatan ng electric charge ng atomic nucleus ng elementong ito, ang bilang ng horizontal row. (panahon) sa talahanayan ay tumutukoy sa bilang ng mga electron shell ng atom, at ang bilang ng patayong hilera ay tumutukoy sa quantum structure tuktok na shell, kung saan ang mga elemento ng seryeng ito ay may pagkakatulad sa mga katangian ng kemikal.
Ang hitsura ng pana-panahong sistema ay nagbukas ng isang bago, tunay na pang-agham na panahon sa kasaysayan ng kimika at isang bilang ng mga kaugnay na agham - sa halip na nakakalat na impormasyon tungkol sa mga elemento at compound, lumitaw ang isang magkakaugnay na sistema, batay sa kung saan naging posible na gawing pangkalahatan, gumawa ng mga konklusyon, at hulaan.
Ang pana-panahong batas ay isang pangunahing batas ng kalikasan, na natuklasan ni D.I. Mendeleev noong 1869 kapag inihambing ang mga katangian ng mga elemento ng kemikal na kilala noong panahong iyon at ang mga halaga ng kanilang mga atomic na masa. Mga Kahulugan
Ang pana-panahong batas ay binuo ni D.I. Mendeleev sa sumusunod na anyo (1871): "Ang mga katangian ng mga simpleng katawan, pati na rin ang mga anyo at katangian ng mga compound ng mga elemento, at samakatuwid ang mga katangian ng simple at kumplikadong mga katawan na kanilang nabuo, ay pana-panahong nakasalalay sa kanilang atomic na timbang".
Sa pag-unlad ng atomic physics at quantum chemistry, ang Periodic Law ay nakatanggap ng isang mahigpit na theoretical justification. Salamat sa mga klasikong gawa ni J. Rydberg (1897), A. Van den Broek (1911), G. Moseley (1913), ang pisikal na kahulugan ng serial (atomic) na numero ng isang elemento ay ipinahayag. Nang maglaon, nilikha ang isang quantum mechanical model para sa panaka-nakang pagbabago sa elektronikong istruktura ng mga atomo ng mga elemento ng kemikal habang tumataas ang mga singil ng kanilang nuclei (N. Bohr, W. Pauli, E. Schrödinger, W. Heisenberg, atbp.).
Sa kasalukuyan, ang Periodic Law ni D. I. Mendeleev ay may sumusunod na pormulasyon: "Ang mga katangian ng mga elemento ng kemikal, pati na rin ang mga anyo at katangian ng mga simpleng sangkap at compound na nabuo nila, ay pana-panahong nakasalalay sa laki ng mga singil ng nuclei ng kanilang mga atomo".
Ang kakaiba ng Periodic Law sa iba pang pangunahing batas ay wala itong ekspresyon sa anyo ng isang mathematical equation. Ang graphic (tabular) na pagpapahayag ng batas ay ang Periodic Table of Elements na binuo ni Mendeleev.
Ang pana-panahong batas ay unibersal para sa Uniberso: tulad ng sinabi ng sikat na Russian chemist na si N.D. Zelinsky, ang pana-panahong batas ay "ang pagtuklas ng magkakaugnay na koneksyon ng lahat ng mga atomo sa uniberso"
Sa multielectron atoms, tulad ng sa hydrogen atom, ang estado ng bawat electron ay maaaring mailalarawan sa pamamagitan ng mga quantum number. Ang electron-electron repulsion ay humahantong sa katotohanan na ang enerhiya ng mga electron na may parehong n value, ngunit magkaibang l value, ay nagiging iba. Ang pagkakasunud-sunod ng pagpuno ng mga sublevel ay tinutukoy ng prinsipyo ng hindi bababa sa enerhiya, ang prinsipyo ng Pauli at panuntunan ni Hund.
Prinsipyo ng hindi bababa sa enerhiya: Ang pagpuno ng AO ng mga electron ay nangyayari sa pagkakasunud-sunod ng pagtaas ng kanilang enerhiya. Isang energy diagram ang naitatag para sa iba't ibang AO sa maraming neutral na atom na nasa ground state (na may pinakamababang enerhiya). Ang panuntunan ni Klechkovsky: Ang enerhiya ng JSC ay tumataas nang naaayon. na may pagtaas ng n+l. Sa parehong halaga ng kabuuan, ang enerhiya ay mas mababa para sa AO na may mas maliit na halaga ng n.
Prinsipyo ni Pauli: sa isang atom hindi m.b. 2 e na may parehong halaga ng 4 na quantum number. Ang hanay ng mga halaga ay ganap na tinutukoy ang estado ng enerhiya ng e. 2 e na matatagpuan sa parehong AO ay tinatawag na paired. Kabuuang bilang orbital bawat en. pinsala mula sa tanda. n = n*2. Samakatuwid, ang max na kapasidad ng elektron = 2n*2.
Pamumuno ni Hund tinutukoy ang pagkakasunod-sunod ng pagpuno ng AO e sa loob ng isang sublevel at nagbabasa ng: Kailan binigay na halaga l (sa loob ng 1 sublevel) sa ground state ang mga electron ay matatagpuan sa paraang ang halaga ng kabuuang spin ng atom ay max (sa sublevel ay dapat mayroong max na bilang ng unpaired e).
Pamamahagi ng e sa pamamagitan ng agnas Ang AO ay tinatawag na e configuration ng atom. Email pagsasaayos na may pinakamababang enerhiya ay tumutugma sa ground state ng atom, ang natitirang mga configuration ay nabibilang sa excited states. Ang EC ng isang atom ay inilalarawan sa 2 paraan: sa anyo ng mga e-formula at e-graphic na diagram. Sa pagsulat ng mga e formula, n at l ang ginagamit. Ang sublevel ay ipinahiwatig ng n at l (titik). Ang numerong e sa sublevel ay nagpapakilala sa superscript. Halimbawa, para sa ground state ng hydrogen atom: Sa kaso ng mga e-graphic na diagram, ang distribusyon ng e sa mga sublevel ay kinakatawan sa anyo ng mga quantum cell. Ang orbital ay karaniwang inilalarawan bilang isang parisukat, tungkol sa isang pusa. minarkahan ng pagtatalaga sublevel. Mga sublevel sa bawat antas d.b. bahagyang lumipat sa taas (iba ang enerhiya). Ang mga electron ay inilalarawan laban. mga arrow sa hover sa halaga ng pag-ikot. Isinasaalang-alang ang istraktura ng EC ng mga atom, ang lahat ay kilala El. alinsunod sa halaga ng orbital quantum number ng huling napunong sublevel ay maaaring nahahati sa 4 na grupo: s, p, d at f na mga elemento.
Ang mga paglihis mula sa n+l na panuntunan ay sinusunod sa ilan. elemento - ito ay dahil sa ang katunayan na habang ang pangunahing bilang ng quantum ay tumataas, ang mga pagkakaiba sa pagitan ng mga enerhiya ng mga sublevel ay bumababa.
15. nucleon, istraktura ng nucleus, nuclear forces, ang kanilang mga tampok.
Atomic nucleus- ang gitnang bahagi ng atom, kung saan ang karamihan ng masa nito ay puro (higit sa 99.9%). Ang nucleus ay positibong sisingilin; ang singil ng nucleus ay tinutukoy ng elementong kemikal kung saan kabilang ang atom. Ang mga sukat ng nuclei ng iba't ibang mga atom ay ilang mga femtometer, na higit sa 10 libong beses mas maliliit na sukat ang atom mismo.
Ang nuclear physics ay nag-aaral ng atomic nuclei.
Ang atomic nucleus ay binubuo ng mga nucleon - positibong sisingilin na mga proton at neutral na mga neutron, na konektado sa isa't isa sa pamamagitan ng malakas na pakikipag-ugnayan. Ang proton at neutron ay may sariling angular momentum (spin) na katumbas ng [sn 1] at isang nauugnay na magnetic moment.
Ang mga puwersang nuklear ay ang mga puwersa ng pang-akit para sa anumang pares ng mga nucleon.
Ang pakikipag-ugnayang nuklear ay kabilang sa kategorya ng malakas na pakikipag-ugnayan. Bilang resulta, ang enerhiyang nuklear dahil sa gayong pakikipag-ugnayan ay napakalaki at lumalampas sa enerhiyang elektrikal, halimbawa, sa mga atomo ng milyun-milyong beses.
Ang mga puwersang nuklear ay panandalian, habang ang mga puwersang elektrikal at magnetikong sa pagitan ng mga elementong particle ay malayuan. Ano ang ibig sabihin nito? Nangangahulugan ito na ang mga puwersang nuklear ay may limitadong saklaw ng pagkilos at ang radius na ito ay napakaliit (sa pagkakasunud-sunod ng cm; alalahanin na ang laki ng isang atom ay nasa ayos ng cm). Sa kabila ng mga limitasyon nito, ang pakikipag-ugnayan ng mga nucleon ay bumababa nang husto ayon sa exponential law. Sa kabaligtaran, ang pakikipag-ugnayan ng electromagnetic sa pagitan ng mga particle ay bumababa nang may distansya ayon sa inverse square law - at tinatawag na long-range.
Ang mga puwersang nuklear ay walang singil, ibig sabihin, ang mga puwersa sa pagitan ng mga proton, sa pagitan ng mga neutron at sa pagitan ng isang proton at isang neutron ay pareho.
Ang mga puwersang nuklear ay may tinatawag na saturation property (ang interatomic forces sa mga molekula ay may katulad na katangian). Ang kakanyahan ng ari-arian na ito ay ang bawat nucleon sa nucleus ay maaaring magkaroon ng limitadong bilang ng mga kapitbahay. Kapag ang bilang na ito ay umabot sa limitasyon, ang iba pang mga nucleon ay, kumbaga, napipilitang umalis sa hanay ng nuclear attraction ng isang ibinigay na nucleon. Bilang resulta ng pag-aari na ito at ang maikling pagkilos ng mga puwersang nuklear, ang dami ng nucleus ay lumalaki sa proporsyon sa bilang ng mga nucleon sa loob nito. Ito ay isang napakahalagang pangyayari, at maaari itong magamit kapag gumagawa ng isang kernel model.
Ang bawat interaksyon sa pagitan ng mga particle sa pisika ay sanhi ng ilang larangan. Halimbawa, ang pakikipag-ugnayan ng electromagnetic ay sanhi ng isang electromagnetic field, at ang mga particle - mga photon - ay tumutugma sa field na ito sa quantum theory. Mula sa punto ng view ng mga photon, ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga sisingilin na particle (halimbawa, sa pagitan ng mga electron) ay itinuturing bilang isang virtual (posible) na palitan ng mga photon: ang isang electron, parang, ay naglalabas ng isang photon, at ang isa pa, ang kalapit na isa, sinisipsip ito, at kabaliktaran. Ang ganitong palitan ng mga photon ay tinatawag na virtual, hindi tunay, dahil pinipigilan ito ng batas ng konserbasyon ng enerhiya na aktwal na maipatupad. Ang konsepto ng pagpapalitan ng butil ay ipinakilala mula sa puro pormal na pagsasaalang-alang: ang quantum mechanical relations na nagpapakilala sa mga interaksyon ay binuo na parang ang mga photon ay ipinagpapalit sa pagitan ng mga particle.
16. Enerhiya ng bono, semi-empirical na formula para sa bono.
Enerhiya ng komunikasyon(Para sa estadong ito system) - ang pagkakaiba sa pagitan ng kabuuang enerhiya estadong nakatali mga sistema ng mga katawan o mga partikulo at ang enerhiya ng estado kung saan ang mga katawan o mga partikulo na ito ay walang katapusan na malayo sa isa't isa at nakapahinga:
kung saan ang nagbubuklod na enerhiya ng mga bahagi sa isang sistema ng mga bahagi ng i (mga partikulo), ay ang kabuuang enerhiya ng i-th na bahagi sa isang hindi nakatali na estado (isang walang katapusan na malayong particle sa pamamahinga), at ang kabuuang enerhiya ng nakatali na sistema.
Para sa isang sistema na binubuo ng walang katapusan na malayong mga particle sa pahinga, ang nagbubuklod na enerhiya ay karaniwang isinasaalang-alang katumbas ng zero, ibig sabihin. Kapag nabuo ang isang nakatali na estado, ang enerhiya ay inilabas. Ang nagbubuklod na enerhiya ay minimal na trabaho, na dapat na gastusin upang mabulok ang system sa mga bumubuo nitong particle at nagpapakilala sa katatagan ng system: mas mataas ang nagbubuklod na enerhiya, mas matatag ang system.
Para sa mga valence electron (mga electron ng mga panlabas na shell ng elektron) ng mga neutral na atom sa ground state, ang nagbubuklod na enerhiya ay tumutugma sa enerhiya ng ionization, para sa mga negatibong ion - na may kaugnayan sa elektron.
Ang chemical bond energy ng isang diatomic molecule ay tumutugma sa enerhiya ng thermal dissociation nito, na nasa order ng daan-daang kJ/mol.
Ang nagbubuklod na enerhiya ng mga hadron ng atomic nucleus ay tinutukoy ng malakas na pakikipag-ugnayan. Para sa light nuclei ito ay ~0.8 MEV bawat nucleon.
Sa modelo ng droplet, ang nucleus ay itinuturing bilang isang spherical drop ng incompressible charged nuclear liquid ng radius R = r 0 A 1/3. Iyon ay, isinasaalang-alang ng nuclear binding energy ang volume, surface at Coulomb energies. Bukod pa rito, ang enerhiya ng symmetry at enerhiya ng pagpapares na higit pa sa mga konseptong puro droplet ay isinasaalang-alang. Sa loob ng balangkas ng modelong ito, posibleng makuha ang semi-empirical na formula ng Weizsäcker para sa nagbubuklod na enerhiya ng nucleus.
E St (A,Z) = a 1 A - a 2 A 2/3 - a 3 Z 2 /A 1/3 - a 4 (A/2 - Z) 2 /A + a 5 A -3/4.
Ang unang termino sa nagbubuklod na enerhiya ng isang nucleus na katulad ng isang likidong patak ay proporsyonal sa mass number A at inilalarawan ang tinatayang constancy ng tiyak na nagbubuklod na enerhiya ng nuclei.
Ang pangalawang termino - ang enerhiya sa ibabaw ng nucleus ay binabawasan ang kabuuang nagbubuklod na enerhiya, dahil ang mga nucleon na matatagpuan sa ibabaw ay may mas kaunting mga bono kaysa sa mga particle sa loob ng nucleus. Ito ay analog pag-igting sa ibabaw.
Ang ikatlong termino sa nagbubuklod na enerhiya ay dahil sa pakikipag-ugnayan ng Coulomb ng mga proton. Sa modelo ng droplet, ipinapalagay na ang electric charge ng mga proton ay pantay na ipinamamahagi sa loob ng isang globo ng radius R = r 0 A 1/3.
Ang ikaapat na termino, ang simetrya na enerhiya ng nucleus, ay sumasalamin sa pagkahilig sa katatagan ng nuclei na may N = Z.
Ang ikalimang termino, ang enerhiya ng pagpapares, ay isinasaalang-alang ang tumaas na katatagan ng mga ground state ng nuclei na may pantay na bilang ng mga proton at/o neutron.
Ang mga coefficient a 1 , a 2 , a 3 , a 4 at 5 na kasama sa formula ay tinatantya mula sa eksperimentong data sa nuclear binding energies, na nagbibigay
a 1 = 15.75 MeV; a 2 = 17.8 MeV; a 3 = 0.71 MeV; a 4 = 94.8 MeV;
17. Alpha at beta decay, ang batas ng radioactive decay.
Beta decay- isang uri ng radioactive decay na dulot ng mahinang interaksyon at pagbabago ng singil ng nucleus ng isa. Sa kasong ito, ang nucleus ay maaaring maglabas ng beta particle (electron o positron). Sa kaso ng paglabas ng elektron ito ay tinatawag na "beta minus" (), at sa kaso ng positron emission ito ay tinatawag na "beta plus decay" (). Bilang karagdagan sa at -decays, kasama rin sa mga beta decay ang pagkuha ng electron, kapag ang nucleus ay nakakuha ng atomic electron. Sa lahat ng uri ng beta decay, ang nucleus ay naglalabas ng electron neutrino (-decay, electron capture) o isang antineutrino (-decay).
Mekanismo ng pagkabulok
Sa -pagkabulok, ang mahinang interaksyon ay nagpapalit ng isang neutron sa isang proton, at isang electron at isang antineutrino ay ibinubuga:
Sa isang pangunahing antas (ipinapakita sa diagram ng Feynman) ito ay dahil sa pagbabago ng isang d quark sa isang u quark na may paglabas ng isang W boson.
Sa -decay, ang isang proton ay nagiging isang neutron, positron at neutrino:
Kaya, hindi katulad -pagkabulok, -pagkabulok hindi maaaring mangyari sa kawalan ng panlabas na enerhiya, dahil ang masa ng
ang isang neutron ay may mass kaysa sa isang proton. -pagkabulok maaari lamang mangyari sa loob ng nuclei kung saan ang absolute value ng binding energy ng daughter nucleus ay mas malaki kaysa sa binding energy ng mother nucleus. Ang pagkakaiba sa pagitan ng dalawang enerhiya na ito ay ginagamit upang baguhin ang isang proton sa isang neutron, positron at neutrino at sa kinetic energy ng mga nagresultang particle.
Sa lahat ng kaso kung saan masiglang posible ang pagkabulok ng β+ (at ang proton ay bahagi ng isang nucleus na may mga shell ng elektron), sinasamahan ito ng proseso ng pagkuha ng elektron, kung saan ang isang electron ng atom ay nakuha ng nucleus na may paglabas ng isang neutrino:
Ngunit kung ang pagkakaiba sa pagitan ng mga masa ng paunang at panghuling mga atomo ay maliit (mas mababa sa dalawang beses ang masa ng elektron, iyon ay, 1022 keV), kung gayon ang pagkuha ng elektron ay nangyayari nang hindi sinamahan ng isang nakikipagkumpitensyang proseso ng pagkabulok ng positron; ang huli sa kasong ito ay ipinagbabawal ng batas ng konserbasyon ng enerhiya.
Kapag ang isang proton at neutron ay bahagi ng isang atomic nucleus, ang mga proseso ng pagkabulok na ito ay nagbabago ng isang elemento ng kemikal sa isa pa. Halimbawa:
(pagkabulok),
(pagkabulok),
(electronic capture).
Hindi binabago ng beta decay ang bilang ng mga nucleon sa nucleus A, ngunit binabago lamang ang singil nito Z. Sa ganitong paraan, isang set ng lahat ng nuclides na may pareho A; ang mga ito isobaric Ang mga nuclides ay maaaring magbago sa isa't isa sa pamamagitan ng beta decay. Kabilang sa mga ito, ang ilang nuclides (kahit isa) ay beta-stable dahil kinakatawan nila ang lokal na minimum ng labis na masa: kung ang naturang nucleus ay may ( A, Z) mga numero, mga kalapit na kernels ( A, Z−1) at ( A,Z+1) ay may mas malaking labis na masa at maaaring mabulok sa pamamagitan ng beta decay sa ( A, Z), ngunit hindi kabaligtaran. Dapat pansinin na ang isang beta-stable na nucleus ay maaaring sumailalim sa iba pang mga uri ng radioactive decay (alpha decay, halimbawa). Karamihan sa mga natural na nagaganap na isotopes sa Earth ay beta-stable, ngunit may ilang mga pagbubukod na may kalahating buhay na napakatagal na hindi pa sila nawawala sa humigit-kumulang 4.5 bilyong taon mula noong nucleosynthesis. Halimbawa, ang 40 K, na nakakaranas ng lahat ng tatlong uri ng beta decay (beta minus, beta plus at electron capture), ay may kalahating buhay na 1.277 10 9 taon.
Ang beta decay ay maaaring isipin bilang isang transisyon sa pagitan ng dalawang quantum mechanical states na hinihimok ng isang perturbation, kaya ito ay sumusunod sa ginintuang tuntunin ni Fermi.
Pagkabulok ng alpha, isang uri ng radioactive decay ng nucleus na nagreresulta sa paglabas ng alpha particle. Sa kasong ito, ang mass number ay bumaba ng 4, at ang atomic number ng 2. Ang pagkabulok ng alpha ay sinusunod lamang sa mabigat na nuclei (Atomic number ay dapat na mas malaki kaysa sa 82, mass number ay dapat na mas malaki kaysa sa 200). Ang alpha particle ay sumasailalim sa isang tunnel transition sa pamamagitan ng Coulomb barrier sa nucleus, kaya ang alpha decay ay isang mahalagang proseso ng quantum. Dahil ang posibilidad ng epekto ng tunneling ay nakasalalay nang malaki sa taas ng hadlang, ang kalahating buhay ng alpha-active nuclei ay tumataas nang malaki sa pagbaba ng enerhiya ng alpha particle (ang katotohanang ito ay ang nilalaman ng batas ng Geiger-Nettol). Kapag ang enerhiya ng alpha particle ay mas mababa sa 2 MeV, ang buhay ng alpha active nuclei ay makabuluhang lumampas sa buhay ng Uniberso. Samakatuwid, kahit na ang karamihan sa mga natural na isotopes na mas mabigat kaysa sa cerium ay sa prinsipyo ay may kakayahang mabulok sa pamamagitan ng channel na ito, ilan lamang sa kanila ang aktwal na naitala ang naturang pagkabulok.
Ang bilis ng paglabas ng alpha particle ay 9400(Nd-144)-23700(Po-212m) km/s. SA pangkalahatang pananaw Ang alpha decay formula ay ang mga sumusunod:
Halimbawa ng alpha decay para sa isotope 238 U:
Ang alpha decay ay maaaring ituring bilang isang limitadong kaso ng cluster decay.
18. Nuclear reactions, nuclear fission reactions.
Reaksyon ng nuklear- ang proseso ng pagbuo ng bagong nuclei o mga particle sa panahon ng banggaan ng nuclei o mga particle. Ang reaksyong nuklear ay unang naobserbahan ni Rutherford noong 1919, na binomba ang nuclei ng mga atomo ng nitrogen na may mga α particle; ito ay nakita sa pamamagitan ng paglitaw ng mga pangalawang ionizing particle na may saklaw sa gas na mas malaki kaysa sa mga α na particle at nakilala bilang mga proton. . Kasunod nito, ang mga litrato ng prosesong ito ay nakuha gamit ang cloud chamber.
Ayon sa mekanismo ng pakikipag-ugnayan, ang mga reaksyong nuklear ay nahahati sa dalawang uri:
§ Ang mga reaksyon sa pagbuo ng isang compound nucleus ay isang dalawang yugto na proseso na nangyayari sa hindi masyadong mataas na kinetic energy ng nagbabanggaan na mga particle (hanggang sa humigit-kumulang 10 MeV).
§ direktang mga reaksyong nuklear na nagaganap sa panahon oras ng nuklear kinakailangan para sa particle na tumawid sa nucleus. Ang mekanismong ito ay pangunahing nagpapakita ng sarili sa mataas na enerhiya ng pagbobomba ng mga particle.
Kung pagkatapos ng banggaan ang orihinal na nuclei at mga particle ay napanatili at walang mga bagong ipinanganak, kung gayon ang reaksyon ay nababanat na pagkalat sa larangan ng mga puwersang nuklear, sinamahan lamang ng muling pamamahagi ng kinetic energy at momentum ng particle at target na nucleus at ay tinawag potensyal na pagkakalat .
Nuclear fission- ang proseso ng paghahati ng atomic nucleus sa dalawa (mas madalas tatlong) nuclei na may magkatulad na masa, na tinatawag na fission fragment. Bilang resulta ng fission, maaari ding lumitaw ang iba pang mga produkto ng reaksyon: light nuclei (pangunahin ang mga alpha particle), neutron at gamma ray. Ang fission ay maaaring kusang-loob (kusang) at sapilitang (bilang resulta ng pakikipag-ugnayan sa iba pang mga particle, lalo na sa mga neutron). Ang fission ng mabigat na nuclei ay isang exothermic na proseso, bilang isang resulta kung saan ang isang malaking halaga ng enerhiya ay inilabas sa anyo ng kinetic energy ng mga produkto ng reaksyon, pati na rin ang radiation. Ang nuclear fission ay nagsisilbing pinagmumulan ng enerhiya sa mga nuclear reactor at mga sandatang nuklear.
Reaksyon ng nuclear fission- ang proseso ng paghahati ng atomic nucleus sa dalawa (mas madalas tatlong) nuclei na may magkatulad na masa, na tinatawag na fission fragment. Bilang resulta ng fission, maaari ding lumitaw ang iba pang mga produkto ng reaksyon: light nuclei (pangunahin ang mga alpha particle), neutron at gamma quanta. Ang fission ay maaaring kusang-loob (kusang) at sapilitang (bilang resulta ng pakikipag-ugnayan sa iba pang mga particle, lalo na sa mga neutron). Ang fission ng mabigat na nuclei ay isang exoenergetic na proseso, bilang isang resulta kung saan ang isang malaking halaga ng enerhiya ay inilabas sa anyo ng kinetic energy ng mga produkto ng reaksyon, pati na rin ang radiation.
Ang nuclear fission ay nagsisilbing pinagmumulan ng enerhiya sa mga nuclear reactor at nuclear weapons.
19. Chain reaction, mga tampok nito.
Chain reaction- isang kemikal at nuklear na reaksyon kung saan ang paglitaw ng isang aktibong particle (free radical o atom sa isang kemikal na proseso, neutron sa isang nuclear process) ay nagiging sanhi malaking numero(chain) ng sunud-sunod na pagbabago ng mga di-aktibong molekula o nuclei. Ang mga libreng radical at maraming mga atomo, hindi katulad ng mga molekula, ay may mga libreng unsaturated valence (hindi paired na electron), na humahantong sa kanilang pakikipag-ugnayan sa orihinal na mga molekula. Kapag ang isang libreng radikal (R) ay bumangga sa isang molekula, ang isa sa mga valence bond ng huli ay nasira at, sa gayon, bilang isang resulta ng reaksyon, isang bagong libreng radikal ay nabuo, na, naman, ay tumutugon sa isa pang molekula - nangyayari ang isang chain reaction.
Kasama sa mga chain reaction sa chemistry ang mga proseso ng oksihenasyon (combustion, explosion), cracking, polymerization at iba pa, na malawakang ginagamit sa industriya ng kemikal at langis.
Sa nuclear chain reaction(na pinangalanan sa pamamagitan ng pagkakatulad sa kemikal) ang mga aktibong particle ay mga neutron, na nagpapasimula ng isa sa mga uri ng mga reaksyong nuklear - nuclear fission. Ang nuclear chain reaction ay ang batayan para sa nuclear power at nuclear weapons.
20. Thermonuclear reaksyon.
Thermonuclear reaksyon- ang pagsasanib ng dalawang atomic nuclei upang bumuo ng bago, mas mabigat na nucleus, dahil sa kinetic energy ng kanilang thermal motion.
Para sa isang reaksyon ng pagsasanib ng nuklear, ang paunang nuclei ay dapat na may medyo mataas na kinetic energy, dahil nakakaranas sila ng electrostatic repulsion dahil positibo ang mga ito.
Ayon sa kinetic theory, ang kinetic energy ng gumagalaw na microparticle ng isang substance (atoms, molecules o ions) ay maaaring kinakatawan bilang temperatura, at samakatuwid, sa pamamagitan ng pag-init ng substance, ang nuclear fusion reaction ay maaaring makamit.
Ang mga reaksyong nuklear ng natural na nucleosynthesis ay nangyayari sa mga bituin sa katulad na paraan.
Ang mga reaksyon ng pagsasanib sa pagitan ng nuclei ng mga magaan na elemento hanggang sa bakal ay nangyayari nang exoenergetically, na nauugnay sa posibilidad na gamitin ang mga ito sa enerhiya, sa kaso ng paglutas ng problema ng pagkontrol ng thermonuclear fusion.
Una sa lahat, kasama ng mga ito ay dapat tandaan ang reaksyon sa pagitan ng dalawang isotopes (deuterium at tritium) ng hydrogen, na karaniwan sa Earth, bilang isang resulta kung saan nabuo ang helium at isang neutron ay pinakawalan. Ang reaksyon ay maaaring isulat bilang:
+ enerhiya (17.6 MeV).
Ang pinakawalan na enerhiya (na nagmula sa katotohanan na ang helium-4 ay may napakalakas na mga nuklear na bono) ay na-convert sa kinetic energy, karamihan kung saan, 14.1 MeV, ang nagdadala ng neutron bilang mas magaan na particle. Ang resultang nucleus ay mahigpit na nakagapos, kaya naman ang reaksyon ay sobrang exoenergetic. Ang reaksyong ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng pinakamababang Coulomb barrier at mataas na ani, kaya ito ay partikular na interes para sa kontroladong thermonuclear fusion.
Ginagamit din ang pagsasanib sa mga sandatang thermonuclear.
Kaugnay na impormasyon.