Периодический закон и периодическая система Д.И. Менделеева.

Основной закон химии - Периодический закон был открыт Д.И. Менделеевым в 1869 году в то время, когда атом считался неделимым и о его внутреннем строении ничего не было известно.

В основу Периодического закона Д.И. Менделеев положил атомные массы (ранее - атомные веса) и химические свойства элементов.

Периодический закон в формулировке Д.И. Менделеева:

Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов.. Периодическая система элементов отражает электронное строение атомов элемента в виде горизонтальных и вертикальных рядов,периодов и групп. Перид - ряд элементов в пределах которого свойства изменяются последовательно и происходит заполнение одинакового числа энергетических уровней.При этом № периода соответствует числу заполненных уровней.По периоду металлические свой-а элементов ослабевают а не металлические усиливаются .Группы делятся на главную и побочную подгруппы .Подгруппы включают в себя элементы атомы которых имеют общее строение внешнего энергетического уровня.В главную подгруппу входят s и pэлементы,в побочную d и f.В зависимости от того какой подуровень заполняет электрон различают s,p,d,f элементы.S-элементы это металлы 1 и 2 главной подгруппы,кроме водорода и гелия.P-элементы это металлы и неметаллы начиная от 3 главной подгруппы по 8 главную подгруппу.D-элементы это металлы с 1 побочной подгруппы по 8 побочную подгруппу.F-элементы это металлы с 57 по 71 и актиноиды с 89 по 103

4.Периодические свойства химических элементов(энергия ионизации атомов,сродство атома к электрону,электроотрицательность,атомные и ионные радиусы)Изменение их в периодах и группах. Энергияионизации - энергия которая необходимо затратить для отрыва 1 электрона от нейтрального атома.В результате ионизации атомы превращаются в положительно заряженные ионы.Энергия ионизации характеризует восстановительную способность элемента.Чем она меньше тем легче оторвать электрон от атома,тем сильнее выражены металлические свой-а элемента.По периоду энергия ионизации возрастает.В группе сверху вниз энергия ионизации понимается,что обусловленно увеличением размера атома .Сродство к электрону - энергия которая выделяется при соединении электрона к нейтральному атому не металла.Сродство к электрону характеризует окислительную способность электрона,по периоду оно возрастает,в подгруппах уменьшается. Электроотрицательность - способность атомов в соединении притягивать к себе электроны.Меройэлектроотрицательностью считают полусумму энергии ионизации и сродства.Электроотрицательность служит мерой неметалличностиэлемента,чем ниже ее значение тем сильнее вырастают металлические свойства.По периоду возрастает,вгрупахпонижается. Радиус атома: За радиус атома условно принимают половину расстояния между центрами 2х смежных ядер кристаллов.По периоду радиус уменьшается что объясняет увеличение притяжения электрона последнего уровня к ядру по мере возрастания его заряда.В группе сверху вниз радиус возрастает в связи с повышением числа энергетических уровней.

 

 

5. виды химической связи, параметры хим связи. Энергетическая диаграмма при образовании хим связи: ковалентная, ионная, водородная, металлическая – виды. Параметры химической связи

1.Энергия связи. Химическая связь возникает лишь в том случае, если полная энергия взаимодействующих атомов уменьшается, т.е. при образовании связи должна всегда выделяться энергия.

Количество энергии, выделяющейся при образовании химической связи, называется энергией связи EСВ (кДж/моль). 2.Длина связи:Расстояние между химически связанными атомами называют длиной связи.

Она зависит от размеров электронных оболочек и степени их перекрывания. С уменьшением длины связи обычно растет энергия связи и устойчивость молекул. Например, в ряду от HF до HI длина связи растет, а ее энергия уменьшается.3.Валентный угол – угол, образуемый линиями, проходящими через ядра атомов. Из энергетической диаграммы Li2 следует, что порядок связи n =(2-0)/2 = 1; молекула диамагнитна, так как не имеет неспаренных электронов.

Основные положения метода МО:

а)образование химических связей является результатом перехода электронов с АО на новые, называемые МО, и обладающие энергией, определяемой всеми атомами вещества;

б) каждой МО соответствует определенная энергия, приближенно характеризуемая энергией удаления электронов с данной МО, энергией ионизации;

в)электроны не локализованы в межъядерном пространстве и могут перемещаться в электрическом поле нескольких ядер;

г)состояние каждого электрона описывается одноэлектронной молекулярной волновой функцией, характеризуемой определенным набором квантовых чисел.

Эта функция представляет собой область наиболее вероятного пребывания электрона определенной энергии в поле действия всех ядер МО;

д)распределение электронов по новым энергетическим уровням или МО производится в соответствии с принципом наименьшей энергии, правилами Паули и Гунда;

е)если переход электронов на МО энергетически выгоден, то есть приводит к понижению энергии системы по сравнению с суммарной полной энергией взаимодействующих атомов, то химическая связь возникает. Если переход электронов на МО связан с затратой энергии, то химическая связь не образуется;

ж)распределение электронов по МО называется электронной конфигурацией.

Молекулярные орбитали, образующие σ-связи формируются при перераспределении s-, px- АО, а π-МО появляются при перекрывании py-,pz- AO.

Разрыхляющие МО обозначаются σ* и π*. Взаимодействовать с образованием МО будут только те АО, которые удовлетворяют следующим требованиям:

- энергии комбинируемых АО должны быть близки;

- АО должны взаимно перекрываться;

- АО должны иметь одинаковую симметрию относительно межъядерной оси.

Образование молекулярныхорбиталей можно представить в виде энергетической диаграммы.

 

 

6. Свойства ковалентной вязи. Метод валентных связей. Химическая связь образованная путем обобщения пары электронов 2я атомами называется ковалентной связью. Метод валентных электронов: 1) Химическая связь образуется как результат образования общей электронной пары принадлежащей двум атомам.Общая электронная пара может образоваться а)по обменному механизму когда каждый атом неспаренный электрон.б)по сонорно-акцепторному механизму,когда 1 из атомов предоставляет электрону пару а другой вакантную орбиталь на которой эта пара может разместиться.2)Хим.связь образуется лишь при взаимодействии электрона с антипараллельными спинами.3)Ковалентная связь тем прочнее чем в большей степени перекрывается взаимодействие электронного облака.

 

7. Ионная связь. Водородная связь. Ионная связь, ее свойства. Ионная связь осуществляется за счет взаимного притяжения противоположно заряженных ионов в химическом соединении.Ионная связь возникает лишь в случае большой разности относительных электроотрицательных атомов элементов.Ионная связь необладаетнаправленностью,поскольку электрическое поле создаваемое ионом имеет сферическую симметрию.Ионная связь необладает насыщенностью т.к.к одному иону можит присоединиться любое число ионов противоположного знака.Ионы бывают простыми т.е состоят из атомов одного элемента(Mg,S)а также и сложные состоят из атомов двух или более элементов(SO4)Ионные молекулы склонны к ассоциации т.е к соединению друг с другом.В обычных условиях ионные соединения это кристаллические вещества каждый кристалл состоит из огромного числа ионов,только в парообразном состояние ионные соединения состоят из отдельных молекул.Чем больше разность электроотрицательностей для данной пары атомов тем больше ионность связи.

Водородная связь осуществляется между атомами водорода химически связанном в одной молекуле и атомом фтора,кислорода,азота,хлора,принадлежащей другой или той же молекуле.Водородная связь проявляется тем сильнее чем больше элетроотрицательность и меньше размер атома партнера.Если водородная связь образуется между разными молекулами,то она называется межмолекулярной.Если водородная связь образуется между двумя функциональными группами одной и тойже молекулы она называется внутримолекулярной. Молекулы с внутримолекулярными водородными связями не могут вступать в межмолекулярную водородную связь.Вещества с такими связями имеют более низкую температуру кипения и температуру плавления,вязкость.

Металлическая св. св-ва. химическая связь, которая обусловлена взаимодействием положительных ионов металлов, составляющих кристаллическую решётку, с электронным газом из валентных электронов. наличие свободных электронов (электронного газа) у веществ с металлической связью проводит к тому, что эти вещества обладают высокой электро- и теллопроводностью, имеют металлический блеск, пластичны (их можно ковать, деформировать без разрушения металлической связи). Большинство металлов твёрдые, причём температура плавления напрямую связана с прочностью или особенностями металлической связи.

8. Теория гибридизиции. Виды. Формулы молекул. Гибридизация орбиталей — гипотетический процесс смешения разных (s, p, d, f) орбиталей центрального атома многоатомной молекулы с возникновением одинаковых орбиталей, эквивалентных по своим характеристикам. Виды гибридизации:

sp-гибридизация Происходит при смешивании одной s- и одной p-орбиталей. Образуется две равноценные sp-атомные орбитали, расположенные линейно под углом 180 градусов и направленные в разные стороны от ядра атома углерода. Две оставшиеся негибридные p-орбитали располагаются во взаимно перпендикулярных плоскостях и участвуют в образовании π-связей, либо занимаются неподелёнными парами электронов. sp2-гибридизация Происходит при смешивании одной s- и двух p-орбиталей. Образуется три гибридные орбитали с осями, расположенными в одной плоскости и направленными к вершинам треугольника под углом 120 градусов. Негибридная p-атомная орбиталь перпендикулярна плоскости и, как правило, участвует в образовании π-связей

sp3-гибридизация Происходит при смешивании одной s- и трех p-орбиталей, образуя четыре равноценные по форме и энергии sp3-гибридные орбитали. Могут образовывать четыре σ-связи с другими атомами или заполняться неподеленными парами электронов.

Оси sp3-гибридных орбиталей направлены к вершинам правильного тетраэдра. Тетраэдрический угол между ними равен 109°28', что соответствует наименьшей энергии отталкивания электронов. Так же sp3-орбитали могут образовывать четыре σ-связи с другими атомами или заполняться неподеленными парами электронов.Такое состояние характерно для атомов углерода в насыщенных углеводородах и соответственно в алкильных радикалах и их производных. Простейшая формула. Может быть получена опытным путем через определение соотношения химических элементов в веществе с применением значений атомной массы элементов. Так, простейшая формула воды будет H2O, а простейшая формула бензола CH (в отличие от C6H6 — истинной, см. далее). Атомы в формулах обозначаются знаками химических элементов, а относительное их количество — числами в формате нижних индексов.

9.Термохимия. Основные понятия: тепловой эффект. Энтальпия. Энтропия. Внутренняяэнергия. Работа. Виды термодинамических систем. ТЕРМОХИМИЯ, раздел химической термодинамики, включающий определение теплового эффекта реакции и установление его зависимости от физ.-хим. параметров. энтропия – количественная мера хаотичности системы.

Осознание понятия термодинамической энтропии, количественнохарактеризующей хаос, утвердила и сам хаос как одно из объективныхкачеств окружающего нас физического мира, равнозначное таким его

характеристикам, как энергия, масса, объем, давление. Энтальпия -общий запас энергии системы включающий все виды энергии движения и взаимодействия частиц.При постоянном давлении тепловой эффект реакции изменению энтальпии(дельта Н).Стандартным состоянием вещ-а называют такое его агрегатное состояние которое устойчиво при 25 градусах и давлению101,3 КП. Вну́тренняяэне́ргия (обозначается как E или U) — это сумма энергий молекулярных взаимодействий и тепловых движений молекул. Внутренняя энергия является однозначной функцией состояния системы. Под тепловым эффектом реакции понимается количество теплоты, выделяющейся или поглощающейся при неизменных V и T или при неизменных p и T и при условии, что системой может производиться работа расширения, а dL* = 0. современной физике существует следующая классификация термодинамических систем по признаку их возможности обмена энергией и веществом с окружающей средой или с другими системами:

а) Система открытая, если возможен обмен энергией и веществом.

б) Система закрытая, если обмен энергией возможен, а обмен веществом невозможен.

Закрытые системы дополнительно подразделяются по признаку возможности осуществления энергообмена следующим образом:

а) Система замкнутая, если энергообменвозможен, но работа над системой не совершается.

б) Система адиабатная, если полностью отсутствует энергообмен системы с окружающей средой.

в) Система изолированная, если невозможен обмен системы с окружающей средой ни энергией, ни веществом.

10. Закон Гесса и следствия из него. Экзо- эндо термические реакции. Стандартные теплоты образования веществ. закон термохимии(Гесса): тепловой эффект химического процесса зависит только от начального и конечного состояния химической системы и не зависит от пути процесса,т.е числа и последовательности промежуточных стадий.(дельта Н1=дельта Н2+дельта Н3)Из закона Гесса следует что эльтапия реакции = разности сумм энтальпии образования конечных и исходных веществ с учетом коэффициентов.Реакции протекающие с выделением тепла,тоесть с понижение дельта Н < 0,называется экзотермические.C+O2=CO+Q.Реакции протекающие с поглощением теплоты,тоесть с повышением дельта Н,дельта Н >0,называют эндотермическими.CfCO3=CfO+CO2-Q.При изохорном процессе объем системы остается постоянным.Такие процессы реализуются в герметично закрытых или запаянных сосудах,специальных герметичных реакторах-автоклавах.В ходе процесса не производится работа расширения против внешнего давления,тогда дельта Q_v=дельта U, где дельта Q_v- теплота,поглощенная системой в изохорном процессе.Вся подводимая или отводимая теплота идет на изменение внутренней энергии системы.Изобарный процесс это термодинамический процесс,протекающий в системе при постоянном давлении.Простейшие примеры изобарных процессов-нагревание воды в открытом сосуде.В этом случае давление =атмосферному.Если изобарный процесс происходит настолько медленно,что давление в системе можно считать постоянным и =внешнему давлению,а температура меняется так медленно что в каждый момент времени сохраняется термодинамическое равновесие,то изобарный процесс обратим.Для осуществления изобарного процесса к системе надо подводить или отводить теплоту,которая расходуется на работу расширения и изменение внутренней энергии.

 

 

 

 

11.Энтропия. Изобарно-изотермический потенциал Частицам присуще стремление к беспорядочному движению,поэтому система стремится перейти из более упорядоченного состояния в менее упорядоченное.Количественной мерой беспорядка является энтропия (S).При переходе системы из более упорядоченного в менее упорядоченное состояние энтропия возрастает.В кристаллическом состоянии энтропия будет минимальной.При переходе от кристаллического состояния к жидкому и далее к газообразному энтропия будет повышаться. .Изобарный процесс это термодинамический процесс,протекающий в системе при постоянном давлении.Простейшие примеры изобарных процессов-нагревание воды в открытом сосуде.В этом случае давление =атмосферному.Если изобарный процесс происходит настолько медленно,что давление в системе можно считать постоянным и =внешнему давлению,а температура меняется так медленно что в каждый момент времени сохраняется термодинамическое равновесие,то изобарный процесс обратим.Для осуществления изобарного процесса к системе надо подводить или отводить теплоту,которая расходуется на работу расширения и изменение внутренней энергии.

Изобарно-изотермический потенциал является термодинамическим потенциалом и характеристической функцией при независимых переменных Т и р (где Т — абсолютная температура, р — давление).

2. В равновесном изотермическом изобарном процессе убыль изобарно-изотермического потенциала равна всей работе, произведенной системой, за вычетом работы против внешнего давления.

 

12. Скорость реакции. Понятие, расчет скорости реакции в гомогенных и гетерогенных системах. Скорость химической реакции -изменение количества вещ-а в единицу времени в единицу реакционного пространства.Скорость реакции зависит от природы вещ-а ее концентрации,температуры,давления газов и присутствующих в системе катализаторов.Для того чтобы произошла реакция необходимо столкновение реагирующих частиц.При одной и тойже температуре число столкновений растет с повышением числа частиц в единицы объема тоесть с повышением концентрации.Зависимость скорости реакции от концентрации осуществляется законом действующих масс: при постоянной температуре скорость реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях численно равным коэффициентам в уравнении реакции.Константа скорости реакции зависит от природы реагирующих веществ и температуры,но не зависит от концентрации реагентов.Для гетерогенных реакций концентрация твердого или жидкого вещ-а реагирующего с газом остается постоянной и не входит в выражение скорости реакции.CaO2(тв)=CaO(тв)+СO2(г).Скорость гомогенных реа-й может быть опред.количеством вещ-а,образующимся или расходующимся в единицу времени в единицу объема.

Гомогенные системы состоят из одной фазы. Гетерогенные из 2х фаз или более фаз разграничивающих поверхность раздела..сущность химической реакции сводится к разрыву связей в исходных веществах и возникновению связей в продуктах реакции.

 

13. Влияние на скорость реакции концентрации. Температуры, природно - реагирующих веществ, катализатора. Скорость реакции зависит от природы вещ-а ее концентрации,температуры,давления газов и присутствующих в системе катализаторов.Для того чтобы произошла реакция необходимо столкновение реагирующих частиц.При одной и тойже температуре число столкновений растет с повышением числа частиц в единицы объема тоесть с повышением концентрации.Зависимость скорости реакции от концентрации осуществляется законом действующих масс: при постоянной температуре скорость реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях численно равным коэффициентам в уравнении реакции.Константа скорости реакции зависит от природы реагирующих веществ и температуры,но не зависит от концентрации реагентов.Для гетерогенных реакций концентрация твердого или жидкого вещ-а реагирующего с газом остается постоянной и не входит в выражение скорости реакции.CaO2(тв)=CaO(тв)+СO2(г).Скорость гомогенных реа-й может быть опред.количеством вещ-а,образующимся или расходующимся в единицу времени в единицу объема.