Особенности квантово –механического описания электрона в потенциальном ящике.

Особенности квантово –механического описания электрона в потенциальном ящике.

Электрон, находясь в потенциальном ящике(потенциал равен 0), сможет иметь только дискретные значения полной энергии Е1,Е2,Е3… величины которых определяет целочисленный параметр n=123, называемый квантовым числом. То есть энергия связанного электрона квантована.

Распределение вероятности нахождения электрона в объеме потенциального ящика (плотность вероятности) определяется его энергетическим состоянием-энергией, которой обладает электрон.

Энергетическое состояние электрона в атоме. Квантовые числа. Атомные орбитали.

Энергетическое состояние электрона - энергия, которой обладает электрон.

Квантовые числа - энергетические параметры, определяющие состояние электрона и тип атомной орбитали, на которой он находится.

Атомная орбиталь- область наиболее вероятного пребывания электрона (электронное облако) в электрическом поле ядра атома (s,p,d,f)

Орбитали многоэлектронных атомов.

Не сильно отличаются от орбиталей атома водорода. Главное отличие - некоторая сжатость орбиталей из-за большего заряда ядра. Кроме того, для многоэлектронных атомов найдено, что для каждого энергетического уровня происходит расщепление на подуровни. Энергия электрона увеличивается в ряду s,p,d,f-орбиталей.

Правила заполнения орбиталей электронами. Спин. Электронная конфигурация атомов.

Связь электронной конфигурации атома с его положением в периодической таблице элементов.

 

Заряд атома соответствует порядковому номеру элемента в ПСХЭ и, в силу электроотрицательности атома, равен числу электрона в нем.

Электроны в электронной оболочке атома располагаются по энергетическим уровням. число электронов равно номеру периода.

Число электронов на внешнем энергетическом уровне равно № группы.

Валентные электроны. Периодический закон Д.И Менделеева и его связь с электронным строением атомов.

Валентные электроны- электроны, принимающие участие в образовании химической связи.

Физико-химические характеристики атомов.

· Радиус атома и иона: ковалентный радиус, ионный радиус

· Энергия ионизации - энергия, которую необходимо приложить к нейтральному невозбужденному атому для удаления электрона на бесконечность.

· Энергия сродства к электрону - энергия, выделяемая или поглощаемая при присоединении электрона к нейтральному невозбужденному атому с образованием отрицательно заряженного иона.

· Электроотрицательность - это характеристика элемента, показывающая способность атома притягивать к себе электронную плотность при образовании химической связи с другим

элементом.

 

2. Химическая связь.

Основные параметры химической связи. Типы химической связи.

Параметры: энергия химической связи; длина хим. связи; угол связи(валентный угол)
Типы хим. связи: ковалентная связь(ковалентная неполярная; ковалентная полярная; ионная связь); металлическая связь; водородная связь или силы Ван-дер-Ваальса

Основные принципы метода валентной связи.

Основные принципы образования химической связи по МВС:

1. Единичная химическая связь образуется общей парой электронов с противоположными (антипараллельными) спинами.
2. Общая электронная пара локализована (сосредоточена) между атомами в направлении максимального перекрывания атомных орбиталей.
3. Энергия связи определяется только силами электростатического взаимодействия электронов и ядер и зависит от величины перекрывания орбиталей.

Типы перекрывания валентных орбиталей. Кратность связи.

Кратность связи определяется количеством электронных пар, связывающих два атома.

При образовании химических связей между двумя атомами в первую очередь образуется сигма-связь. Если атомы имеют дополнительные неспаренные электроны (р-электроны),то кроме сигма-связи может образоваться одна или две п-связи, которые будут располагаться во взаимно перепендикулярных плоскостях.

Могут образоваться: 1)двойная связь (сигма и одна п-связь) 2) тройная (сигма и 3 п-связи)

Метод молекулярных орбиталей. Связывающие и разрыхляющие орбитали.

Энергетические диаграммы двухатомных молекул. Электронные конфигурации молекул.

Полярность связи и дипольный момент молекулы.

Водородная связь.

Водородная связь возникает между молекулами, которые содержат в своей структуре атом водорода и малый по размерам атом элемента с большей электроотрицательностью (кислород, фтор, азот). Из-за разности электроотрицательности связь сильно поляризована, на атомах возникают большие отрицательные и положительные заряды. Небольшой размер атомов позволяет им подходить близко друг к другу при диполь-дипольном взаимодействии. Поэтому энергия взаимодействия намного больше, чем в других случаях. Энергия связи также увеличивается за счет частичного образования ковалентной составляющей связи между взаимодействующими атомами соседних молекул по донорно-акцепторному механизму. Энергия водородной связи порядка 100 кДж/ моль, выше, чем при межмолекулярном взаимодействии (межмолекулярное взаимодействие 10-20 кДж/моль). Водородная связь определяет физические и химические свойства веществ: увеличивается температура плавления и кипения, изменяется плотность вещества.

Ковалентные кристаллы.

В узлах кристаллической решетки атомы ковалентно связаны с ближайшими атомами-соседями, т.е. этот кристалл рассматривается, как одна гигантская молекула. Пример: SiO2 (кварц)

Химическая термодинамика.

Фотохимические реакции.

Фотохимические реакции — химические реакции, которые инициируются воздействием электромагнитных волн, в частности — светом. Примерами фотохимических реакций являются фотосинтез в растениях, распад бромида серебра в светочувствительном слое фотопластинки, превращение молекул кислорода в озон в верхних слоях атмосферы. Основными требованиями для фотохимических реакций являются:

• энергия источника излучения должна соответствовать энергии электронного перехода между орбиталями;
• излучение должно быть способным достичь целевых функциональных групп и не быть заблокированным реактором и другими функциональными группами.

Гетерогенные реакции.

В гетерогенных химических реакциях процесс взаимодействия реагентов протекает на границе раздела фа з (твердое тело газ, твердое тело-жидкость) и включает в себя три стадии:

· Подвод реагирующих веществ к реакционной поверхности;

· Химическая реакция (простая или сложная);

· Отвод продуктов химической реакции от реакционной поверхности.

 

Горение и взрыв.

Быстропротекающие экзотермические реакции химического превращения веществ могут осуществляться в режимах горения или взрыва. При их протекании отдельные части системы имеют различную температуру и различный химический состав. Реакции, возникающие в какой-либо части системы, самоускоряются, достигают максимально возможной скорости и распространяются на всю систему.

При протекании взрывчатых превращений в системе можно выделить три области: область исходных веществ, область химической реакции, область продуктов реакции.

 

Горение- физико-химический процесс, при котором превращение вещества сопровождается интенсивным выделением энергии и тепло- и массообменном с окружающей средой (без взрывной волны)

Взрыв- выделение большого количества энергии в ограниченном объеме вещества за короткий промежуток времени с образованием взрывной волны.

Химическое равновесие.

Электрохимические процессы.

Химические источники тока.

Гальванические элемента различной конструкции используются в качестве химических источников тока (ХИТ ). В ХИТ энергия химических связей в результате протекания самопроизвольной окислительно-восстановительной реакции непосредственно преобразуется в электрическую энергию. При этом происходит расходование компонентов электрохимической системы, которые называются активными материалами. Основные типы ХИТ: 1) первичные гальванические элементы (одноразовые). Активные материалы содержатся непосредственно в составе электрохимической системы. Реакция необратима. 2) вторичные элементы- аккумуляторы (многоразовые). Активные материалы расходуются в процессе работы гальванического элемента, но могут быть регенерированы в результате электролиза. Реакции обратимы. 3) топливные элементы- электрохимическая система, состоящая из газовых электродов. Активные материалы хранятся отдельно от гальванического элемента, а окислитель и восстановитель подводятся в электрохимическую систему раздельно в момент работы. Материал электродов не расходуется. Восстановитель- водород, углеводороды. Окислитель- кислород.

 

 

Коррозия и защита металлов.

Особенности квантово –механического описания электрона в потенциальном ящике.

Электрон, находясь в потенциальном ящике(потенциал равен 0), сможет иметь только дискретные значения полной энергии Е1,Е2,Е3… величины которых определяет целочисленный параметр n=123, называемый квантовым числом. То есть энергия связанного электрона квантована.

Распределение вероятности нахождения электрона в объеме потенциального ящика (плотность вероятности) определяется его энергетическим состоянием-энергией, которой обладает электрон.