2. От атома – к молекуле

2.1. Строение и общая характеристика атомов

Химия изучает строение, свойства и закономерности превращений, обусловленных пререраспределением электронов между взаимодействующими атомными и молекулярными частицами. По этой причине важно установить связь между строением атомов каждого элемента и его положением в таблице Д.И. Менделеева.

Ядро состоит из протонов и нейтронов. Протоны заряжены положительно, а нейтроны – отрицательно. Вокруг ядра вращается столько электронов, имеющих, как известно, отрицательный заряд, сколько содержится протонов в ядре. Электроны располагаются слоями, называемыми энергетическими уровнями (K, L, M и т.д.). Последние, в свою очередь, подразделяются на подуровни (s, p, d, f) (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Энергетическая диаграмма первых трех атомных
уровней и соответствующих подуровней.

В первом слое – одна орбиталь (1s); во втором – два подуровня (s, p) и четыре орбитали (2s, 2p_x, 2 p_y, 2p_z); в третьем слое – 3 подуровня (s, p, d) и 9 орбиталей.

Таблица Д.И. Менделеева – это последовательность элементов, в которой атом каждого последующего элемента содержит на один электрон больше, чем атом предыдущего. Номер главной подгруппы, к которой относится элемент, указывает на количество электронов на последнем энергетическом уровне атома. Номер же периода укажет нам, каким по счету от ядра является этот энергетический уровень.

В плане фундаментальной теоретической подготовки важно научиться “читать” таблицу Д.И. Менделеева, несущую в себе информацию не только о строении атомов, но и об их валентных возможностях, о природе образуемых ими связях, способности принимать и отдавать электроны (то есть об окислительно-восстановительных свойствах), о соотношении металлических и неметаллических свойств.

Особое внимание следует обратить на общие признаки и различия в строении и свойствах атомов элементов, родственных по группам: кислород – сера, азот – фосфор, фтор – хлор, углерод – кремний и т.д. Метод сравнения создает предпосылки для развития логического мышления.

Контрольные задания (1-16) (табл. 2.1)

1-16. Представьте в виде электронных диаграмм строение атомов, указанных в вашем задании. Дайте сравнительную характеристику указанных элементов, относящихся к одной группе или периоду, а именно: валентных возможностей (на примерах конкретных соединений), энергии ионизации, сродства к электрону, электроотрицательности, окислительно-восстановительных свойств.

Таблица 2.1

2.2. Теория химической связи

Электроны внешнего слоя атома, которые участвуют в образовании связей, и соответствующие атомные орбитали, на которых они находятся, называются валентными. Заметим, однако, что у переходных элементов (побочных подгрупп) в образовании связей могут быть задействованы электроны и орбитали предпоследнего слоя.

Атомная орбиталь – (АО) – это область околоядерного пространства, в которой наиболее вероятно пребывание одного или двух электронов с антипараллельными спинами (электромагнитными векторами ( )).

Атомная орбиталь характеризуется формой, осью симметрии, направленностью в пространстве и энергией. s-Орбиталь имеет форму шара, р -орбиталь – форму гантели (восьмерки), а d-орбиталь – форму четырехлепесткового цветка.