Физический смысл магнитного и спинового квантовых чисел.

Физический смысл магнитного квантового числа заключается в следующем. В спектрах атомов, помещенных во внешнее магнитное поле, обнаруживается дополнительное расщепление спектральных линий. Возникновение новых близколежащих линий свидетельствует о том, что в магнитном поле энергия электронов изменяется. Но это возможно только в случае различной взаимной ориентации электронных облаков. Обнаружилось, что все s-подуровни в несильном постоянном магнитном поле не расщепляются. Это говорит о том, что s-электронное облако имеет шаровую симметрию (рис. 2.3, а). р-подуровни расщепляются в магнитном поле на три близкие линии. Это указывает на три различных типа ориентации р-облаков в пространстве. Расчеты показывают, что область максимального значения квадрата волновой функции р-орбиталей имеет форму, напоминающую гантель. Так как возможны три различных направления р-орбиталей в пространстве, то удобно их расположить вдоль координатных oceй и обозначить рx, ру и рz.бd-подуровень дает в магнитном поле пять близколежащих линий, что указывает на пять различных способов их ориентации в пространстве. Форма d-облаков значительно сложнее формы р-облаков. Четыре d-облака схожи по внешнему виду между собой, каждое из них как бы составлено из двух расположенных под прямым углом гантелей.

Спиновое квантовое число (спин электрона) в первом приближении характеризует собственное (не орбитальное) внутреннее движение электрона

2) При повышении температуры в значительной степени увеличивания скорость химических реакций. Это увеличение можно характеризовать при помощи температурного коэффициента скорости реакции, который представляет собой отношение констант скоростей при изменении температуры на 10°. По приближенному правилу (эмпирическое правило Вант Гоффа) повышение температуры на 10° вызывает увеличение скорости реакции примерно в 2 — 4 раза. Более точно зависимость скорости реакции от температуры выражается уравнением Аррениуса. Уравнение показывает, что логарифм отношения констант на­ходится в линейной зависимости от величины, обратной темпера­туре (1/Т). Экспериментальные исследования показывают, что, пользуясь уравнением Аррениуса, можно достаточно точно опре­делить действительные изменения скорости реакций с изменением температуры. Таким образом, для химических процессов, протекающих в организме, выявляется так называемый «температурный оптимум», который для теплокровных животных лежит в интервале при­мерно 36—42° С.

Возрастание скорости реакции с ростом температуры принято характеризовать температурным коэффициентом ско­рости реакции — числом, показывающим, во сколько раз воз­растает скорость данной реакции при повышении температуры си­стемы на 10 градусов. Температурный коэффициент различных реакций различен. При обычных температурах его значение для большинства реакций лежит в пределах от 2 до 4. Это на первый взгляд небольшое значение температурного коэффициента обусловливает, однако, большое возрастание скорости реакции при значительном повышении температуры. Например, если темпера­турный коэффициент равен 2,9, то при возрастании температуры на 100 градусов скорость реакции увеличивается на 2,9'°, т. е, приблизительно в 50000 раз.

Правило Вант-Гоффа — эмпирическое правило, позволяющее в первом приближении оценить влияние температуры на скорость химической реакции в небольшом температурном интервале -(обычно от 0 °C до 100 °C). Поскольку объем (разбавление) обратно пропорционален концентрации, то закон Вант-Гоффа можно записать в виде

Уравне́ние Арре́ниуса устанавливает зависимость константы скорости химической реакции от температуры .

Билет №7.

1. Правило Клечковского (также Правило n+l; также используется название правило Маделунга) — эмпирическое правило, описывающее энергетическое распределение орбиталей в многоэлектронных атомах.

Правило Клечковского гласит:

Заполнение электронами орбиталей в атоме происходит в порядке возрастания суммы главного и орбитального квантовых чисел ~n+l. При одинаковой сумме раньше заполняется орбиталь с меньшим значением ~n.

Пример: заполнение Скандия:
Что должно заполняться первый 3d-или 4s-подуровне?

Подсчитаем сумму:
3d ^ (n = 3; l = 2, Z = 5); 4s ^ (n = 4; l = 0; Z = 4). Итак, 4s-подуровень должен заполняться раньше, чем 3d-.

В зависимости от того, какой подуровень последним заполняется электронами, все элементы делят на s-, p-, d-, f- семейства.

1. У элементов s-семейства (или s-элементов) заполняется электронами s-подуровень внешнего уровня. К ним относятся первые два элемента каждого периода. Например, согласно правилу Клечковского, электронная формула элемента четвертого периода кальция имеет вид:

20Ca 1s22s22p63s23p64s2 – это s-элемент.

2. У элементов p-семейства (или p-элементов) заполняется электронами p-подуровень внешнего уровня. Это последние шесть элементов каждого периода. Например, по правилу Клечковского, электронная формула элемента четвертого периода галлия имеет вид:

31Ga 1s22s22p63s23p64s23d10 4p1 – это p-элемент.

3. У элементов d-семейства (или d-элементов) заполняется электронами d-подуровень второго снаружи уровня, а на внешнем уровне остается один или два (s) электрона (у Pd – ноль). К ним относятся элементы вставных декад больших периодов, расположенных между s и p-элементами (их также называют переходными элементами). Например, по правилу Клечковского, электронная формула элемента пятого периода иттрия имеет вид:

39Y 1s22s22p63s23p64s23d10 4p65s24d1 – это d-элемент

4. У элементов f-семейства (или f-элементов) заполняется электронами f-подуровень третьего снаружи уровня, а на внешнем уровне остается два s-электрона. Это лантаноиды и актиноиды.Например, по правилу Клечковского, электронная формула лантаноида неодима имеет вид:

60Nd 1s22s22p63s23p64s23d10 4p65s2 4d10 5p6 6s24f4 – это f- элемент

Скорость химических реакций может возрастать не только при

увеличении концентрации реагирующих веществ или температуры

системы, но и под влиянием катализаторов.

Катализатором называется вещество, изменяющее скорость

химической реакции, но в результате реакции остающееся без

изменений.

Процесс изменения скорости реакции за счет введения

катализатора называется катализом, а реакции называются

каталитическими.

Положительным считается катализ, приводящий к ускорению

химической реакции, а отрицательным – приводящим к замедлению

химической реакции.

Катализ гомогенный, если катализатор и реагирующие вещества

находятся в одной фазе (газы, раствор).

Пример: А + В = АВ; SO2 (г) + 1/2O2 (г) = SO3 (г) (медленно).

Катализ гетерогенный, если реагирующие вещества и

катализатор образуют систему из разных фаз. В этом случае между

катализатором и реагирующими веществами существует поверхность 106

раздела. Обычно катализатор – твердое вещество, а реагирующие

вещества – газы или жидкость.

Пример: 2HJ → H2 + J2

Изменение скорости катализируемой гомогенной реакции за

счет снижения энергии активации ее отдельных стадий можно

рассмотреть на следующем примере. Допустим, между веществами А

и В возможно взаимодействие с образованием соединения АВ (G˂0):

А + В → А … В → АВ (медленно).активированный комплекс

Но в силу высокой энергии активации эта реакция протекает с

очень малой, практически равной нулю скоростью. Пусть, с другой

стороны, найдено такое третье вещество К (катализатор), которое

легко вступает во взаимодействие с А (в силу другой природы

реагирующих веществ, а следовательно, другой, меньшей, энергии

активации), образуя соединение АК:

А + К → А … К → АК (быстро). Активированный комплекс

Соединение же АК легко взаимодействует с веществом В

(опять-таки в силу иной природы веществ и малой энергии

активации), образуя вещества АВ и К:

В + АК → В…АК → АВ + К (быстро).

активированный

комплекс

Суммируя два последних уравнения, получим

А + В → АВ,

т.е. в результате реакции катализатор остался без изменения.

БИЛЕТ 8.

1.1 \1.2 Многоэлектронный атом. Принцип Паули

В многоэлектронном атоме, заряд которого равен Ze, электроны будут занимать различные «орбиты» (оболочки). При движении вокруг ядра Z-электроны располагаются в соответствии с квантово-механическим законом, который называется принципом Паули (1925 г.). Он формулируется так:

n, орбитального /, магнитного m и магнитного спинового m_s.

² электронов.

Значит, на первой оболочке («орбите») могут находиться только 2 электрона, на второй – 8, на третьей – 18 и т. д.

Таким образом, совокупность электронов в многоэлектронном атоме, имеющих одно и то же главное квантовое число n, называют электронной оболочкой. В каждой из оболочек электроны располагаются по подоболочкам, которые соответствуют определенному значению /. Так как орбитальное квантовое число l принимает значения от 0 до (п – 1), число подоболочек равно порядковому номеру оболочки п. Количество электронов в подоболочке определяется магнитным квантовым числом m_l и магнитным спиновым числом m_s.

Принцип Паули сыграл выдающуюся роль в развитии современной физики. Так, например, удалось теоретически обосновать периодическую систему элементов Менделеева. Без принципа Паули невозможно было бы создать квантовые статистики и современную теорию твердых тел.

1.3 Максимальное число электронов, которое может находиться на определенном энергетическом уровне, можно вычислить по формуле 2n₂, где n - номер энергетического уровня. А максимальное количество электронов на энергетическом подуровне (орбитали) определяется по формуле 2(2l+1), где (2l+1) – число орбиталей на подуровне, соответствующее числу m_l, а коэффициент 2 учитывает спиновое число электронов

2.1 Химическое равновесие устанавливается в гомогенной и гетерогенной средах. В гомогенной среде (газовая смесь, растворы) константу равновесияможно выразить через концентрации реатирующих веществ, парциальные давления, мольные доли, летучести и активности.   Равновесие гетерогенных процессов определяется константой равновесия химических реакций, законом распределения компонентовмежду фазами и правилом фаз. Равновесие между исходными реагентами ипродуктами химической реакции, происходящей в одной из фаз, определяется константой равновесия Кр, Кс или Kw так же, как и для гомогенных процессов.

Дата добавления: 2015-08-17