АТОМЫ, КРИСТАЛЛЫ, ИХ СВОЙСТВА Атомистические теории Лектор Периодический закон Д.И. Менделеева КРИСТАЛЛЫ ПУСТОТЫ ЗАДАЧИ Теория строения атома • Атомистическая теория Демокрита ( V в. До н.э.): • - в основе всего сущего лежат неделимые атомы и пустота; • - атом -мельчайшее «неделимое» тело, не подверженное никаким изменениям 2 Теория строения атома • Основные положения теории Дж. Дальтона (начало 19 века): • 1. Все вещества состоят из большого числа атомов (простых или сложных). • 2. Атомы одного вещества полностью тождественны. Простые атомы абсолютно неизменны и неделимы. • 3. Атомы различных элементов способны соединяться между собой в определённых соотношениях. • 4. Важнейшим свойством атомов является атомный вес. 3 Теория строения атома • 1897 г. Открытие электрона (Джозеф Джон Томсон) • 1919 г. Открытие протона (Эрнест Резерфорд) • 1932 г. Открытие нейтрона (Джеймс Чедвик) 14 N + 4 He = 17 O + 1 p 7 2 8 1 9 Be + 4 He = 12 C + 1 n 4 2 6 0 4 Д. И. Менделеев (8 февраля 1834 г. – 2 февраля 1907 г.) Всего более четыре предмета составили мое имя: •периодический закон, •исследование упругости газов, •понимание растворов как ассоциации и •«Основы химии». Тут все мое богатство. Оно не отнято у когонибудь, а произведено мною. .. И.Е. Репин. «Д.И. Менделеев» Д.И. Менделеев «К познанию России» По-видимому, периодическому закону будущее не грозит разрушением, а только надстройки и развитие обещает … Периодический закон «Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости (или, выражаясь алгебраически, образуют периодическую функцию) от величины атомных весов элементов». МЕНДЕЛЕЕВ Дмитрий Иванович (8.02.1834 - 2.02.1907) 6 Атомные массы и периодическая система химических элементов • Менделеев учитывал, что для некоторых элементов атомные массы могли быть определены неточно (пример – бериллий). • Исключения в порядке возрастания масс атомов с ростом атомного номера (особенности изотопного состава элементов): Cl − 35,5 Ar − 39,9 Fe − 55,8 Co − 58,9 Sb − 121,8 Te − 127,6 Ac –- 227,0 Th – 232,0 K − 39,1 Ni − 58,7 I − 126,9 Pa – 231,0 7 Предсказание химических элементов Д.И. Менделеев оставил в таблице пустые места для еще не открытых элементов (экабор, экаалюминий, экасилиций, экамарганец и двимарганец), которые были заполнены в последующие десятилетия (элементы скандий, галлий, германий, технеция, рения и др.). скандий галлий кремний 8 Периодический закон сегодня: "Свойства химических элементов, а также образуемых ими простых и сложных веществ находятся в периодической зависимости от заряда ядра". Заряд ядра атома определяет число электронов. Электроны заселяют атомные орбитали таким образом, что строение внешней электронной оболочки периодически повторяется. Это выражается в периодическом изменении химических свойств элементов и их соединений. 9 Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og 10 Словацкий Технологический Университет 11 ОПРЕДЕЛЕНИЯ АТОМ – мельчайшая частица вещества, сохраняющая его физические и химические свойства. ИОН – атом, отдавший электроны -- катион --- или приобретший электроны – анион. РАДИКАЛ – атом, имеющий неспаренные электроны. ЭЛЕМЕНТ – совокупность атомов с одним и тем же зарядом ядра. КРИСТАЛЛ – твердое вещество, структурные единицы в котором расположены в пространстве упорядоченно, в отличие от аморфных тел. Структурные единицы в кристалле связаны металлическими, ковалентными, ионными, или межмолекулярными связями. 12 ТИПЫ ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ Структуры и их характеристики Тип кристалла М Физические свойства Тип Структ. связ единица и пример М Na, Zn, Cu, Ag, сплавы Атом М - металлический Т-ра Пл. Тв-сть Эп рримость П сплавы D D Ковкие П - проводник D – диапазон значений 13 СТРУКТУРЫ МЕТАЛЛОВ Cu Атомы в вершинах кубической ячейки и в центрах всех ее граней Аналогичную структуру имеют Ca, Sr, -Fe, Rh, Ir, Pd, Pt, Au, Ag, Al, Ac, Th 14 ТИПЫ ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ Структуры и их характеристики Тип кристалла К Физические свойства Тип Структ. связ пример единица и Атом К Si, ZnS, TiO2, BN Т-ра Пл. В Тв-сть Т Эп р-римость Д П/п Малорастворимые К - ковалентный В – высокая Т- твердый Д– диэлектрик, п/п 15 СТРУКТУРЫ ПРОСТЫХ ВЕЩЕСТВ-НЕМЕТАЛЛОВ Атомы C в вершинах кубической Алмаз ячейки, в центрах ее граней и в центрах четырех из восьми октантов (в шахматном порядке). Аналогичную структуру имеют Si, Ge, -Sn 16 ТИПЫ ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ Структуры и их характеристики Тип кристалла И Физические свойства Тип Структ. связ пример единица и Ион И NaCl, CsCl, NaH Т-ра Пл. Тв-сть Эп р-римость В В И - ионный В – высокая Т- твердый Т П полярных р-лях П – проводник в расплаве 17 СТРУКТУРЫ ТИПА AX2 CaF2 Атомы Ca в вершинах кубической ячейки и в центрах всех ее граней; атомы F в центрах всех восьми октантов. Аналогичную структуру имеют ThO2, Li2O, Na2O, Na2S Число атомов Ca: 8/8 +6/2 = 4 Число атомов F: 8 18 Некоторые ионные кристаллы 19 ТИПЫ ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ Структуры и их характеристики Тип кристалла Структ. единица Тип связ и Физические свойства Т-ра пример Пл. Тв-сть Эп р-римость В неполярмолекулярный Молекула Н – низкая КОВ. ММВ Ar, I2, CO2 М- мягкий Н М Д ных р-лях Д – диэлектрик 20 МОЛEКУЛЯРНАЯ СТРУКТУРА CO2 Гранецентрированная кубическая решетка 21 22 ОКТАЭДРИЧЕСКИЕ И ТЕТРАЭДРИЧЕСКИЕ ПУСТОТЫ В КУБИЧЕСКОЙ ПЛОТНЕЙШЕЙ УПАКОВКЕ Число октаэдрических пустот: 12/4 + 1 = 4 Число тетраэдрических пустот 8 23 Определите формулу соединения, если атомы A занимают 3/4 октаэдрических пустот, атомы В – 1/4 тетраэдрических пустот, атомы Х образуют кубическую плотнейшую упаковку. Число атомов Х: 8/8 + 6/2 = 4 Число атомов A: 4 x 3/4 = 3 Число атомов B: 8 x 1/4 = 2 A3B2X4 24 ОПРЕДЕЛИТЬ СОСТАВЫ СОЕДИНЕНИЙ Cu2O 25 ОПРЕДЕЛИТЬ СОСТАВЫ СОЕДИНЕНИЙ Cu2O K2[PtCl6] KClO4 26 Определите состав соединения KxC60, если известно, что анионы образуют плотнейшую кубическую упаковку, в которой все тетраэдрические и октаэдрические пустоты заняты катионами калия. Число атомов K: (12/4 + 1) + 8 = 12 Число анионов С60 = 8/8 + 6/2 = 4 K3C60 27 ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ: Определите состав карбида, если известно, что при его взаимодействии с водой выделяется метан. Элемент Х проявляет диагональную периодичность по отношению к элементу Y и образует с ним м ин е ра л со ста в а X 3 Y 2 Si 6 O 1 8 -основной компонент драгоценных камней. Определите X и Y. Напишите уравнения всех реакций. 28 ТАКИМ ОБРАЗОМ: Повторили краткую историю открытий в области строения атома Ознакомились с некоторые особенностями строения кристаллов Определяли состав соединений Получили домашнее задание 29 Определите состав карбида, если известно, что при его взаимодействии с водой выделяется метан. Элемент Х проявляет диагональную периодичность по отношению к элементу Y и образует с ним м ине ра л со ста в а X 3 Y 2 Si 6 O 1 8 -основной компонент драгоценных камней. Определите X и Y. Напишите уравнения всех реакций. Число атомов Х: 8/8 + 6/2 + 12/4 + 1 = 8 Число атомов C: = 4 Состав карбида X2C Be2C Минерал берилл Be3Al2Si6O18 30 ОКТАЭДРИЧЕСКИЕ И ТЕТРАЭДРИЧЕСКИЕ ПУСТОТЫ В ОКТАЭДРИЧЕСКОЙ ПЛОТНЕЙШЕЙ УПАКОВКЕ 31 Периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И. Менделеев, 1869 г. Создание учебника «Основы химии» 7 32 Открыт в 1955 г. группой американских ученых под руководством Нобелевского лауреата Г. Сиборга. «Менделеевская система в течение почти столетия служила ключом к открытию новых химических элементов». Медаль вручается российским ученым на годичном Общем собрании Академии Наук за выдающиеся научные работы в области химии и химической технологии (Н.М. Жаворонков (1969), И.В. Тананаев (1973), В.И. Спицын (1983), Ю.А. Золотов (1993)). Большой ударный кратер на обратной стороне Луны. Подводный хребет Менделеева (Центральная часть Северного Ледовитого океана) Вулкан Менделеева (южная часть острова Кунашир, входящего в состав Курильской гряды). Минерал менделеевит. Содержит кальций, ниобий, титан, уран, РЗЭ. Радиоактивен. Станция метро «Менделеевская». Открыта 31 декабря 1988 г. 34 35
