Квантовая теория и Периодическая система элементо

ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА. КВАНТОВО-МЕХАНИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОННОГО СТРОЕНИЯ АТОМА [c.48]

Спектры и потенциалы ионизации (ПИ) атомов щелочных металлов (элементов группы 1А в периодической системе) удается довольно хорошо аппроксимировать в рамках теории Бора, если заменить п эффективным квантовым числом п = п—с1), где с1 — так называемый квантовый дефект. Исходя из значения первого потенциала ионизации, вычислите квантовый дефект для 5-электрона и энергию перехода ( +1)5-<-я5 в атомах и (п = 2 ПИ = 5,363 эВ) и Ка = 3 ПИ = 5,137 эВ). Используйте для постоянной Ридберга значение, соответствующее атому водорода (т. е. предположите, что электроны внутренних оболочек полностью экранируют ядро), (Экспериментальное значение для энергии указанного перехода в атоме Ка составляет 25 730 см . ) [c.26]

Научные работы посвящены квантовой теории атома, спектроскопии и квантовой теории металлов. Для химии —в аспекте развития теории периодической системы элементов — имеют основополагающее значение те его исследования, в которых он развил боров- [c.202]

Н. X. Д. Бор заложил основы первой физической теории периодической системы элементов, в которой связал периодичность свойств элемептов с формированием электронных конфигураций атомов по мере увеличения заряда ядра. Применил два квантовых числа—п и к. Обосновал подразделение групп периодической системы на главные и побочные. Впервые объяснил подобие свойств редкоземельных элементов. [c.669]

Дальнейшее развитие квантовой теории позволило решить вопрос об электронной структуре атомов различных элементов, привести ее в полное соответствие с периодической системой элементов Д. И. Менделеева и раскрыть причины периодичности свойств элементов. Распределение электронов на свободных энергетических уровнях (оболочках) атомов происходит так, что в нормальном состоянии атома в первую очередь заполняются наиболее низкие энергетические уровни в порядке последовательного формирования электронных оболочек К, L, М и т. д. В соответствии с принципом Паули максимальное число электронов на какой-либо оболочке выражается формулой N = 2п , где п — главное квантовое число. [c.16]

Однако для познания сущности явления одних экспериментальных методов недостаточно, поэтому Ломоносов говорил, что истинный химик должен быть теоретиком. Только через мышление, научную абстракцию и обобщение познаются законы природы, создаются гипотезы и теории, открывающие путь для предсказания новых фактов. А научное предвидение — главная черта любой истинной науки. Теоретическое осмысливание опытного материала и создание стройной системы химических знаний в современной общей и неорганической химии базируются на 1) квантово-механической теории строения атомов и Периодической системе элементов Д.И.Менделеева 2) квантово-химической теории химического строения и учении о зависимости свойств вещества от его химического строения 3) учении о химическом равновесии, основанном на понятиях химической термодинамики. [c.7]

Теории Косселя и Льюиса, дополняя друг друга, хотя и давали возможность связать максимальную валентность элемента с его положением в периодической системе элементов Д. И. Менделеева, но полностью объяснить истинную природу химической связи не могли. Природа связи была раскрыта в результате развития квантовых воззрений в химии. [c.57]

Дальнейшее после утверждения периодического закона накопление сведений об атоме составляет, главным образом, заслугу физики. Оно цро-истекло из исследований в трех областях явлений прохождения эл.ект-рического тока через разреженные газы, спектров излучаемого элементами света и радиоактивности, т.. совершенно отвлекаясь от химического опыта. Однако физики вряд ли могли бы продвинуться далее слишком общей, а потому мало плодотворной для физики и ничего не дающей химии нуклеарной теории атома и квантовой теории простейших атомов, если бы они вновь не возвратились к обобщенному химическому опыту — к периодической системе элементов Д. И. Менделеева как к неиссякаемому источнику научных откровений. [c.48]

КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ [c.47]

Атом первого элемента в Периодической системе — водорода — обладает наипростейшим строением. Он состоит всего из двух частиц протона и электрона, — между которыми существуют лишь силы притяжения. Не случайно именно для атома водорода оказалась успешно применимой первая квантовая теория — теория Бора, и только для этого атома волновое уравнение Шредингера имеет точное решение. [c.292]

Самой первой и наиболее четко выражающей существо периодического изменения свойств элементов была и остается модель, которую мы назвали бы химической. Она тождественна менделеевской естественной системе и, следовательно, является канонической. Именно эту модель мы и имели в виду, формулируя определение системы как упорядоченного множества. Физическое обоснование закона периодичности и разработка Н. Бором квантовой модели строения атома привели к появлению новой модели явления периодичности, ее можно назвать формальной физической. Эта модель отражает существование электронной периодичности и представляет фундамент формальной теории периодической системы. Формализм ее заключается в том, что ее построение проводилось с непременным учетом закономерностей изменения химических свойств элементов по мере роста 2, а не на основе каких-либо строгих теоретических представлений. Формальная физическая модель относится к реальной схеме формирования электронных конфигураций атомов, и ее можно рассматривать в качестве физического объяснения явления периодичности, другими словами — как интерпретацию химической модели на электронном уровне развития учения о периодичности. [c.34]

Принято считать, что выяснение закономерностей построения Периодической системы элементов является одним из самых блестящих успехов квантовой механики . Однако полная теория Периодической системы еще отсутствует. Вместе с тем также очевидно, что Периодический закон Менделеева во многом стимулировал успехи квантовой механики. [c.8]

Н. Бор, создавший модель атома на основе истолкования периодической системы элементов с позиций квантовой и электронной теории, подчеркивал В этом вопросе, естественно нас интересующем, путеводной нитью послужит то своеобразное изменение свойств элементов с атомным номером, которое нашло свое выражение в так называемой периодической системе элементов [43, стр. 84]. [c.262]

Основополагающая работа Бора 1913 г. [42] стала важнейшим опорным пунктом для развития представлений о связи свойств элементов со строением атома и, далее,—для непосредственной разработки формальной теории периодической системы. Характеризуя эти представления в целом, можно выделить два направления одно, связанное со статическими электронными теориями строения атома (В. Коссель — Г. Льюис — И. Ленгмюр), и другое, заключавшееся в обосновании схемы формирования электронных конфигураций атомов по мере роста на основе квантовой теории атома и увязывании этой схемы с периодичностью изменения свойств химических элементов. Оба указанных направления взаимно коррелировали друг с другом и в конечном счете привели к долгожданному физическому обоснованию явления периодичности. [c.248]

Таким образом, можно утверждать, что к середине 20-х годов была разработана формальная теория периодической системы периодическое изменение свойств элементов находило объяснение в закономерностях формирования электронных конфигураций атомов с ростом 2. Однако модели этих конфигураций не опирались на какую-либо строгую физическую теорию, а основывались в значительной степени на химических и спектроскопических данных. Что же касается чисто физической стороны боровской теории атома, то она страдала ограниченностью, которую была не способна преодолеть хотя представление о возможных орбитах электрона опиралось на квантовую теорию, расчет этих орбит основывался на методах классической механики и электродинамики. Таким образом, теория Бора не была последовательно ни квантовой, ни классической. Как метко заметил в свое время В. Брэгг, в ней мы как бы должны по понедельникам, средам и пятницам пользоваться классическими законами, а по вторникам, четвергам и субботам — квантовыми [45, стр. 330]. [c.252]

Весьма распространенным представлением в теории периодической системы, особенно при ее изложении в курсах химии, было представление о неразрывной связи между главным квантовым числом и взаимным расположением (внешним или внутренним) электронов, принадлежащих к разным электронным группам. На этом, в частности, базируется обычное объяснение своеобразия положения редкоземельных элементов в периодической системе. [c.56]

Благодаря квантовой теории удалось объяснить важнейшие закономерности периодической системы. Прежде всего установление периодического изменения электронных структур атомов дает объяснение самому закону Менделеева — периодичности изменения свойств элементов с ростом порядкового номера. [c.66]

Теоретическое обоснование Периодического закона дано в квантово-механической теории строения атома. Физический смысл порядкового номера Z заключается в том, что Б нейтральном атоме данного элемента содержится Z протонов (в ядре) и Z электронов (на оболочке). Так, в ядре атома бора B(Z = 5) имеется 5 протонов, а на оболочке — 5е . Физической основой структуры Периодической системы является определенная последовательность заселения электронами оболочки атома при возрастании Z. [c.147]

Каждый элемент периодической системы имеет определенное число электронов, равное его атомному номеру. Электроны с определенной вероятностью расположены на уровнях и подуровнях вокруг ядра в соответствии с квантовой теорией. Квантовая теория была создана Планком, который предположил, что электромагнитная энергия поглощается или испускается дискретно это означает, что энергия не непрерывна. Энергетическое состояние каждого электрона в свободном атоме характеризуется четырьмя квантовыми числами. [c.11]

Главные положения теории Бора сводятся к следующему электроны вокруг атомного ядра вращаются не по любым, а лишь по дозволенным орбитам. Такие орбиты определяются главными квантовыми числами (1, 2, 3 и т. д.), в свою очередь определяющими число оболочек электронов. Максимальное число электронов на каждой из оболочек (т. е. на разных уровнях) определяется удвоенным квадратом главных квантовых чисел,, т. е. 2-1 , 2 2 , 2-32 и т. д. Таким образом, число электронов в каждой из оболочек, начиная от ближайшей к. ядру, оказалось, равным числам элементов в периодах периодической системы, а именно 2, 8, 8, 18, 32. При этом максимальное число электронов на наружной оболочке равно 8. Такой электронной оболочкой, как. известно, обладают атомы инертных элементов. У атомов других элементов наружная оболочка не завершена, и число электронов внешнего слоя колеблется от 1 до 7. [c.217]

В доквантово-механический период общий метод исследования задач теории атомных спектров состоял в следующем вычисления делались на основе некоторой модели при помощи классической механики, а затем делалась попытка изменить формулы так, чтобы эти изменения были незначительными для больших квантовых чисел, однако характер их давал бы возможность достигнуть соответствия f с экспериментом при малых квантовых числах. Следует удивляться тому коли-честву результатов современной теории линейчатых спектров, которое было получено этим путем. Существенные достижения здесь принадлежат Паули, Гейзенбергу, Гунду и Ресселю. Была построена векторная модель сложных атомов, в которой основную роль играло квантование моментов количества. > движения отдельных электронных орбит и их векторной суммы. К этому же V периоду относится открытие Паули правила запрета, согласно которому два электрона в атоме не могут обладать одной и той же совокупностью квантовых чисел. После появления квантовой механики принцип Паули естественным образом вошел в теорию. Однако этот принцип сыграл еще большую роль как эмпирическое правило, в особенности благодаря работам Гунда, посвященным строению сложных спектров, и развитию теории периодической системы элементов, начатую Бором. [c.17]

Первой стадией гетерогенно-каталитической реакции является хемосорбция по крайней мере одного из реагентов на поверхности. В реакциях окислительновосстановительного типа в образовании хемосорбционной связи принимают участие S- или р-электроны реагентов и электроны или свободные орбитали катализатора. Из соображений квантово-химической теории следует, что наиболее благоприятными для этого являются d-орбитали входящих в состав контакта металлов или катионов. При этом наименьшая склонность к образованию таких связей должна проявляться для конфигураций d , d и d . При процессах дегидрирования ситуация совершенно аналогична той, которая была рассмотрена в главе, посвященной катализаторам гидрогенизации. При изложении фактического материала о каталитической активности элементов и их соединений в соответствии с положением элементов в периодической системе мы приводили подтверждение этой точки зрения. Поэтому сейчас мы лишь подведем некоторые общие итоги. [c.175]

Предварительно отметим, что уравнение (П.2), являясь вполне точным в рамках нерелятивистской квантовой механики, оказывается приближенным с точки зрения релятивистской теории. Это проявляется в отсутствии зависимости гамильтониана (П.З) от спиновых координат электронов и означает, что мы пренебрегаем рядом физических эффектов, в частности снин-орбитальным взаимодействием, обусловленным взаимодействием магнитного момента электрона с магнитным нолем, возникающим при его движении. Такие эффекты слабы для легких элементов периодической системы, [c.27]

В первоначальном варианте таблицы Д. И. Менделеева элементы располагались в порядке возрастания атомных масс и группировались по сходству химических свойств. Объяснение периодическому закону и структуре периодической системы в дальнейшем было дано на основе квантовой теории строения атома. Оказалось, что последовательность расположения элементов в таблице определяется зарядом ядра, а периодичность физико-химических свойств связана с существованием электронных оболочек атома, постепенно заполняющихся с возрастанием 2. [c.33]

Периодическая система химических элементов тесно связана не только с превращением атомов, но и с их строением. В свете квантовой волновой теории модель атома потеряла свою наглядность, поскольку в соответствии с этой теорией электрон размазан по всему атому. Это как бы не имеющее резких границ вращающееся веретено или другая фигура, называемая в общем виде электронным облаком, которое обладает магнитным моментом. [c.48]

В данной книге излагаются электронно-квантовые основы периодической системы элементов теория химической связи и структура молекул, электрические свойства молекул и методы расчета дипольных моментов зависимость электрических и других свойств от химического состава и структуры мшекул, от внешних факторов (электрическое поле, радиационное излучение, температура, влажность, давление и др.). [c.3]

Новая эпоха в развитии спектроскопии началась с работ Н. Бора (1914 г.), положившего основу теории строения атома. Теория Бора дала непринуждённое истолкование основных закономерностей спектров атомов и ионов и позволила разобраться в структуре периодической системы элементов. Однако, теория Бора, представлявшая собой сочетание классических законов механики (движение электронов по орбитам) с специфически квантовыми законами (стационарные орбиты, излучение), являла собой лишь промежуточный этап в развитии представлений об атомах и спектрах. Она не смогла также объяснить различные детали в строении спектров простых атомов и структуру спектра многоэлектронных атомов. Это привело, как известно,, к созданию новой, так называемой квантовой механики, в которой нашли себе разрешение затр днения теории Бора. [c.11]

А как же обстоит дело с симметрией объяснения и предсказания в квантовой химии, которая относится к математезированным естественнонаучным теориям За те десятилетия,— пишет Козман,— которые прошли с тех пор, как квантовая механика была впервые применена к химии, получили решение многие давно известные фундаментальные проблемы. Ковалентная связь, периодическая система элементов, ароматический характер бензола, стереохимия углерода и других элементов, механизмы бимолекулярных реакций, существование свободных радикалов, силы Ван-дер-Ваальса, магнитные свойства вещества, проводимость металлами электричества — вот неполный список явлений, которые были полностью объяснены в терминах физики при помощи квантовой механики. Этот поразительный успех навел многих ученых на мысль о том, что в химии наступил новый век, в котором квантовая механика превращается в важный инструмент исследования, делающий необязательной часть трудной и кропотливой работы в лаборатории. Перед химиком открылась приятная перспектива обойти экспериментальные трудности измерения некоторых свойств молекул, подходя к письменному столу или проведя несколько часов или дней у вычислительной машины. Однако эти надежды не оправдались... [c.80]

Опираясь на менделеевскую систему и широко используя данные о спектрах элементов, Бор, таким образом, заложил q hobu формальной теории периодической системы. В качестве важнейших ее положений нужно выделить следующие 1) Заполнение оболочек в атомах по мере роста Z происходит ступенчато, т. е. может начинаться заполнение оболочки с главным квантовым числом n-j-l, хотя оболочка, отвечающая значению щ осталась незавершенной. Исключение составляют лишь первые два периода системы, в каждом из которых заполнение данной оболочки происходит нацело. 2) В атоме каждого щелочного металла, открывающего период, начинается заполнение новой оболочки, причем периоды заканчиваются благородными газами, имеющими особо устойчивую электронную конфигурацию внешних оболочек (2 нля [c.250]

Вопрос о длинах периодов тесно переплетается с более общим вопросом теории периодической системы — о закономерности, опредзляющей последовательность заполнения электронных групп и подгрупп с увеличением порядкового номера элемента и о взаимоотношении ее с энергетической последовательностью рентгеновских и оптических термов многоэлектронных атомов. Согласно общераспространенному представлению преимущественная роль в определении уровня энергии атомных электронов принадлежит главному квантовому числу. И казалось бы, что это действительно обстоит так и в спектре атомов водорода и водородоподобных ионов и в области глубоких рентгеновских уровней многоэлектронных атомов, а также и в той области оптических термов этих атомов, которая включает возбужденные состояния с очень высокими значениями углового момента излучающего электрона — последовательность уровней энергии на амом деле отвечает возрастающим значениям главного квантового числа. [c.55]

Рассмотрены вопросы теории периодической системы Д. И. Менделеева, связатнгые с обоснованием и применением принципа группировки электронных состояний по сумме главного и орбитального квантовых чисел. При помощи этого принципа дана строгая формулировка правила, которому подчиняется последовательность заполнения электронных групп и подгрупп в основном состоянии атомов с увеличением порядкового номера элемента. На той же основе дано физическое определение совокупности подгрупп, заполнение которых происходит па протяжении периода системы Д. П. Менделеева, и решение задачи о зависимости между номером периода и его длиной. Получено решение ряда других задач, относящихся к зависимости между Z и распределением атомных электронов. [c.244]

Считается, что квантовая теория дала полное объ-яснрие системы элементов. Известный ученый, посвятив-ший теории периодической системы многие свои труды, про- [c.27]

Нильс Бор, опираясь на развитую им квантовую теорию строения атома, в вопросе об элементе 72 занял первоначальную позицию Менделеева. Число редкоземельных элементов на основе теории строения атома должно быть равным 14. Следовательно, порядковый номер последнего редкоземельного элемента должен быть равен 71 (см. табл. 12). Тогда элемент 72 должен быть аналогом циркония и относиться к IV грз ппе периодической системы. В 1923 г. датские химики Д. Костер и Г. >1эвеши, руководствуясь указаниями Бора, обнаружили элемент 72 в норвежской циркониевой руде. Новый элемент был назван гафнием (Н ). [c.43]

Не меньшую дискуссию вызвало размещение редкоземельных элементов. Сам Д. И. Менделеев окончательно не решил этот вопрос. В частности, он рассматривал церий как элемент четвертой группы. Остальные редкоземельные элементы Д. И. Менделеев пытался расположить в различных группах (третьей, четвертой, пятой) пятого и шестого периодов. Вопрос о размещении редкоземельных элементов был решен Н. Бором на основе квантовой теории строения атомов. Из системы квантовых чисел (см. табл. 12) вытекает, что число возможных орбиталей для размещения электронов 4/-уровня не превышает 14.. Поскольку атомы редкоземельных элементов строятся таким образом, что у них в конечном счете происходит построение 4/-орбиталей, то число соответствующих элементов должно быть равным 14. Исследование строения атомов редкоземельных элементов (с применением оптических методов) показало, что внешние орбитали у них аналогичны Следовательно, все эти элементы являются аналогами и должны быть отнесены к одной и той же группе периодической системы — к третьей. Строение лантана, гадолиния и лютеция характеризуется наличием Бй-орбитали, электронные формулы этих элементов имеют вид 4/ 5 5526р 6з . Определение зарядов ядер лантана и 14 редкоземельных элементов окончательно подтвердили размещение их под атомными номерами 57—71 в третьей группе шестого периода. Несмотря на это, некоторые авторы до сих пор пытаются распределить редкоземельные элементы между различными группами периодической системы. [c.53]