12
Ι ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ 1. Ηλεκτρονική Δομή των Στοιχείων - Περιοδικό Σύστημα Έχει διαπιστωθεί πειραματικά ότι οι φυσικοχημικές ιδιότητες των στοιχείων μεταβάλλονται περιοδικά με τον ατομικό αριθμό των στοιχείων. Η περιοδικότητα των ιδιοτήτων των στοιχείων οφείλεται στην ηλεκτρονική δομή των ατόμων και πιο συγκεκριμένα στη δομή της εξωτερικής ηλεκτρονικής στοιβάδας των ατόμων. Tα ηλεκτρόνια των ατόμων δεν επιτρέπεται να ευρίσκονται σε οποιαδήποτε θέση αλλά κατανέμονται σε ορισμένες επιτρεπόμενες διαδοχικές στοιβάδες που συμπληρώνονται κατά σειρά αύξουσας ενέργειας. Η κατώτερη στοιβάδα είναι η πλησιέστερη στον πυρήνα και έχει τη χαμηλότερη ενέργεια. Κάθε στοιβάδα χαρακτηρίζεται από ένα μοναδικό συνδυασμό τεσσάρων κβαντικών αριθμών. Ο μέγιστος αριθμός ηλεκτρονίων κάθε ηλεκτρονικής στοιβάδας είναι 2n 2 , όπου n είναι ο κύριος κβαντικός αριθμός, ο οποίος είναι αύξων ακέραιος αριθμός. Για παράδειγμα, η πρώτη στοιβάδα (n=1) περιέχει το πολύ 2 1 2 =2 ηλεκτρόνια, η δεύτερη (n=2) 22 2 =8 ηλεκτρόνια, η τρίτη (n=3) 23 2 =18 , η τέταρτη (n=4) 24 2 =32 ηλεκτρόνια κ.ο.κ. Μέσα κάθε στοιβάδα τα ηλεκτρόνια κατανέμονται σε υποστοιβάδες. Οι υποστοιβάδες είναι κατά σειρά αύξουσας ενέργειας οι εξής: s 2 ,p 6 ,d 10 και f 14 , όπου ο εκθέτης παριστά τον μέγιστο αριθμό ηλεκτρονίων που μπορεί να δεχθεί η υποστοιβάδα. Ως εκ του περιορισμού του αριθμού των ηλεκτρονίων που μπορεί να δεχθεί, η 1 η στοιβάδα μπορεί να περιλαμβάνει μόνο την υποστοιβάδα s, η 2 η στοιβάδα περιλαμβάνει τις υποστοιβάδες s και p, η 3 η στοιβάδα μπορεί να περιλαμβάνει τις υποστοιβάδες s, p και d, η 4 η στοιβάδα μπορεί να περιλαμβάνει τις υποστοιβάδες s, p, d και f, κ.ο.κ. Συνοπτικά, η ενέργεια των ηλεκτρονίων γενικά εξαρτάται κυρίως από το αριθμό n της στοιβάδας, π.χ. τα ηλεκτρόνια της πρώτης στοιβάδας έχουν μικρότερη ενέργεια από τα ηλεκτρόνια της δεύτερης. Μικρές ενεργειακές διαφορές υπάρχουν και μεταξύ των υποστοιβάδων μίας στοιβάδας, π.χ. η υποστοιβάδα s έχει πάντοτε μικρότερη ενέργεια από την υποστοιβάδα p της αυτής στοιβάδας. Επομένως, το στοιχείο άνθρακας, με ατομικό αριθμό 6 ( 6 C), έχει την ηλεκτρονική δομή 1s 2 2s 2 p 2 , δηλαδή έχει 4 εξωτερικά ηλεκτρόνια στη δεύτερη στοιβάδα, που κατανέμονται ανά 2 στις υποστοιβάδες s και p. Το πυρίτιο με ατομικό αριθμό 14 ( 14 Si) έχει την ηλεκτρονική δομή 1s 2 2s 2 p 6 3s 2 p 2 και παρατηρείται ότι η εξωτερική στοιβάδα του πυριτίου είναι όμοια με εκείνη του άνθρακα. Εξηγείται επομένως με τον τρόπο αυτό η παρατηρούμενη αναλογία των ιδιοτήτων των στοιχείων άνθρακας και πυρίτιο. Ωστόσο, σε άτομα που έχουν πολλά ηλεκτρόνια, n≥3, η ενέργεια του ατόμου επηρεάζεται σημαντικά από τις ηλεκτρονικές απώσεις μεταξύ των ηλεκτρονίων με

Τεχνολογία Υλικών

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Τεχνολογία Υλικών

Citation preview

  • 1. -

    . .T . .

    . 2n2,n,. ,(n=1)212=2,(n=2)222=8,(n=3)232=18, (n=4)242=32...

    . : s2, p6, d10 f14,., 1 s, 2 s p, 3 s,pd,4s,p,df,...

    , n,...,..s p . , ,6(6C),1s22s2p2,4,2 s p. 14 (14Si) 1s22s2p63s2p2 . .

    ,,n3,

  • 2 .:

    fd. ,..4s5s3d 4d . , 21Sc [Ar]3d14s2, 22Ti [Ar]3d24s2 ... 30Zn 3d. , 31Ga, 4p.

    :

    2 10 18 36 54 86 1182 2 6 2 6 2 10 6 2 10 6 2 14 10 6 2 14 10 61s 2s p 3s p 4s 3d

    He Ne Ar Kr X4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d

    e R X7p

    n

    1 , (s2p6)He.

    , , . . : , ,[1s1],,He,[1s2]. ,Li,Be, B, C, N, O, F Ne, .

    5f 6d 7s 4f 5d 6s 6p 4d 5s 5p 3d 4s 4p

    3s 3p 2s 2p 1s

    1..

  • I. 3,Ne,[1s22s2p6]. : Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl Ar. :[1s22s2p63s2p6] s p .

    , 18, d.(Kr) [Ar]3d104s2p6 (Xe),[Kr]4d105s2p6. d. s.

    , f 4 5 d 5 6 . , 57La, [Xe]5d16s2 , ,58C,[Xe]4f26s24f14,,71Lu,[Xe]4f145d16s2.(). 5d.,Ra,[Xe]4f145d106s2p6.

    ,,Ac, () .

    2. . .(Li,Na,K)s1.(Mg,Ca,Ba)s2. (F,Cl,Br,I) s2p5. (He, Ne, Ar, Kr), s p, s2p6,He1s2.2. -

    s2p6 ( ). .

  • 4 .:., . , . , , . .

    . , . , . p.

    ,, ., . .

    , , . B,Si,AsTe.

    .3.

    s2p6, . . : . , , .

    , (

  • I. 5().

    . , . , . . ( Coulomb, F=q1q2/r2, q1q2,=1)r.

    ,..:

    2+2Ca + Br Ca + 2Br

    ., . ,,..

    . , . ' . , (H2) : + : , , . ,...(F2),(9F)7(s2p5): :F + F: : F : F: (O2),(8)6 (s2p4), : :: + :: : :: :

    . (2) , .

  • 6 .: :N + N: :N ::: N: . , . ' , .

    , , .(2):

    - +

    +:O H : : H

    H H

    ,(CO):+ - C + :O: :C:::O:

    , () (+). , . ,.

    .. 4BF .To(5B) (F) . , , . BF3 .. NaF ,:

    :F: :F::F:B + :F: :F:B:F: :F: :F:

    . ,..,,.,.T , .. :

    - + - + - + - +| | | | + + + +

    H H H H H H H H

  • I. 7,. , .. , , ,... van der Waals . ,., . , . . ,CO. London . London. ...KrXe.

    . ., . , ( ). , .

    , , . . ,. . . .

    , . ,.,

  • 8 .:, .., () . , , .4. . . , .

    ( ) ( ). , . . ..

    . .. : 2 2 22H O 2H O . , 42,.

    . . ,.. 2 2 2

    1H (g) + O (g) H O(g) +243 kJ (18 C)2

    . ,(g)

  • I. 9.(s)(l).

    mol. molg6,0231023 ( Avogadro1). , 1mol() 6,0231023 g. , I mol()6,0231023 g. .. 1 mol (O2) 6,0231023 ,216g=32g.,,n,mol,m (g), (g/mol): mn

    M (1) ,

    Avogadro, . , .

    . ., .

    .. ( 2 6C H N ) (O2) (CO2), (H2O) (N2). : 2 7C H N+O2CO2+H2O+N2. , 2,7/2. [(222+7)/2]/2=15/4. , 2 : 2 7 2 2 2 2152C H N + O 4CO + 7H O + N2 .

    . : A B C Da b c d ,

    1o,Avog;adro1g., 126 C 66,Avogadro 126 C 12 g 126 C , 126 C 12. 168 O 16,16g166,02310236,0231023.

  • 10 .: ().

    2 :

    C D

    A B

    c d

    a bK ,

    K.5.

    . . .: . , ,.. ,, . .

    ,.

    , mol .

    . i (mix): kg

    kg mixi

    im iwm

    (2)

    ,i,100: kg % 100

    100 kg mixi

    im iwm

    (3)

    ..100.

    2 mol ,..

  • I. 11.

    ,.,21%V/V,100l21l.

    ..(g i)/(100mlmix). , 95 % W/V 100 ml 95g.

    (ppm). 30ppmCr3+30gCr3+1.000.000g=1000 kg = 1t 30 mg Cr3+ 1 kg ,30mgCr3+1l.

    . , (mol) i (mol). mol

    mol mixi

    in ixn

    . (4) molkg

    Mikgi/kmoli,Mii.,M,1000molMkg. ..32kgO2/kmolO228kg2/kmol2.

    , wi, :

    1

    i ii c

    j jj

    m Mxm M

    . (5)

    ,M ,m(g),n,ni(mol),i,m.

    i i

    i ii i i

    i i

    n MnmM M x M

    n n n

    . (6) ,yi.

    ,

    1

    c

    ii

    V V

    , , Vi, i, . i:

    3

    3

    m m mix

    ii

    V iyV

    (7)

  • 12 .:

    , . , , .

    ________________