PODSTAWOWE POJĘCIA
Materia – wszystko to, co nas otacza i można stwierdzić bezpośrednio lub pośrednio za pomocą zmysłów lub aparatury. Materia jest mieszaniną różnych substancji.
Substancja – to część materii o ściśle określonych właściwościach chemicznych i fizycznych. Substancje mają określone wzory chemiczne. Dzielimy je na:
· substancje proste; zbudowane z atomów jednego pierwiastka,
· substancje złożone; czyli związki chemiczne zbudowane z atomów co najmniej dwóch pierwiastków.
Pierwiastek – to zbiór atomów o tej samej liczbie protonów w jądrze atomowym, czyli o tej samej liczbie atomowej (Z).
Atom – to najmniejsza ilość pierwiastka. Jest elektrycznie obojętny; łączna liczba zawartych w nim ładunków dodatnich (protonów) jest równa liczbie ładunków ujemnych (elektronów).
W środku atomu znajduje się jądro o promieniu ok. 10-13 cm i dodatnim ładunku elektrycznym. Jądro składa się z protonów i neutronów.
· proton – to cząstka elementarna o masie 1 u (unita) obdarzona elementarnym ładunkiem dodatnim
· neutron – to obojętna elektrycznie cząstka elementarna o masie 1 u.
· unit (u) – to 1/12 masy obojętnego atomu węgla 12C wynosząca 1,66x10-24 g.
Jądro otaczają ujemnie naładowane elektrony poruszające się w przestrzeni kulistej o promieniu ok. 10-9 cm. Masa elektronu wynosi 1/1840 u (czyli 0,000543 u).
Izotopy – atomy tego samego pierwiastka różniące się liczbą neutronów.
Izobary – atomy różnych pierwiastków o tej samej liczbie masowej.
Izotony – atomy różnych pierwiastków, posiadające w jądrze atomowym te samą liczbę neutronów.
TEORIA KWANTOWA BUDOWY ATOMU
Teoria struktury atomów i cząsteczek nosi nazwę teorii kwantowej, a jej podstawą jest zasada nieoznaczoności sformułowana przez HEISENBERGA
„nie można określić równocześnie dokładnego położenia i dokładnej prędkości elektronu”
Wniosek – można jedynie określić prawdopodobieństwo znalezienia elektronu w danym obszarze.
Najmniejszy obszar przestrzeni wokół jądrowej charakteryzujący się dużym prawdopodobieństwem znalezienia elektronu (90-99%) jest nazwany orbitalem atomowym.
Rozmiar orbitalu i kształt jego powierzchni granicznej (s, p, d) zależą od stanu kwantowego, określanego tzw. liczbami kwantowymi: n, L, m, ms.
n – główna liczba kwantowa przyjmuje wartości kolejnych liczb naturalnych l, 2, 3,... i decyduje o rozmiarach orbitalu;
l – oznacza orbitalną (poboczną) liczbę kwantową, przyjmuje n wartości, stanowiących liczby całkowite od 0 do n-l włącznie i określa kształt orbitalu,
m – oznacza magnetyczną liczbę kwantową, przyjmuje 21 -l wartości, stanowiących kolejne liczby całkowite od -1 do +1 z zerem włącznie i określa orientację przestrzenną orbitalu w stosunku do pozostałych orbitali tej samej powłoki,
ms – oznacza magnetyczną spinową liczbę kwantową przyjmującą dwie wartości + 1/2 lub -1/2; elektron może mieć jedną z dwóch możliwości orientacji spinu.
KONFIGURACJE ELEKTRONOWE ATOMU
Zakaz Pauliego – w atomie nie mogą istnieć nawet dwa elektrony o tych samych wartościach czterech przypisanych im liczb kwantowych. Maksymalna liczba elektronów należących do danej powłoki wynosi 2n2.
Maksymalna liczba elektronów w danej podpowłoce jest równa liczbie stanów kwantowych należących do danej powłoki (s=2, p=6, d=10, f= 14 itd.).
Reguła Hunda – ustala kolejność zajmowania stanów kwantowych w danej podpowłoce:
· liczba nie sparowanych elektronów w danej podpowłoce powinna być możliwie największa,
· pary elektronów sparowanych tworzą się dopiero po zapełnieniu wszystkich poziomów orbitalnych danej podpowłoki przez elektrony nie sparowane,
· elektrony nie sparowane w poziomach orbitalnych danej podpowłoki mają jednakową orientację spinu.
Elektrony walencyjne – to elektrony w otoczeniu jądra atomowego, które maja stosunkowo wysoką wartość energii i dzięki temu mogą brać udział w procesie tworzenia wiązań chemicznych. Należą do nich:
· w atomach pierwiastków bloku s i bloku p, wszystkie elektrony powłoki zewnętrznej;
· w atomach pierwiastków bloku d wszystkie elektrony powłoki zewnętrznej i elektrony z podpowłoki d należącej do powłoki drugiej od zewnątrz;
· atomach pierwiastków bloku f wszystkie elektrony powłoki zewnętrznej i elektrony z podpowłoki d należącej do powłoki drugiej od zewnątrz i elektrony podpowłoki f należące do powłoki trzeciej od zewnątrz.
Elektrony nie walencyjne i jądro atomu stanowią rdzeń atomowy (zrąb atomowy).