Химия. 11 класс (базовый уровень)
Покупка
ФПУ
Тематика:
Химия
Издательство:
Просвещение
Автор:
Габриелян Олег Сергеевич
Год издания: 2022
Кол-во страниц: 227
Дополнительно
Вид издания:
Учебник
Уровень образования:
Среднее общее образование
ISBN: 978-5-09-101658-1
Артикул: 815961.01.99
Учебник принадлежит к завершённой предметной линии по химии для среднего общего образования и предназначен для изучения курса общей химии на базовом уровне. Учебник соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту среднего общего образования.
Тематика:
ББК:
УДК:
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
УДК 373.167.1:54 ББК 24.1я72 Г12 Издание выходит в pdf-формате. © АО «Издательство «Просвещение», 2021 Габриелян, Олег Сергеевич. Химия : 11 класс : учебник : базовый уровень : издание в pdf-формате / О. С. Габриелян. — 9-е изд., стер. — Москва : Просвещение, 2022. — 223, [1] с. : ил. ISBN 978-5-09-101658-1 (электр. изд.). — Текст : электронный. ISBN 978-5-09-088256-9 (печ. изд.). Учебник принадлежит к завершённой предметной линии по химии для среднего общего образования и предназначен для изучения курса общей химии на базовом уровне. Учебник соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту среднего общего образования. УДК 373.167.1:54 ББК 24.1я72 Г12 ISBN 9785091016581 (электр. изд.) ISBN 9785090882569 (печ. изд.) Ус л о в н ы е о б о з н а ч е н и я — задания, ориентированные на достижение пред- метных результатов; — задания, ориентированные на достижение мета- предметных результатов; — задания, ориентированные на получение новой информации и/или формирование собственной позиции. З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
§ 1 Основные сведения о строении атома Понятие «атом» пришло к нам из Античности, но совершенно изменило тот первоначальный смысл, который вкладывали в него древние греки (в переводе с греческого « атом» означает «неделимый»). Этимология названия «неделимый» отражает сущность атома с точностью до наоборот. Атом делим, что доказали явления фотоэффекта, радиоактивности, электролиза (вспомните, что это такое) и др. Изучение этих явлений определило разработку различных моделей строения атома как сложной частицы. Эволюцию представлений о строении атома можно отобразить в виде схемы 1. В 1904 г. в работе «О структуре атома» Дж. Томсон дал описание своей модели, получившей образное название « пудинг с изюмом». В этой модели атом упо- доблен пудингу сферической формы, имеющему положительный заряд (рис. 1, а). Внутрь сферы вкраплены, как изюминки в пудинге, отрицательно заряженные электроны. Электроны совершают колебательные движения, благодаря которым атом излучает электромагнитную энергию. Атом в целом электро- нейтрален. Модель ато ма Дж. Томсона не была подтверждена экспериментальными фактами и осталась гипотезой. Рис. 1. Модели строения атома: а — Дж. Томсона; б — Э. Резерфорда а) б) З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Согласно планетарной модели, предложенной Э. Резерфордом, атом состоит из положительно заряженного ядра и электронов, движущихся вокруг ядра по замкнутым орбитам, подобно движению планет вокруг Солнца (рис. 1, б). Модель Э. Резерфорда не смогла объяснить излучение и поглощение энергии атомом. В 1913 г. Н. Бор предложил квантовую модель строения атома, основанную на следующих постулатах. Первый постулат. Электрон движется вокруг ядра по строго определённым замкнутым стационарным орбитам в соответствии с «разрешёнными» значениями энергии Е1, Е2, ..., Еn, при этом энергия не поглощается и не излучается. Второй постулат. Электрон может переходить из одного «разрешённого» энергетического состояния С х е м а 1 РАЗВИТИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О СТРОЕНИИ АТОМА Атом — химически неделимая частица (элемент). Доказательства сложности строения атома 1. Открытие рентгеновских лучей (1895 г., К. Рентген). 2. Открытие катодных лучей (1897 г., Дж. Томсон). 3. Открытие радиоактивности (1896 г., А. Беккерель) и её изучение (1897—1903 гг., М. Склодовская-Кюри, П. Кюри). Модели строения атома 1. «Пудинг с изюмом» (1902—1904 гг., В. Кельвин, Дж. Томсон). 2. Планетарная (1907 г., Э. Резерфорд). 3. Квантовая (1913 г., Н. Бор). Современные представления о строении атома на основе квантовой механики. З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
в другое, что сопровождается излучением или поглощением кванта энергии. Н. Бор внёс квантовые представления в строение атома, но использовал при этом традиционные классические понятия механики, рассматривая электрон как частицу, движущуюся со строго определённой скоростью по строго определённым траекториям. Его теория была построена на противоречиях. В 1932 г. была разработана протонно-нейтронная теория ядра, согласно которой ядра атомов состоят из протонов и нейтронов. Атом — это электронейтральная система взаимодействующих элементарных частиц (табл. 1), состоящая из ядра (образованного протонами и нейтронами) и электронов (рис. 2). Та б л и ц а 1 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕКОТОРЫХ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ Частица и её обозначение Масса Заряд Примечание Протон, p 1 +1 Число протонов соответствует порядковому номеру элемента в таблице Д. И. Менделеева Нейтрон, n0 1 0 Число нейтронов находят по формуле N = A – Z Электрон, e1 1837 –1 Число электронов соответ ствует порядковому номеру элемента в таблице Д. И. Менделеева Рис. 2. Схема строения атома З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Атомное ядро каждого химического элемента характеризуется строго определённым числом протонов в нём Z (т. е. определённым положительным зарядом), равным порядковому номеру химического элемента в Периодической системе Д. И. Менделеева. Число нейтронов N в атомах одного и того же химического элемента может быть различным. Следовательно, различными будут и массовые числа А (A = Z + N) у этих атомов. Такие разновидности атомов называют изотопами. Изотопы — это разновидности атомов одного и того же химического элемента, имеющие одинаковый заряд атомного ядра (одинаковое число протонов), но разные массовые числа (разное число нейтронов). Следовательно, химический элемент — это вид атомов с одинаковым положительным зарядом ядра. Например, в природе встречаются изотопы химического элемента кислорода с массовыми числами 16, 17 и 18 (16О, 17О и 18О), хлора — 35Cl и 37Cl, калия — 39K и 40K, аргона — 39Ar и 40Ar. Строение атомного ядра и изменения, происходящие с ним, — предмет ядерной физики. Для химии больший интерес представляет строение электронной оболочки атома. Под электронной оболочкой понимают совокупность всех электронов в атоме. Число электронов в нём равно числу протонов и соответствует порядковому номеру элемента, так как атом электронейт- рален. Важнейшей характеристикой электрона является энергия его связи с атомом. Электроны, обладающие близкими значениями энергии, образуют единый электронный слой. Наименьшей энергией обладают электроны первого электронного слоя, наиболее близкого к атомному ядру. З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
По сравнению с электронами первого слоя электроны последующих слоёв будут характеризоваться бо́льшими запасами энергии. Следовательно, наименее прочно связаны с ядром атома электроны внешнего слоя. Число электронных слоёв, на которых располагаются электроны в атоме конкретного элемента, соответствует номеру периода в таблице Д. И. Менделеева, в котором располагается элемент: у атомов элементов 1-го периода — один уровень, 2-го периода — два, 7-го периода — семь. Электрон в атоме не имеет траектории движения, т. е. можно говорить лишь о вероятности нахождения его в пространстве. Он может находиться в любой части пространства, окружающего ядро. Совокупность различных положений электрона рассматривают как электронное облако с определённой плотностью отрицательного заряда. Около ядра можно выделить пространство, где вероятность нахождения электрона наибольшая. Пространство вокруг атомного ядра, в котором наиболее вероятно нахождение электрона, называют электронным облаком. s-Облака имеют сферическую форму, р-облака — форму гантели или объёмной восьмёрки, а некоторые d-облака — форму листа клевера (рис. 3). Форма и размеры того или иного электронного облака определяются атомными орбиталями. Атомные орбитали являются функцией двойственной природы электрона, определённой в каждой точке околоядерно- го пространства. Они не имеют формы, так как это понятие математическое. Однако, как и соответствующие им электронные облака, орбитали обозначают символами s, p, d, f. Рис. 3. Формы s-, р-, d-электронных облаков З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
В атомах химических элементов первому слою соответствует одна s-орбиталь, на которой могут находиться два s-электрона. Второй слой имеет s-орбиталь, запас энергии электронов на ней выше, чем у электронов первого слоя. Кроме того, второй слой имеет три р-орбитали, которым соответствуют гантелеобразные электронные облака одного размера. Они взаимно перпендикулярны, подобно осям координат х, у и z. Третий слой, помимо одной s- и трёх р-орбиталей, имеет пять d-орбиталей. Каждую орбиталь могут занимать два электрона. Следовательно, максимальное число электронов, которые могут поместиться на первом слое, равно 2, на втором слое — 8 (2 — на одной s-орбитали и 6 — на трёх р-орбиталях), на третьем слое — 18 (2 — на s-орбитали, 6 — на р-орбитали и 10 — на d-орбиталях). Атом каждого элемента в Периодической системе Д. И. Менделеева отличается от предыдущего тем, что заряд его ядра увеличивается на единицу (в ядре на один протон становится больше), а следовательно, на электронной оболочке на один электрон становится больше по сравнению с предыдущим элементом. В зависимости от того, на какой орбитали находится этот последний электрон, химические элементы можно разделить на семейства: s, р, d и f (рис. 4). К s-элементам относят элементы А групп (главных подгрупп) I и II групп Периодической системы Д. И. Менделеева, а также гелий. К р-элементам относят элементы А групп (главных подгрупп) III—VIII групп Периодической системы Д. И. Менделеева. К d- и f-элементам относят химические элементы В групп (побочных подгрупп) Периодической системы Д. И. Менделеева. Принадлежность химического элемента к тому или иному электронному семейству можно определить по электронной конфигурации (электронной формуле), которая показывает расположение электронов на электронных слоях и орбиталях атомов. Записать такую формулу можно с помощью Периодической сис- З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
темы Д. И. Менделеева. Для элементов малых периодов (1—3), состоящих только из элементов А групп (главных подгрупп), это не составит никакого труда. Например, сера, химический элемент № 16, расположенный в 3-м периоде, VIА группе (в главной подгруппе VI группы) Периодической системы Д. И. Менделеева. Следовательно, ядро её атома имеет заряд +16, на электронной оболочке располагаются 16 электронов: на первом слое — 2 электрона на 1s-орбитали, на втором слое — 8 электронов (2 — на 2s-орбитали и 6 — на 2р-орбиталях) и на третьем — 6 электронов в соответствии с номером группы (2 — на 3s-орбитали и оставшиеся 4 — на 3р-орбиталях). Отсюда электронная конфигурация атома серы: 1s22s22p63s23p4. Сера — это р-элемент, так как последний электрон в её атоме располагается на 3р-орбитали. Для элементов В групп (побочных подгрупп) следует учитывать тот факт, что у атомов этих элементов заполняется не внешний слой (на нём, как правило, будут находиться два s-электрона), а d-орбитали предвнешнего слоя (на них, как вы знаете, может поместиться не более 10 электронов). Рассмотрим, например, строение электронной оболочки элемента № 23 — ванадия, расположенного в 4-м периоде, VB группе (побочной подгруппе V группы) Периодической системы Д. И. Менделеева. Следовательно, ядро его атома имеет заряд +23, на электронной оболочке находятся 23 электрона: на первом слое — 2 электрона (на 1s-орбитали), на втором слое — 8 электронов ( 2 — на 2s-орбитали и 6 — на 2р-орбиталях), на внешнем, четвёртом — 2 s-электрона, как у элемента В группы (побочной подгруппы), и остальные 11 электронов — на третьем слое (2 — на 3s-орбитали, 6 — на 3р-орбиталях и оставшиеся 3 — на 3d-орбиталях). Отсюда электронная конфигурация атома ванадия: 1s22s22p63s23p63d34s2. Ванадий — это d-элемент, так как последний электрон в его атоме располагается на 3d-орбитали. З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Рис. 4. Длиннопериодный вариант З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .