Вещество и его строение

После усвоения материала главы 1 студент должен: знать

• • основные понятия современной теории строения атома;
• • дуализм частиц в микромире;
• • принцип неопределенности Гейзенберга;
• • соотношение де Бройля;
• • волновое уравнение Шредингера;
• • принцип Паули;
• • правила Гунда и Клейновского;
• • квантовые числа и допустимые соотношения между ними;
• • понятия «спин электрона», «атомная орбиталь», «энергия ионизации», «сродство к электрону», «электроотрицательность»;
• • электронные формулы атомов и ионов; уметь
• • устанавливать допустимые значения квантовых чисел /, т₍, т_$ по заданному числу п
• • изображать электронные формулы атомов (ионов) в основном и возбужденном состояниях;
• • схематично изображать атомные 5-, р-, ?-орбитали; владеть
• • навыками определения значений квантовых чисел;
• • способами изображения электронных формул атомов (ионов);
• • терминологией, связанной с теорией строения атома.

Химические вещества

Согласно современным представлениям химические вещества — это разновидность материи, которая содержит число частиц химических соединений от 10¹⁷ и более. Каждое вещество имеет набор объективных характеристик, которые позволяют отличить его от других: плотность, твердость, температуры плавления и кипения, параметры структуры и ряд других. К химическим характеристикам вещества принадлежат следующие свойства: реакционная способность в кислотно-основных и окислительно-восстановительных взаимодействиях, способность к комплексообразованию и пр.

Указанные свойства появляются только в системах, содержащих большое число структурных единиц. У одной молекулы нет ни плотности, ни твердости, ни температуры кипения, т. е. тех свойств, которые мы обнаруживаем у веществ. Именно поэтому и было сказано, что свойства вещества проявляются только у систем, содержащих 10¹⁷ и более одинаковых частиц. Свойства, проявляющиеся только у систем из большого числа частиц, называются холическими. Однако конкретные характеристики холических свойств определяются особенностями строения отдельных частиц, входящих в «холический ансамбль».

Отдельные частицы химического вещества состоят из элементарных частиц, среди которых чаще всего встречаются электроны, протоны и нейтроны. Протоны и нейтроны (их обобщенная пара носит название нуклон) образуют атомные ядра {нуклиды). Системы из нуклидов и связанных с ними электронов образуют атомы, ионы и молекулы. Вот почему для понимания возникновения холических свойств вещества необходимо знать индивидуальные свойства атомов и молекул.

Количество вещества измеряется в молях, в каждом из которых содержится 6,02 • 10²³ частиц. Именно к такому количеству частиц можно применять понятия агрегатного состояния, упорядоченности структуры в кристаллах, температуры, теплоемкости и других макроскопических характеристик. Молярная масса отличается от молекулярной массы единицами измерения.

Молекулярная масса измеряется в относительных атомных единицах массы (1 а.е.м. = 1/12 массы атома изотопа углерода ¹²С).

Молярная, или мольная, масса измеряется в граммах на 1 моль (г/моль).

Теоретическим фундаментом описания свойств вещества является квантовая механика, и в частности ее направление, которое принято называть квантовая химия.

Квантовая механика — фундаментальный раздел теоретической физики, описывающий квантовые системы и законы их движения.

В основе описания квантовой системы лежит представление о том, что некоторые физические величины могут принимать только определенные значения, изменяющиеся только с определенным интервалом — шагом. Этот шаг в физике называется квант (от лат. quantum — сколько) — неделимая порция какой-либо величины. В таких случаях говорят, что значение величины квантуется.

Принципиальным различием классической и квантовой механики является описание механического движения материальных тел. В классической механике движение описывается как перемещение по определенной траектории — от точки к точке. Тип движения в классической физике описывает движение центра масс физического тела. При квантово-механическом описании движения отсутствует понятие траектории.

Электрон при своем движении в поле ядра как бы «прыгает» с определенной вероятностью из одной области околоядерного пространства в другую, а не перемещается плавно в пространстве из одной области в соседнюю.

Для описания движения электронов в атомах российский физик В. Л. Янчи;

лин развивает представление о движении, разрывном в каждой точке. Теоретические основы этих представлений изложены, например, в его книге: Янчилин В. Л.

Квантовая нелокальность. М.: Красанд, 2010.