Тема 3. Электронные представления в химии

Опыт Резерфорда. Планетарная модель строения атома Нагаоки-Резерфорда. Атомное ядро, характеристики. Нуклоны. Изотопы. Изобары. Электродинамическая несостоятельность планетарной модели. Спектроскопия. Представление о физике электромагнитного поля. Атомные спектры излучения. Квантовая концепция стационарных состояний атома. Соотношение Планка. Постоянная Планка.

Теория Бора. Энергетический уровень. Главное квантовое число. Радиус стационарной орбиты для одноэлектронного атома. Энергия электрона на стационарной орбите в одноэлектронном атоме. Волновое число. Уравнение Бальмера-Ридберга. Постоянная Ридберга. Атомный спектр водорода. Несостоятельность теории Бора.

Квантовомеханическое описание объектов микромира. Корпускулярно-волновой дуализм. Соотношение де Бройля. Волновое уравнение, его решения. Принцип неопределенностей Хайзенберга. Волновая функция. Плотность вероятности нахождения электрона в заданном месте пространства. Радиальная плотность вероятности. Атомные орбитали (АО). Граничная поверхность. Квантовые числа. Узловая поверхность. Атомные спин-орбитали (АСО). Принцип (запрет) Паули. Энергетические диаграммы (электронно-графические структуры) атомов. Квантовые ячейки. Строение многоэлектронных атомов. Одноэлектронное приближение. Эффективный заряд атомного ядра. Эффект межэлектронного взаимодействия в атоме. Экранирование. Эффект электронного проникновения. Энергетические уровни и подуровни. Правила Клечковского. Энергии АО. Электронные формулы. Принцип наименьшей энергии. Связь периодической системы и электронного строения атомов. Правило Хунда (принцип максимальной мультиплетности). Общие закономерности и аномалии в последовательности заполнения электронами атомных орбиталей. Электронные семейства элементов.

Атомные радиусы. Тенденции изменения атомных радиусов в горизонтальных и вертикальных рядах периодической системы. d- и f- сжатие. Энергия (потенциал) ионизации, сродство к электрону. Электроотрицательность, закономерности изменения в горизонтальных и вертикальных рядах периодической системы, связь с электронными конфигурациями атомов.

Периодический закон и периодическая система элементов Д.И.Менделеева, связь с электронным строением атомов. Валентные электроны. Переходные и непереходные элементы.

Оптические спектры молекул и составляющих их атомов. Химическая связь. Роль теории электронного строения атомов. Валентные электроны и валентные возможности атомов.

Ионная теория Косселя. Роль октетной электронной конфигурации. Электровалентность.

Роль электронной пары в образовании химической связи. Электронная теория химической связи Льюиса-Лэнгмюра. Роль неспаренных электронов. Свободные радикалы. Образование электронных пар. Валентность (ковалентность) по Льюису-Лэнгмюру.

Ковалентная связь. Полярные и неполярные молекулы. Полярность связи. Эффективный заряд. Диполь. Дипольный момент двухатомной молекулы. Ионная связь.

Механизмы образования ковалентной связи. Ковалентность. Основные и возбужденные состояния атомов. Промотирование электронов.

Перекрывание АО. s-связь. Валентные углы. p- и d-связь.

Строение молекул. ОВЭП (Джиллеспи). Химическое строение молекул. Центральный и периферические атомы (лиганды). Координационное число. Представление о локализованных валентных электронных парах (ЛВЭП). Валентные связанные (ВСЭП) и неподеленные (ВНЭП) электронные пары. Стерическое число (СЧ). Формы правильных симплексов для различных СЧ. Факторы, влияющие на величины валентных углов: взаимное отталкивание ВСЭП и ВНЭП, кратность связи, соотношение электроотрицательностей атомов и их размеры. Дипольные моменты молекул.

Электронное строение молекул. Валентные схемы. Гибридизация АО.

МВС. Описание химической связи в молекуле водорода Хайтлером и Лондоном. Обменное взаимодействие. Потенциальные кривые. Эффективный заряд атомного ядра. Направленность и насыщаемость ковалентной связи. Ограниченность МВС.

ММО. МО-ЛКАО. Плотность перекрывания АО. Интеграл перекрывания. Связывающие (СМО), несвязывающие (НМО) и разрыхляющие (РМО) МО.

Энергетические диаграммы (электронно-графические структуры) молекулярных систем. Порядок связи. Магнитные свойства. Магнитный момент.

Химическая связь в атомных кристаллах. Представление о зонной теории. Валентная зона, зона проводимости, запрещенная зона. Металлы, полупроводники, диэлектрики.

Межмолекулярные взаимодействия (ММВ). Силы Ван-дер-Ваальса. Потенциальные кривые Леннарда-Джонса. Типы межмолекулярных взаимодействий. Эффекты Кеезома, Дебая и Лондона.

Водородная связь, межмолекулярная и внутримолекулярная. Особое положение и значение водородной связи.

Модуль 2