Строение вещества

АТОМЫ И ЭЛЕМЕНТЫ
Окружающий нас мир состоит из веществ, а вещества образованы мельчайшими частицами: кристаллами, молекулами и атомами. При этом наименьшими структурными частицами веществ являются молекулы (у молекулярных веществ) или кристаллы (атомные либо ионные). Из атомов же состоят лишь благородные газы: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn. Определённый вид атомов с одинаковым зарядом ядра называют химическим элементом.

ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
В настоящее время известно более 114 химических элементов, но устойчивыми являются только 83 элемента, остальные либо не существуют в природе (поэтому их получают путём радиоактивного синтеза), либо естественно радиоактивны, то есть самопроизвольно превращаются в другие химические элементы с излучением энергии и элементарных частиц. Данные о химических элементах собраны в Периодической системе Д.И.Менделеева (1869 год).

СИМВОЛЫ (ЗНАКИ) ЭЛЕМЕНТОВ
Химические знаки современного вида были предложены шведским химиком Й. Я.Берцелиусом в 1813 году

ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
В настоящее время общепринятой является короткопериодная форма Периодической системы. Все элементы расположены в порядке возрастания атомной массы. Горизонтальные строки, в которых у атомов происходит образование устойчивого внешнего электронного слоя, называются периодами. Периодов всего семь: 3 периода - малые и 4 - большие, причём последний ещё не завершён. В периодах слева направо закономерно уменьшается радиус атома, ослабевают металлические и усиливаются неметаллические свойства элемента, возрастает его электроотрицательность (χ)

ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
Вертикальные столбцы называют группами. Их восемь. Группы содержат элементы с одинаковой высшей степенью окисления. Группы подразделены на подгруппы. Если в подгруппе есть элементы малых и больших периодов, то эта подгруппа главная – подгруппа «А». Если в подгруппе находятся элементы только больших периодов, тогда эта подгруппа называется побочной или подгруппой «Б». В группе сверху вниз закономерно увеличивается радиус атомов и усиливаются металлические свойства элементов.

МЕТАЛЛЫ И НЕМЕТАЛЛЫ

Если от элемента бора (В) провести условную линию к элементу астату (At), то в главных подгруппах окажутся: правее и выше линии «B – At» – неметаллы; левее и ниже – металлы. Элементы, оказавшиеся вблизи этой линии проявляют переходные свойства. Неметаллов, включая благородные газы, насчитывается 22, все остальные элементы, в том числе и вновь синтезируемые, относятся к металлам. В побочных подгруппах находятся только металлы. Для металлов характерно небольшое число электронов на внешнем энергетическом уровне (1-3) и электроотрицательность ниже 2. Неметаллам присуща высокая электроотрицательность, 4 и более электронов на внешнем уровне. При образовании химических связей атомы металлов отдают внешние электроны, а атомы неметаллов их захватывают.

СТРОЕНИЕ АТОМА
Атомы имеют сложное строение: вокруг положительно заряженного массивного ядра движутся по определённым орбитам с огромной скоростью практически невесомые отрицательно заряженные электроны. Ядро состоит из нуклонов – протонов(+) и нейтронов(0). По форме орбиты электроны бывают 4 типов: s, p, d и f и образуют электронные облака (орбитали) 4 видов. Общее число электронов в атоме равно числу протонов в ядре, а число электронов на внешнем уровне (у элементов главных подгрупп) равно номеру группы. Число энергетических уровней (электронных слоёв) в атоме равно номеру периода.

ЭЛЕКТРОННЫЕ ОРБИТАЛИ

ФОРМУЛЫ АТОМОВ
В современной химии строение атомов принято изображать при помощи электронно-графических формул. На этой схеме показано строение 2-го и 3-го электронных уровней атома Na и превращение его в ион Na+:

ФОРМУЛЫ АТОМОВ
На таких формулах квадратом обозначается электронная орбиталь, стрелки внутри квадрата символизируют электроны, этажное расположение обозначает уровни и подуровни электронов. Графическая часть формулы подтверждается буквенно-цифровым обозначением. Отсюда их название: электронно-графические формулы.

ПОЛОЖЕНИЕ В СИСТЕМЕ
По положению в Системе можно определить:
Заряд ядра, число протонов в ядре и общее число электронов = порядковый номер элемента;
Число энергетических уровней (электронных оболочек) = номер периода;
Число электронов на внешнем уровне у элементов главных подгрупп = номер группы;
Металл или неметалл – по расположению относительно линии «B-At».

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕМЕНТА
Химический элемент можно характеризовать по следующим пунктам:
Положение в Периодической системе;
Металл или неметалл;
Электроотрицательность, то есть сила притяжения электронов к ядру;
Степень окисления, то есть число отданных или захваченных в процессе образования данного вещества, электронов (применяется к любым химическим элементам);
Валентность, то есть число образованных в данном веществе общих пар электронов (корректнее применять эту характеристику только к неметаллам).

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АТОМОВ
Для атомов присуще стремление приобрести более устойчивую и энергетически выгодную электронную конфигурацию, характерную для благородных газов (завершённый внешний энергетический уровень – «электронный октет»). В результате взаимодействия между собой, атомы более электроотрицательных элементов захватывают электроны на внешний уровень, а атомы менее электроотрицательных элементов – отдают свои внешние электроны.

ХИМИЧЕСКИЕ СВЯЗИ
Возможны 4 случая взаимодействия атомов:
Металл А – металл А, оба слабо удерживают внешние электроны, - образуется металлическая связь;
Металл А (отдаёт электроны) – неметалл В (захватывает электроны), образуются положительные и отрицательные ионы, а между ними ионная связь;
Неметалл В – неметалл С (электронные пары подтягивает к себе более электроотрицательный неметалл, образуется полярная ковалентная связь);
Неметалл В – неметалл В (электронные пары расположены строго посередине, так как электроотрицательность обоих атомов одинакова, образуется неполярная ковалентная связь).

ИОННАЯ И МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВЯЗИ
Атомы металлов очень слабо удерживают свои внешние электроны и в кристалле металла наряду с нейтральными атомами всегда присутствуют положительные ионы и свободно движущиеся электроны – «электронный газ». С этим связаны все типичные свойства простых веществ металлов: электропроводность, высокая теплопроводность, металлический блеск и ковкость. Таким образом, металлическая связь похожа на ионную, а свойства металлов - на свойства ионных веществ.

КОВАЛЕНТНЫЕ СВЯЗИ

ОБРАЗОВАНИЕ КОВАЛЕНТНОЙ СВЯЗИ
Ковалентная связь формируется между атомами неметаллов в результате перекрывания электронных облаков (другими словами, в результате образования общих пар электронов).

ВИДЫ КОВАЛЕНТНЫХ СВЯЗЕЙ
Они могут быть неполярными, полярными, одинарными, двойными и тройными. Двойные и тройные называются кратными

СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА
Частицы вещества находятся в непрестанном хаотическом движении, при повышении температуры колебания частиц усиливаются, а при понижении – замедляются. Соответственно существуют 3 агрегатных состояния веществ:
Твёрдое;
Жидкое;
Газообразное.

КЛАССИФИКАЦИЯ ВЕЩЕСТВ

ПРОСТЫЕ ВЕЩЕСТВА-МЕТАЛЛЫ
Золото
Серебро

ПРОСТЫЕ ВЕЩЕСТВА-НЕМЕТАЛЛЫ
Углерод
Сера

БИНАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Примером бинарных (состоящих из двух элементов) соединений являются оксиды. Здесь приведена их классификация:

ХАРАКТЕРИСТИКА ВЕЩЕСТВА
Любое вещество можно характеризовать его физическими и химическими свойствами: цветом, запахом, массой, плотностью, объёмом, критическими температурами, отношением к другим веществам. Специально для характеристики веществ введена величина, именуемая «количество вещества». Она обозначается как латинская «n» или греческая «ν(ню)» и измеряется в молях:

Mr и МОЛЯРНАЯ МАССА
Молярная масса веществ с атомным строением (или записываемых как атомные: Cu, Fe, Au, C, S, P, Ne, Xe…) численно равняется их атомной массе Ar. Молярная масса остальных веществ численно равна их относительной молекулярной массе Mr.
M = Ar (г/моль ) и M = Mr (г/моль)