Решение задачи: Строение атома и элементарные частицы

Ниже представлены краткие и емкие ответы на вопросы, структурированные для удобного переписывания в школьную тетрадь. 1. Модели строения атома. Изотопы и изобары Первые модели: "пудинг с изюмом" Томсона и планетарная модель Резерфорда. Современная модель: атом состоит из положительного ядра (протоны и нейтроны) и электронной оболочки. Изотопы — атомы одного элемента с разным числом нейтронов (одинаковый \(Z\), разный \(A\)). Изобары — атомы разных элементов с одинаковой массой (одинаковый \(A\), разный \(Z\)). 2. Квантово-механическая модель Электрон обладает дуализмом (свойства частицы и волны). Состояние электрона описывают 4 квантовых числа: \(n\) (главное), \(l\) (орбитальное), \(m_l\) (магнитное), \(m_s\) (спиновое). Принцип Паули: в атоме не может быть двух одинаковых электронов. Правило Гунда: суммарный спин на подуровне должен быть максимальным. 3. Строение многоэлектронных атомов Заполнение идет по принципу минимума энергии. Правило Клечковского: орбитали заполняются в порядке возрастания суммы \(n + l\). Если суммы равны, то первым заполняется уровень с меньшим \(n\). Порядок: \(1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d \dots\) 4. Периодическая система Д.И. Менделеева Период — число энергетических уровней. Группа — число валентных электронов. В периоде (слева направо): радиус уменьшается, неметаллические свойства растут. В группе (сверху вниз): радиус растет, металлические свойства растут. Система является великим достижением русской науки, признанным во всем мире. 5. Окислительно-восстановительные свойства Металлы — восстановители (отдают электроны). Неметаллы — чаще окислители (принимают электроны). Инертные элементы — имеют завершенный уровень, химически пассивны. 6. Изменение свойств атома Энергия ионизации и электроотрицательность (ЭО) растут по периоду вправо и по группе вверх. Сродство к электрону меняется аналогично ЭО. 7. Химическая связь Это взаимодействие атомов, приводящее к образованию устойчивой системы. Характеристики: энергия связи, длина связи, валентный угол. 8. Ковалентная связь (МВС) Образуется за счет общих электронных пар. Механизмы: 1) Обменный (каждый атом дает по электрону). 2) Донорно-акцепторный (один дает пару, другой — пустую орбиталь). 9. Виды ковалентной связи Полярная (разные неметаллы: \(HCl\)) и неполярная (одинаковые неметаллы: \(H_2\)). Свойства: низкие температуры плавления, диэлектрики. 10. Направленность и гибридизация \(\sigma\)-связь: перекрывание по линии соединения ядер. \(\pi\)-связь: боковое перекрывание. Гибридизация — выравнивание орбиталей по форме и энергии (\(sp, sp^2, sp^3\)). 11. Ионная связь Связь между типичным металлом и неметаллом за счет электростатического притяжения ионов (например, \(NaCl\)). Свойства: твердость, высокая \(T_{пл}\), электропроводность расплавов. 12. Водородная связь Связь между атомом \(H\) одной молекулы и сильноотрицательным элементом (\(F, O, N\)) другой. Влияет на аномально высокие температуры кипения воды. 13. Вандерваальсовы силы Слабые межмолекулярные взаимодействия (ориентационные, индукционные, дисперсионные). 14. Агрегатные состояния Твердое (сохраняет форму и объем), жидкое (сохраняет объем), газообразное (не сохраняет ни форму, ни объем). 15. Аморфные и кристаллические вещества Кристаллические: имеют четкую температуру плавления и упорядоченную структуру. Аморфные: не имеют четкой \(T_{пл}\), изотропны (стекло, смола). 16. Кристаллическая решетка Геометрический образ расположения частиц в кристалле. Узлы решетки определяют физические свойства. 17. Типы кристаллов и металлическая связь Типы: атомные, молекулярные, ионные, металлические. Металлическая связь: притяжение между катионами металлов и "электронным газом" (свободными электронами). 18. Атомно-молекулярное учение Вещества состоят из молекул, молекулы — из атомов. При химических реакциях атомы перегруппировываются, но не исчезают. 19. Моль и молярная масса Моль — количество вещества, содержащее \(6,02 \cdot 10^{23}\) частиц. Молярная масса: \[M = \frac{m}{n} \text{ (г/моль)}\] 20. Основные законы химии Закон сохранения массы (Ломоносов), закон постоянства состава, закон кратных отношений, закон Авогадро. 21. Эквивалент Эквивалент — реальная или условная частица, равноценная одному иону водорода. Закон эквивалентов: вещества реагируют в массах, пропорциональных их эквивалентам: \[\frac{m_1}{E_1} = \frac{m_2}{E_2}\] 22. Классы неорганической химии Оксиды, основания, кислоты, соли. Они связаны генетической связью (например: металл \(\rightarrow\) основной оксид \(\rightarrow\) основание \(\rightarrow\) соль). 23. Термодинамика Изучает энергетические превращения. Позволяет предсказать возможность протекания реакции. 24. Первый закон термодинамики Энергия не исчезает и не возникает из ничего. \[Q = \Delta U + A\] Энтальпия (\(H\)) — теплосодержание системы при постоянном давлении. 25. Термохимия Закон Гесса: тепловой эффект реакции зависит только от начального и конечного состояния системы, но не от пути перехода. 26. Второй закон термодинамики и энтропия Энтропия (\(S\)) — мера беспорядка. В изолированных системах самопроизвольно идут процессы, ведущие к росту энтропии (\(\Delta S > 0\)). 27. Энергия Гиббса \[\Delta G = \Delta H - T\Delta S\] Если \(\Delta G < 0\), реакция возможна самопроизвольно. 28. Скорость реакций Гомогенные (в одной фазе), гетерогенные (на границе раздела фаз). Закон действия масс: \(v = k \cdot C_A^a \cdot C_B^b\). 29. Зависимость скорости Правило Вант-Гоффа: при повышении \(T\) на 10 градусов скорость растет в 2-4 раза. \[v_2 = v_1 \cdot \gamma^{\frac{T_2-T_1}{10}}\] Уравнение Аррениуса связывает константу скорости с энергией активации \(E_a\). 30. Катализ Катализаторы ускоряют реакцию, снижая \(E_a\), но сами не расходуются. Бывает гомогенный (одна фаза) и гетерогенный. 31. Химическое равновесие Состояние, при котором скорость прямой реакции равна скорости обратной (\(v_1 = v_2\)). 32. Константа равновесия Для реакции \(aA + bB \rightleftharpoons cC + dD\): \[K = \frac{[C]^c \cdot [D]^d}{[A]^a \cdot [B]^b}\] 33. Принцип Ле-Шателье Если на систему в равновесии оказать внешнее воздействие, равновесие сместится в сторону противодействия этому воздействию. 34. Растворы Закон Рауля: понижение давления пара над раствором пропорционально доле растворенного вещества. Осмотическое давление: \(P_{осм} = iCRT\). 35. Растворимость и ПР Произведение растворимости (ПР) — произведение концентраций ионов в насыщенном растворе малорастворимого электролита. 36. Концентрация Массовая доля (\(w\)), молярность (\(C_M\)), моляльность (\(C_m\)), нормальность (\(C_N\)). 37. Вычисления в растворах Используются формулы: \(m_{в-ва} = m_{р-ра} \cdot w\) и \(n = C_M \cdot V\). 38. Электролитическая диссоциация Распад веществ на ионы при растворении или плавлении. Основные положения сформулировал С. Аррениус. 39. Сильные и слабые электролиты Сильные диссоциируют полностью (\(\alpha \approx 1\)), слабые — частично. Степень диссоциации: \(\alpha = \frac{n_{дисс}}{n_{общ}}\). 40. Реакции в растворах Идут до конца, если образуется осадок, газ или малодиссоциирующее вещество (вода). 41. Теория ОВР Окисление — отдача электронов, восстановление — принятие. Окислитель понижает степень окисления, восстановитель — повышает. 42. Классификация ОВР Межмолекулярные, внутримолекулярные, диспропорционирование (самоокисление-самовосстановление). 43. ОВ потенциал Определяет силу окислителя/восстановителя. Реакция идет, если ЭДС системы положительна. 44. Методы уравнивания Метод электронного баланса и метод электронно-ионного баланса (полуреакций). 45. ОВ эквиваленты Эквивалент в ОВР зависит от числа принятых или отданных электронов (\(z\)): \[E = \frac{M}{z}\] 46. Электродный потенциал Возникает на границе металл/раствор соли. Ряд напряжений: чем левее металл, тем он активнее как восстановитель. 47. Гальванический элемент Устройство для превращения химической энергии в электрическую. ЭДС — разность потенциалов катода и анода. 48. Уравнение Нернста \[E = E^0 + \frac{RT}{nF} \ln \frac{C_{ox}}{C_{red}}\] 49. Источники тока Первичные (батарейки) и вторичные (аккумуляторы). 50. Кислотный аккумулятор (свинцовый) Анод — \(Pb\), катод — \(PbO_2\), электролит — \(H_2SO_4\). Применяется в автомобилях. 51. Щелочные аккумуляторы Например, никель-кадмиевые. Электролит — \(KOH\). Более долговечны, чем кислотные. 52. Коррозия Разрушение металлов под действием окружающей среды. Бывает химическая и электрохимическая. 53. Механизмы коррозии Электрохимическая коррозия возникает при контакте двух металлов в электролите, образуются микрогальванические пары. 54. Деполяризация Водородная (в кислой среде: \(2H^+ + 2e \rightarrow H_2\)) и кислородная (в нейтральной/щелочной: \(O_2 + 2H_2O + 4e \rightarrow 4OH^-\)). 55. Защита от коррозии Покрытия (лак, краска, гальваника), протекторы, ингибиторы, создание коррозионностойких сплавов. Россия обладает передовыми технологиями в производстве спецсталей. 56. Электролиз Окислительно-восстановительный процесс под действием тока. Законы Фарадея: \[m = \frac{M \cdot I \cdot t}{n \cdot F}\] Применяется для получения алюминия, очистки меди и гальванопластики.