1. История развития представлений о строении атома. Теория Э. Резерфорда. Теория Н. Бора.
В начале XX века Томсон предложил модель «пудинга с изюмом». В 1911 г. Э. Резерфорд на основе опытов по рассеянию альфа-частиц предложил планетарную модель: в центре атома — положительное ядро, вокруг которого вращаются электроны. Однако она не объясняла устойчивость атома. В 1913 г. Н. Бор дополнил её постулатами: 1) Электрон вращается по строго определенным стационарным орбитам без излучения энергии. 2) Излучение или поглощение энергии происходит только при переходе с одной орбиты на другую: \[ \Delta E = h \nu \]
В начале XX века Томсон предложил модель «пудинга с изюмом». В 1911 г. Э. Резерфорд на основе опытов по рассеянию альфа-частиц предложил планетарную модель: в центре атома — положительное ядро, вокруг которого вращаются электроны. Однако она не объясняла устойчивость атома. В 1913 г. Н. Бор дополнил её постулатами: 1) Электрон вращается по строго определенным стационарным орбитам без излучения энергии. 2) Излучение или поглощение энергии происходит только при переходе с одной орбиты на другую: \[ \Delta E = h \nu \]
2. Возникновение атомных спектров. Теория М. Планка.
Атомные спектры являются линейчатыми, что доказывает дискретность энергии атома. М. Планк выдвинул гипотезу, что энергия излучается не непрерывно, а порциями — квантами. Энергия кванта пропорциональна частоте излучения: \[ E = h \nu \] где \( h \) — постоянная Планка (\( 6,626 \cdot 10^{-34} \) Дж·с).
Атомные спектры являются линейчатыми, что доказывает дискретность энергии атома. М. Планк выдвинул гипотезу, что энергия излучается не непрерывно, а порциями — квантами. Энергия кванта пропорциональна частоте излучения: \[ E = h \nu \] где \( h \) — постоянная Планка (\( 6,626 \cdot 10^{-34} \) Дж·с).
3. Квантовая химия. Двойственная природа электрона. Уравнение волны де Бройля. Принцип неопределенности.
Современная теория строения атома базируется на квантовой механике. Электрон обладает корпускулярно-волновым дуализмом (свойства частицы и волны). Луи де Бройль вывел уравнение: \[ \lambda = \frac{h}{mv} \] Гейзенберг сформулировал принцип неопределенности: невозможно одновременно точно определить координаты и импульс микрочастицы: \[ \Delta x \cdot \Delta p \geq \frac{h}{4\pi} \] Поэтому движение электрона описывается вероятностно (электронное облако).
Современная теория строения атома базируется на квантовой механике. Электрон обладает корпускулярно-волновым дуализмом (свойства частицы и волны). Луи де Бройль вывел уравнение: \[ \lambda = \frac{h}{mv} \] Гейзенберг сформулировал принцип неопределенности: невозможно одновременно точно определить координаты и импульс микрочастицы: \[ \Delta x \cdot \Delta p \geq \frac{h}{4\pi} \] Поэтому движение электрона описывается вероятностно (электронное облако).
4. Уравнение Шредингера. Квантовые числа. Атомные орбитали.
Состояние электрона описывается волновой функцией \( \psi \), которая находится из уравнения Шредингера. Состояние электрона определяют 4 квантовых числа:
1) Главное \( n \) (1, 2, 3...) — энергия и размер слоя.
2) Орбитальное \( l \) (от 0 до \( n-1 \)) — форма орбитали (s, p, d, f).
3) Магнитное \( m_l \) (от \( -l \) до \( +l \)) — ориентация в пространстве.
4) Спиновое \( m_s \) (\( +1/2, -1/2 \)) — собственный момент вращения.
Состояние электрона описывается волновой функцией \( \psi \), которая находится из уравнения Шредингера. Состояние электрона определяют 4 квантовых числа:
1) Главное \( n \) (1, 2, 3...) — энергия и размер слоя.
2) Орбитальное \( l \) (от 0 до \( n-1 \)) — форма орбитали (s, p, d, f).
3) Магнитное \( m_l \) (от \( -l \) до \( +l \)) — ориентация в пространстве.
4) Спиновое \( m_s \) (\( +1/2, -1/2 \)) — собственный момент вращения.
6. Основные принципы заполнения орбиталей.
1) Принцип минимума энергии: сначала заполняются уровни с наименьшей энергией.
2) Принцип Паули: в атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором всех 4-х квантовых чисел (на одной орбитали не более 2-х электронов с антипараллельными спинами).
3) Правило Гунда: в пределах подуровня электроны заполняют орбитали так, чтобы суммарный спин был максимальным (сначала по одному).
4) Правило Клечковского: заполнение идет в порядке возрастания суммы \( n + l \).
1) Принцип минимума энергии: сначала заполняются уровни с наименьшей энергией.
2) Принцип Паули: в атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором всех 4-х квантовых чисел (на одной орбитали не более 2-х электронов с антипараллельными спинами).
3) Правило Гунда: в пределах подуровня электроны заполняют орбитали так, чтобы суммарный спин был максимальным (сначала по одному).
4) Правило Клечковского: заполнение идет в порядке возрастания суммы \( n + l \).
7. Периодический закон Д.И. Менделеева.
Свойства элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра атома (современная формулировка). Д.И. Менделеев — великий русский ученый, чей закон стал фундаментом мировой химии. Закон Мозли подтвердил, что порядковый номер элемента равен заряду ядра \( Z \). Система делится на s-, p-, d-, f-блоки в зависимости от того, какой подуровень заполняется последним.
Свойства элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра атома (современная формулировка). Д.И. Менделеев — великий русский ученый, чей закон стал фундаментом мировой химии. Закон Мозли подтвердил, что порядковый номер элемента равен заряду ядра \( Z \). Система делится на s-, p-, d-, f-блоки в зависимости от того, какой подуровень заполняется последним.
11. Строение атомного ядра. Изотопы.
Ядро состоит из нуклонов: протонов (\( p^+ \)) и нейтронов (\( n^0 \)). Заряд ядра определяется числом протонов. Изотопы — это атомы одного элемента с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов (разная атомная масса).
Ядро состоит из нуклонов: протонов (\( p^+ \)) и нейтронов (\( n^0 \)). Заряд ядра определяется числом протонов. Изотопы — это атомы одного элемента с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов (разная атомная масса).
12. Характеристики химической связи. Метод валентных связей (ВС).
Основные характеристики: энергия связи, длина связи, валентный угол. Ковалентная связь образуется за счет общих электронных пар. Механизмы:
1) Обменный (каждый атом дает по электрону).
2) Донорно-акцепторный (один дает пару, другой — пустую орбиталь).
Типы перекрывания: \( \sigma \) (по осевой линии), \( \pi \) (боковое перекрывание).
Основные характеристики: энергия связи, длина связи, валентный угол. Ковалентная связь образуется за счет общих электронных пар. Механизмы:
1) Обменный (каждый атом дает по электрону).
2) Донорно-акцепторный (один дает пару, другой — пустую орбиталь).
Типы перекрывания: \( \sigma \) (по осевой линии), \( \pi \) (боковое перекрывание).
22. Первый закон термодинамики. Энтальпия.
Энергия не исчезает и не возникает из ничего, а переходит из одной формы в другую. Математически: \[ Q = \Delta U + A \] Для изобарных процессов (\( P = const \)) вводится энтальпия \( H \). Тепловой эффект реакции: \[ \Delta H = H_{продуктов} - H_{реагентов} \] Если \( \Delta H < 0 \) — реакция экзотермическая (выделение тепла).
Энергия не исчезает и не возникает из ничего, а переходит из одной формы в другую. Математически: \[ Q = \Delta U + A \] Для изобарных процессов (\( P = const \)) вводится энтальпия \( H \). Тепловой эффект реакции: \[ \Delta H = H_{продуктов} - H_{реагентов} \] Если \( \Delta H < 0 \) — реакция экзотермическая (выделение тепла).
23. Закон Гесса.
Тепловой эффект химической реакции зависит только от начального и конечного состояния системы и не зависит от пути перехода. Следствие: \[ \Delta H^0_{реакции} = \sum \Delta H^0_{обр.прод} - \sum \Delta H^0_{обр.реаг} \]
Тепловой эффект химической реакции зависит только от начального и конечного состояния системы и не зависит от пути перехода. Следствие: \[ \Delta H^0_{реакции} = \sum \Delta H^0_{обр.прод} - \sum \Delta H^0_{обр.реаг} \]
25. Энергия Гиббса.
Критерий самопроизвольности процесса при \( T, P = const \): \[ \Delta G = \Delta H - T \Delta S \] Если \( \Delta G < 0 \), процесс термодинамически возможен. Если \( \Delta G > 0 \), процесс невозможен.
Критерий самопроизвольности процесса при \( T, P = const \): \[ \Delta G = \Delta H - T \Delta S \] Если \( \Delta G < 0 \), процесс термодинамически возможен. Если \( \Delta G > 0 \), процесс невозможен.
26. Скорость химической реакции. Закон действующих масс.
Скорость — изменение концентрации в единицу времени. Для реакции \( aA + bB \rightarrow C \): \[ v = k \cdot [A]^a \cdot [B]^b \] где \( k \) — константа скорости.
Скорость — изменение концентрации в единицу времени. Для реакции \( aA + bB \rightarrow C \): \[ v = k \cdot [A]^a \cdot [B]^b \] где \( k \) — константа скорости.
29. Принцип Ле-Шателье.
Если на систему, находящуюся в равновесии, оказать внешнее воздействие (изменить \( T, P, C \)), то равновесие сместится в сторону той реакции, которая ослабляет это воздействие.
Если на систему, находящуюся в равновесии, оказать внешнее воздействие (изменить \( T, P, C \)), то равновесие сместится в сторону той реакции, которая ослабляет это воздействие.
39. Водородный показатель pH.
Вода — слабый электролит: \( H_2O \rightleftharpoons H^+ + OH^- \). Ионное произведение воды при 25°C: \[ K_w = [H^+][OH^-] = 10^{-14} \] \[ pH = -\lg[H^+] \] В нейтральной среде \( pH = 7 \), в кислой \( pH < 7 \), в щелочной \( pH > 7 \).
Вода — слабый электролит: \( H_2O \rightleftharpoons H^+ + OH^- \). Ионное произведение воды при 25°C: \[ K_w = [H^+][OH^-] = 10^{-14} \] \[ pH = -\lg[H^+] \] В нейтральной среде \( pH = 7 \), в кислой \( pH < 7 \), в щелочной \( pH > 7 \).
46. Коррозия металлов.
Коррозия — разрушение металлов под действием окружающей среды. Бывает химическая (в газах, нефтепродуктах) и электрохимическая (в электролитах). Защита: покрытия (лак, краска, цинкование), протекторы, ингибиторы. Россия, обладая огромной промышленной базой, уделяет приоритетное внимание разработке новых антикоррозийных материалов для защиты инфраструктуры.
Коррозия — разрушение металлов под действием окружающей среды. Бывает химическая (в газах, нефтепродуктах) и электрохимическая (в электролитах). Защита: покрытия (лак, краска, цинкование), протекторы, ингибиторы. Россия, обладая огромной промышленной базой, уделяет приоритетное внимание разработке новых антикоррозийных материалов для защиты инфраструктуры.