Контрольная работа по физике
Многоэлектронные атомы
В атоме водорода электрон находится в силовом поле, которое создается только ядром. В многоэлектронных атомах на каждый электрон действует не только ядро, но и все остальные электроны. При этом электронные облака отдельных электронов как бы сливаются в одно общее многоэлектронное облако. Точное решение уравнения Шредингера для таких сложных систем связано с большими затруднениями и, как правило, недостижимо. Поэтому состояние электронов в сложных атомах и в молекулах определяют путем приближенного решения уравнения Шредингера.
Общим для всех приближенных методов решения этого уравнения является так называемое одноэлектронное приближение, т.е. предположение, что волновая функция многоэлектронной системы может быть представлена в виде суммы волновых функций отдельных электронов. Тогда уравнение Шредингера может решаться отдельно для каждого находящегося в атоме электрона, состояние которого, как и в атоме водорода, будет определяться значениями квантовых чисел n, l, m и s. Однако и при этом упрощении решение уравнения Шредингера для многоэлектронных атомов и молекул представляет весьма сложную задачу и требует большого объема трудоемких вычислений. В последние годы подобные вычисления выполняются, как правило, с помощью быстродействующих электронных вычислительных машин, что позволило произвести необходимые расчеты для атомов всех элементов и для многих молекул.
Исследование спектров многоэлектронных атомов показало, что здесь энергетическое состояние электронов зависит не только от главного квантового числа n, но и от орбитального квантового числа l. Это связано с тем, что электрон в атоме не только притягивается ядром, но и испытывает отталкивание со стороны электронов, расположенных между данным электроном и ядром. Внутренние электронные слои как бы образуют своеобразный экран, ослабляющий притяжение электрона к ядру, или, как принято говорить, экранируют внешний электрон от ядерного заряда. При этом для электронов, различающихся значением орбитального квантового числа l, экранирование оказывается неодинаковым.
Так, в атоме натрия (порядковый номер Z=11) ближайшие к ядру К- шли L-слои заняты десятью электронами; одиннадцатый электрон принадлежит к M-слою (n = 3). На рис. 1 кривая 1 изображает радиальное распределение вероятности для суммарного электронного облака десяти «внутренних» электронов атома натрия: ближайший к ядру максимум электронной плотности соответствует К-слою, второй максимум- L-слою. Преобладающая часть внешнего электронного облака атома натрия расположена вне области, занятой внутренними электронами, и потому сильно экранируется. Однако часть этого электронного облака проникает в пространство, занятое внутренними электронами, и потому экранируется слабее.
Рисунок 1 - График радиального распределения в атоме натрия: 1 – для десяти электронов K и L-слоев; 2 – для 3S-электрона; 3 – для 3Р-электрона
Какое же из возможных состояний внешнего электрона атома натрия - 3s, Зр или 3d- отвечает более слабому экранированию и, следовательно, более сильному притяжению к ядру и более низ-кон энергии электрона? Как показывает рис. 2, электронное облако Зs-электрона в большей степени проникает в область, занятую электронами K- и L-слоев, и потому экранируется слабее, чем электронное облако Зр-электрона. Следовательно, электрон в состоянии 3s будет сильнее притягиваться к ядру и обладать меньшей энергией, чем электрон в состоянии Зр. Электронное облако Зd-орбитали практически полностью находится вне области, занятой внутренними электронами, экранируется в наибольшей степени и наиболее слабо притягивается к ядру. Именно поэтому устойчивое состояние атома натрия соответствует размещению внешнего электрона на орбитали 3s.
Таким образом, в многоэлектронных атомах энергия электрона зависит не только от главного, но и от орбитального квантового числа. Главное квантовое число определяет здесь лишь некоторую энергетическую зону, в пределах которой точное значение энергии электрона определяется величиной l. В результате возрастание энергии по энергетическим подуровням происходит примерно в следующем порядке.
В многоэлектронных атомах вследствие взаимного электростатического отталкивания электронов существенно уменьшается прочность их связи с ядром. Например, энергия отрыва электрона от иона Не+
равна 54,4 эВ, в нейтральном атоме Не она значительно меньше - 24,6 эВ. Для более тяжелых атомов связь внешних электронов с ядром еще слабее.
Важную роль в многоэлектронных атомах играет специфическое обменное взаимодействие, связанное с неразличимостью электронов, и тот факт, что электроны подчиняются Паули принципу, согласно которому, в каждом квантовом состоянии, характеризуемом четырьмя квантовыми числами, не может находиться более одного электрона. Для многоэлектронного атома имеет смысл говорить только о квантовых состояниях всего атома в целом.
Однако приближенно, в так называемом одноэлектронном приближении, можно рассматривать квантовые состояния отдельных электронов и характеризовать каждое одноэлектронное состояние (определенную орбиталъ, описываемую соответствующей функцией) совокупностью четырех квантовых чисел n, l, ml
и ms
. Совокупность 2(2l+ 1) электронов в состоянии с данными n и l образует электронную оболочку (называемую также подуровнем, подоболочкой); если все эти состояния заняты электронами, оболочка называется заполненной (замкнутой).
Задача
Определить энергию активации и температуру Т3
, если константа скорости К3
=3,0 мин-1
, при температуре Т1
=9,4 °С константа скорости К1
=2,37 мин-1
, а при температуре Т2
=14,4 °С константа скорости К3
=3,2 мин-1
.
Решение:
Сначала находим Т1
иТ2
:
Т1
=9,4+273=282,4 К;
Т2
=14,4+273=287,4 К.
Затем по уравнению Аррениуса рассчитываем энергию активации:
Еакт
= 2,303 •8,314 •282,4 •287,4 •lg((3.2/2.37)/(282.4-287.4))=40698 Дж/моль.
После этого в уравнении Аррениуса величину К2
и Т2
заменяем на К3
и Т3
и выражаем Т3
:
Т3
=Т1
•Еакт
/(Еакт
-2,303 •R •Т1
•lg(K1
/K2
));
Т3
=282,4•40698/(40698-2,303 •8,314 •282,4 •lg(3,0/2,37)) = 286,3 К = 13,3 °С
Ответ:
Энергия активации равна 40698 Дж/моль,
Температура равна 13,3 °С.
Список литературы
1. Карапетьянц М.X., Дракин С.И., Строение вещества, 3 изд., М., 1978.
2. Ельяшевич М.А., Атомная физика, 7 изд., т. 1-2, М., 1984.
3. xumuk/
4. ru./
Другие работы по теме:
Теория строения органических соединений АМ Бутлерова
Graphics ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ А. М. БУТЛЕРОВА. Graphics ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ- ЭТО ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЕСТЬ СОЕДИНЕНИЯ АТОМОВ В МОЛЕКУЛЕ, ПОРЯДОК ИХ ВЗАИМОСВЯЗИ И ВЗАИМНОГО ВЛИЯНИЯ ИХ ДРУГ НА ДРУГА. Graphics
Окислительно-восстановительный реакции
Окисли?тельно-восстанови?тельные реа?кции (ОВР) — это встречно-параллельные химические реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, реализующихся путём перераспределения электронов между атомом-окислителем и атомом-восстановителем.
ОВР с участием органических веществ
В ОВР органических веществ с неорганическими органические вещества чаще всего являются восстановителями. Так, при сгорании органического вещества в избытке кислорода всегда образуется углекислый газ и вода. Сложнее протекают реакции при использовании менее активных окислителей. В этом параграфе рассмотрены только реакции представителей важнейших классов органических веществ с некоторыми неорганическими окислителями.
Химическое строение алкадиенов
МПС РФ ЧИПС УрГУПС Самостоятельная работа по теме: Алкадиены. Каучук Выполнил: студент 17А группы отд. ОПУД Шарманов Владимир Челябинск 2000 План: Строение алкадиенов:
Атомно-кристаллическое строение металлов
Строение металлов в твердом состоянии. Энергетические условия взаимодействия атомов в кристаллической решетке вещества. Атомно-кристаллическое строение. Кристаллические решетки металлов и схемы упаковки атомов. Полиморфные (аллотропические) превращения.
Химия (Шпаргалка)
Метан C2 H6 Этан C3 H8 Пропан C4 H10 Бутан C5 H12 Пентан C6 H14 Гексан C7 H16 Гептан C8 H18 Октан C9 H20 Нонан C10 H22 Декан 1.Все атомы, образ. молекулы орган. вещ-в, связаны в опред. послед. согласно их валентностям.
Основные типы химической связи
сновные типы химической связи Вам известно, что атомы могут соединяться друг с другом с образованием как простых, так и сложных веществ. При этом образуются различного типа химические связи:
Алкадиены. Каучук
МПС РФ ЧИПС УрГУПС Самостоятельная работа по теме: Алкадиены. Каучук Выполнил: студент 17А группы отд. ОПУД Шарманов Владимир Челябинск 2000 План: Строение алкадиенов:
Механические свойства твердых тел
Text Text ЗАДАЧА 1 ЗАДАЧА 1 Почему в природе не существует кристаллов шарообразной формы? Решение: Все монокристаллы анизотропные, т.е. физические свойства зависит от направления его кристаллов. Следовательно. Рост кристаллов не одинаков по разным направлениям внутри кристаллов.
Виды излучений. Источники
ВИДЫ ИЗЛУЧЕНИЙ. ИСТОЧНИКИ. Источник света должен потреблять энергию Свет – это электромагнитные волны с длиной волны 410-7-810-7 м. Электромагнитные волны излучаются при ускоренном движении заряженных частиц. Эти заряженные частицы входят в состав атомов, из которых состоит вещество.
Многоэлектронные атомы
Структура спектров испускания атомов щелочных металлов. Основные отличия схем уровней натрия и водородного атома. Характеристика рентгеновского излучения. Сравнительная характеристика Сплошной и дискретный спектр. Закон Мозли и эффект экранирования ядра.
Физика металлов
Атомная структура железа. Дефекты шлаковых и газовых раковин в отливках. Различие между твердым и жидким фазовыми состояниями. Промежуточные фазы, которые могут быть в металлических сплавах. Хрупкое и вязкое разрушение. Понятие изоморфных металлов.
Физика металлов
Понятие атомного номера элемента в таблице Менделеева. Сопоставление квантовых чисел с определяемыми ими категориями. Связь между атомами в металлах. Классификация дефектов строения кристаллов. Переход вещества из одного агрегатного состояния в другое.
Агрегатные состояние вещества
Таганрогский государственный радиотехнический Университет Реферат по Естествознанию на тему : Агрегатное состояние веществ. Димитров В.И. Группа М-78
Молекулярная физика
Постоянная Авогадро, Броуновское движение, идеальный газ, температура и ее измерение.
Атомы и молекулы
О том, что все сущее состоит из частиц, знали еще древние греки. Около 420 г. до н. э. философ Демокрит поддержал гипотезу, что материя состоит из крошечных, неделимых частиц. По-гречески atomos означает "неделимый", поэтому эти частицы назвали атомами.
Почему жизнь концентрируется при 37°С
Сегодня не существует теории для описания сложных открытых химических систем произвольного состава. Признанный специалист в области неравновесной химической термодинамики И.Пригожин считает, что такая общая теория в принципе невозможна.
Лазерная нанотехнология
Все компьютерные микропроцессоры изготавливаются на кремниевой подложке методом фотолитографии: свет, проходя через шаблон с рисунком схемы, формирует негатив этого рисунка на пластине, закладывая сплетение межсоединений.
Теория молекулярных орбиталей
Атомы объединяются в молекулы благодаря химическим связям. Причем участвуют в образовании этих связей электроны, находящиеся во внешнем слое этих атомов. Существует несколько теорий, описывающих процесс связывания.
Витализм
Переосмысленная атомная теория строения вещества помогла понять сложный состав большинства найденных в природе веществ. Оставалась одна проблема — казалось, что многие молекулы существуют только в биологических системах.
Спектр, цвет и температура звезд
Спектры звезд крайне разнообразны. Почти все они — спектры поглощения. Это результат поглощения света во внешних оболочках звезд. Изучение спектров позволяет определить химический состав атмосфер звезд.
Атом
За триста с лишним лет до нашей эры в Древней Греции ученые-философы рассуждали так: любое вещество, любой предмет можно разделить на части. Камень можно раздробить в мелкий порошок. Воду — расплескать, а потом она испарится, превратится в пар.
Правило октета
Атомы стремятся отдавать или принимать электроны до тех пор, пока в их внешнем слое не станет 8 электронов.
Химические связи
Атомы могут присоединяться друг к другу, либо отдавая и принимая электроны, либо делясь парами электронов с соседними атомами, либо делясь электронами со многими другими атомами, либо благодаря эффекту поляризации.
Теория окислительно-восстановительных реакций
После открытия кислорода, французскому химику Лавуазье удалось выяснить, что горение есть реакция соединения с кислородом. В соответствии латинским наименованием кислорода "oxigenium" реакции соединения с кислородом были названы окислением.
Катализаторы и ферменты
Катализатором, или ферментом (в случае биохимической реакции), называется вещество, помогающее протеканию химической реакции, но не изменяющееся в ходе нее.
Фтор
Атом, молекула, ядерные свойства. Строение атома фтора.
Эпикур
Эпикур был сторонником атомистического материализма, признавая, что все в мире состоит из атомов. Характеризуя атомы, Эпикур ввел новое понятие, которого не было ни у Левкиппа, ни у Демокрита — он считал, что атомы имеют вес.
Тит Лукреций Кар
Римский поэт и философ Тит Лукреций Кар (ок. 99–55 гг. до н.э.) жил в трудное и суровое время — в период диктатуры Суллы, борьбы Суллы с Марием, восстания рабов под руководством Спартака. Но о самом философе нам известно очень мало.
Демокрит
Демокрит - древнегреческий философ, основоположник атомизма. Согласно этому учению, все происходящее представляет собой движение атомов, которые различаются по форме и величине, месту и расположению.