Пример. При взаимодействии двух атомов молекул водорода и хлора образуется две молекулы хлористого водорода:

Поскольку атомы имеют постоянную массу, не меняется и масса веществ до и после реакции.

2. Закон постоянства состава – всякое чистое вещество независимо от способа его получения всегда имеет постоянный качественный и количественный состав.

Пример. Углекислый газ можно получить различными способами:

– из углерода и кислорода:

– из оксида углерода и кислорода:

– действием кислот на карбонаты:

Независимо от способа получения, во всех случаях чистый оксид углерода будет иметь приведенный выше состав.

3. Газовые законы. Закон Авогадро. Молекулярный объем газа.

Закон объемных отношений – объемы вступающих в реакцию газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) относятся друг к другу как простые целые числа.

Пример. 1 л хлора соединяется с 1 л водорода, образуя 2 л хлористого водорода:

или 2 л оксида серы (IV) соединяются с 1 л кислорода, образуя 2 л оксида серы (VI):

Закон Авогадро – в равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температура и давление) содержится одинаковое число молекул, т.е. 1 моль любого газа занимает одинаковый объем – 22,4 л/моль.

Пример расчета. При нормальных условиях, т.е. температуре 273 К и давлении 101 325 Па, масса 1 л водорода равна 0,09 г.

Молекулярная масса его равна

тогда объем, занимаемый 1 моль водорода, равен

При тех же условиях, масса 1 л кислорода равна 1,429 г, а его молекулярная масса – 32 г/моль, тогда объем газа равен

Следовательно, при нормальных условиях 1 моль различных газов занимает объем, равный 22,4 л. Этот объем называется молярным объемом газа.

Молярный объем газа – это отношение объема газа при данных условиях к количеству вещества этого газа:

где V_M и V(В) – соответственно молярный объем и объем газа В при данных условиях; n(В) – количества вещества газа В.

Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов. Массы протона (1,673×10–²⁷кг) и нейтрона (1,675×10–²⁷кг) практически равны и равны примерно одной атомной единице массы (1,66×10–²⁷). Протон обладает зарядом +1, заряд нейтрона равен 0 – частица электронейтральна.

Число протонов в атоме носит название протонного числа. Оно равно атомному номеру элемента. Атомный номер элемента называют также порядковым номером, говоря о месте элемента в периодической системе. Сумма чисел протонов (Z) и нейтронов (N) соответствуют массовому числу (А). Эти параметры связаны между собой соотношениями:

Пример:

Атом с определенным значением атомного номера (протонного числа) и массового числа (нуклонного числа) называется нуклидом. Нуклиды с одинаковым зарядом ядра, но различными массовыми числами (А), т.е. числом нейтронов, называются изотопами (³⁵₁₇Cl и ³⁷₁₇Cl; ¹⁶₈O и ¹⁷₈О).

Большинство свойств атома определяются его электронным строением. Согласно квантово-механическим представлениям, движущемуся электрону присуща двойственная природа – дуализм. Электрон – это частица, которая имеет определённую массу и заряд. Его движение вокруг ядра носит волновой характер. Состояние электрона в атоме описывается с помощью квантово-механической модели – электронного облака. Электронная плотность облака неравномерна. По мере удаления от ядра электронная плотность возрастает и достигает максимального значения на расстоянии 0,053 нанометров (нм).

Электроны в атоме находятся лишь в определенных квантовых состояниях, соответствующих определенным значениям его энергии связи с ядром.

Значение энергии электрона является главным квантовым числом, которое может принимать только целостные значения n = 1,2,3 ….∞.

Пространство вокруг ядра, в котором наиболее вероятно нахождение электрона, называется атомной электронной орбиталью, или просто орбиталью. В зависимости от энергии электронов, орбитали имеют различные формы и размеры. Орбиталь, имеющая сферическую форму, обозначается буквой s, а электроны, образующие эту орбиталь, называются s-электронами.

Орбитали, имеющие форму объемной восьмерки (гантелей) называются р-орбиталями, а электроны, которые на них размещаются – р-электронами. Существуют d- и f-орбитали, которые имеют сложную форму, им соответствуют d- и f-электроны. На одной орбитали может находиться не более двух электронов, имеющих противоположный момент вращения вокруг оси (спин1). В этом случае два электрона называются спаренными.

Электроны с близкими значениями энергии составляют в атоме электронный слой, или энергетический уровень. Число энергетических уровней в атоме соответствует номеру периода, в котором находится химический элемент в периодической системе.

Каждый энергетический уровень обозначается своим номером: n = 1, 2, 3, 4 и т.д. или K, L, M, N, O, P, Q.

Наибольшее число электронов на энергетическом уровне равно удвоенному квадрату номера уровня:

где N – число электронов;

n – номер уровня.

Значения энергии электронов одного и того же энергетического уровня могут несколько различаться, образуя подуровни (подслои). Они обозначаются буквами s, p, d, f.

Число энергетических подуровней на любом конкретном энергетическом уровне равно его номеру.

Электронное состояние атомов элементов 1–4 периодов показано в таблице

Электроны, кроме движения вокруг ядра, обладают еще и внутренним движением, которое можно упрощенно представить как вращение вокруг собственной оси. Это явление получило название «спин» (от англ. Spin – волчок).

Электронные облака одинаковой формы могут перекрываться, если электроны обладают противоположными спинами, т.е. один как бы вращается вокруг оси по часовой стрелке, а другой против часовой стрелки ↑↓.

Энергетические уровни (слои) подразделяются на подуровни (подслои), отличающиеся друг от друга энергией связи с ядром. Число подуровней в слое зависит от его номера.

Первый энергетический уровень имеет один подуровень, второй – два, третий – три и т.д.

Подуровни в свою очередь состоят из орбиталей и соответственно называются s p d f.

Распределение электронов в атоме по энергетическим уровням изображают в виде электронных формул.