Завдання 55

Розподіл електронів по енергетичних рівнях і підрівнях. Принцип Паулі, правило Гунда.

Відповідь:

Згідно принципу Паулі в атомі не може бути електронів з однаковим значенням всіх чотирьох квантових чисел. Оскільки електрон характеризується лише одним набором (n, l, m, s) квантових чисел, а одній орбіталі відповідає три (n, l, m) квантових числа, то згідно принципу Паулі для конкретної атомної орбіталі можливо стільки станів електрона, скільки значень має четверте квантове число (s – спінове, два значення). Тому на одній атомній орбіталі може одночасно перебувати не більше двох електронів. Сумарний спін спарених електронів рівний 0 (–½ + ½ = 0), а неспареного ­– +½. Розміщення неспареного (а) і спарених електронів на орбіталі:

Кількість електронів (N) на даному енергетичному рівні (n), визначається залежністю N = 2n², де n – головне квантове число. Звідси випливає, що на першому енергетичному рівні (n = 1) може знаходитись N = 2×1² = 2 електрони на 1s-підрівні, на другому (n = 2) – N = 2×2² = 8 (2 електрони на 2s і 6 – на 2p підрівнях) і т.д. Згідно правила Гунда, найстійкішим станом атома є такий, у якому сумарний спін усіх його електронів максимальний. Розглянемо це на прикладі атома Нітрогену, який містить 7 електронів. По 2 електрони розмістяться на 1s- i 2s-орбіталях, а ще 3 електрони можуть зайняти 2p-орбіталь у таких варіантах:

Як бачимо, лише у варіанті І, сумарний спін максимальний (+3/2). Тому така конфігурація є найстійкішою, а стан атома – основний. ІІ і ІІІ стани атома Нітрогену, коли сумарний спін не є максимальним, називають збудженими.

Завдання 56

Розчинність газуватих, рідких та твердих речовин у рідинах.

Відповідь:

При розчиненні суміші газів розчинність кожного газу згідно із законом Дальтона пропорційна його парціальному тиску над розчином. З підвищенням температури розчинність газу в рідині зменшується. При розчиненні у воді солей і багатьох неелектролітів, схильних до гідратації, розчинність у ній газів, як правило, значно зменшується.

Розчинність рідин у рідинах коливається в широких межах. Відомі рідини, необмежено розчиняються один в одному, наприклад спирт і вода, сірчана кислота і вода, і ін. Існують рідини, обмежено розчинні один в одному, наприклад ефір розчинний у воді в невеликих кількостях. При додаванні великих кількостей утворюються два шари. Відомі рідини, практично нерозчинні один в одному, наприклад ртуть і вода, бензол і вода. Зі збільшенням температури взаємна розчинність обмежено розчинних рідин у більшості випадків зростає і часто при досягненні визначеної для кожної пари рідин температури, званою критичною, рідини повністю змішуються одна з одною. При зміні тиску взаємна розчинність рідин змінюється незначно.

Розчинність твердих речовин у рідинах зазвичай виражають у грамах твердого безводного речовини, що припадають на 100 г розчинника в насиченому розчині або на 100 мл насиченого розчину. Розчинність твердих речовин залежить від ступеня їх подрібнення. Дрібні кристалики, або зерна, розміри яких менше приблизно 0,1 мм, більш розчинні ніж великі. Різні за змістом кристалізаційної води кристалогідрати одного і того ж хімічної сполуки володіють неоднаковою розчинністю. Розчинність твердих речовин у рідинах майже не залежить від тиску, але, як правило, сильно змінюється з температурою. Зазвичай розчинність твердих речовин зростає з підвищенням температури, але відомі речовини, як наприклад Са(ВІН)2, Са(С2Н3О2)2 та ін., розчинність яких з підвищенням температури знижується.