- •8. Металлическая связь.
- •9. Ионная связь в кристалле.
- •10. Ковалентная связь в кристалле.
- •27. Найти коэф-т линейного термического расширения, если известно, что образец нагревался от комнатной t-ры до 500ºС, при этом начальная длина образца 50 мм., а при 500ºС – 51,7 мм.
- •28. Рассчитать на сколько градусов был нагрет образец, если при нагреве его длина увеличилась на 1,5 мм, а
- •29. Найти прирост длины образца Si при нагреве от 100к до 700к, если его коэф-т расширения равен
1. Строение ядра атома. Чем опр-ся наличие изотопов у элементов?
Атом состоит из положительно заряженного ядра и вращающегося вокруг него отрицательно заряженных электронов. В ядре сосредоточена почти вся масса атома, диаметр ядра атома 10-15м. он очень мал по сравнению с самим атомом. В ядре атома могут быть нейтроны (незаряженные частицы).
2. Какими числами опр-ся энергетическое состояние электрона в изолированном атоме (перечислите их).
а) главное квантовое число (n)
б) l – является мерой момента кол-ва движения электронов и имеет значение от 0 до (n-1)
в) mе – является мерой проекции момента кол- ва движения на опр-ное направление. (me = +l; 0; –l)
г) mS – связана с направлением спина электрона опр-ие которого требует опр-ое магнитное поле. (mS = ±1/2)
3. Физический смысл главного квантового числа (n) и его численное значение.
n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
K,L,M,N,O,P,Q
Одному уровню соответствуют подуровни s, p, d, f и могут содержать кол-во орбиталей 1, 3 ,5, 7. Главное квантовое число (n) связано с энергией электронов в данном состоянии, которая находится в основных оболочках и обратно пропорциональна квадрату n.
4. Второе квантовое число, его физический смысл.
l - является мерой момента кол-ва движения электронов и имеет значение от 0 до ( n – 1).
l = 0(S), 1(P), 2(d), 3(f) и связаны с подоболочками. C каждым увеличением n, добавляется дополнительная подоболочка.
5. Третье квантовое число, его физический смысл.
me – является мерой проекции момента кол-ва движения на опр-ное направление от –l до +l (включая 0). Это число ограничивает число орбиталей в S, P, d, f подоболочках.
6. В чем отличие металлов от неметаллов?
Металлы легко расстаются с валентными электронами, а неметаллы прочно их удерживают, т.е. у металлов очень мал ионизационный потенциал – работа выхода i-го электрона мала, а у изолятора – очень высок. Способность металлов к потере валентных электронов возрастает в периоде справа налево, а в группе – сверху вниз.
7. В чем отличие простых и переходных металлов.
Ме переходные и простые отличаются по своему электронному строению. Переходные Ме имеют в изолированном состоянии не последовательно заполненные электронные уровни d и f . В 4-м периоде от скандия (Sc) 4-я d оболочка не завершена. В 5-м периоде от иттрия до палладия (Y-Pd) не достроена 4d. В 6-м от церия (Cs) до платины (Pt) не заполнена 4f или 5d оболочки в 7-м от тория (Th) до 112элемента 5f или 6f оболочки не заполнены.
8. Металлическая связь.
Наблюдается в металлических материалах. Она представляет собой связь, которая образуется за счет сил притяжения между решеткой из положительнозаряженных ионов и окружающих их свободных электронов (отрицательнозаряженных), которые обуславливают высокую электропроводность и теплопроводность Ме, так как свободные электроны не связаны с определенными ионами, а являются коллективными, принадлежащим многим ионам. Они образуют в твердом теле единую квантовую структуру. Металлическая связь обуславливается «газом» свободных электронов, она весьма прочна. Эта связь обеспечивает расположение ионов на строго постоянном расстоянии и приводит к плотной упаковке атомов в металлических материалах.
9. Ионная связь в кристалле.
Это один из двух основных типов химической связи. Ионная (гетерополярная) связь, как правило, образуется между металлом и неметаллом. В этом случае металл отдает свое количество валентных электронов, и становиться положительно заряженным, а неметалл принимает их и становится отрицательно заряженным, приобретая инертную структуру инертного газа. К ионным или гетерополярным относятся галоидно-водородные соединения и галоидные соединения щелочных элементов: HCl, HBr, NaCl, NaBr и другие. В этих, как и во всех других случаях ионной связи, каждому из атомов (или группе атомов) можно приписать определенное электронное строение, практически не зависящее от присутствия других атомов или групп атомов. Молекула NaCl, как и кристалл, состоит из ионов Na+ и Cl-, обладающих электронным строением соответственно атомов Ne и Ar.Взаимодействие этих двух противоположно заряженных составных частей молекулы или кристалла сводится в основном к электростатическому их притяжению. К ионным кристаллам относятся окислы, например рутил (TiO2), корунд (Al2O3) и многие другие соединения. Как правило, у ионных соединений высокая
t-ра плавления, прочность, твердость, а также низкий коэф-т термического расширения.
10. Ковалентная связь в кристалле.
Химическая связь, возникающая между атомами элемента в результате образования общих электронных пар, наз-ся ковалентной. Различают неполярную и полярную ковалентную связь. Химическую связь, которая образуется между атомами с одинаковой электроотрицательностью за счет образования общих электронных пар, называют ковалентной неполярной связью (Н2, F2, Cl2), между атомами, электроотрицательность которых незначительно отличается, ковалентной полярной связью (HCl).
В условиях одинаковой электроотрицательности элементов, отдача электронов одним из атомов и присоединение их другим атомом произойти не могут. В таком случае валентные электроны оказываются на одинаковом расстоянии от ядер обоих атомов, при этом образуются общие электронные пары, связывающие атомы. В случае незначительной разницы электроотрицательности элементов, их общая электронная пара смещается в сторону более электроотрицательного элемента.
11. Расписать электронное строение Na (натрия), №11, период 3.
1S2 2S2 2P6 3S1
12. Расписать электронное строение Mg (магния), №12, период 3.
Mg¹² 1s²2s²2p63s²
13. Расписать электронное строение Al (алюминия), №13, период 3.
1S22S22P63S23P1
14. Расписать электронное строение Са (кальция) №20, период 4.
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2
15. Расписать электронное строение Сu (меди) №29, период 4.
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 3D9 4S2
16. Расписать электронное строение Zn (цинка),№ 30, период 4.
1s2;2s2;2p6;3s2;3p6;3d10;4s2
17. Расписать электронное строение Ga (галлия), №31 период 4.
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p1
18. Расписать электронное строение Rb (рубидия) №37, период 5.
1s22s22p63s23p64s23d104p65s1 – полная; 5s1 - краткая.
19. Расписать электронное строение Sr (стронция), №38, период 5.
1s22s22p63s23p64s23d104p65s2
20. Расписать электронное строение Ag (серебра), № 47, период 5.
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D9
21. Расписать электронное строение Cd (кадмия) №48, период 5.
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 3d10 4S2 4P6 5S24d10
22. Опр-ть плотность материалов, если известно, что:
а) вес образца на воздухе равен 4,96 г, а его объем 2,85 см3;
б) образец изготовлен из Al, имеющего ГЦК-решетку с параметром а=4,04 А0, атомный вес 27. Это легкие и тяжелые материалы?
a) d = P/ V
лёгкие металлы <7,8< тяжёлые металлы
d = P/V = 4,96 / 2,85 = 1,74 [г/см3], т.к. 1,74<7,8, материал лёгкий.
б) А0=10-10м;
а = 4,04 А0; V = а3 = 4,043=65,93·10-30м3;
АAl = 26,98 г/см3;
d = n∙M/V = n∙A∙1,66∙10-24/V = 4∙26,98∙10-3∙1,66∙10-24/ 65.93∙10-30 = 2,7г/см3 материал легкий
23. Опр-ть плотность материалов, если известно, что:
а) вес образца на воздухе составил 15,35 г, а в воде 11,86 г;
б) образец изготовлен из сплава AMг5. Параметр кристаллической ГЦК-решетки Al – 4.04 A0. Атомный вес: Al = 27; Mg = 24,3. Это легкие или тяжелые Ме?
а) d = P/V = P/(P-Q)∙ = 15.35/(15,35-11,86)∙1 = 4,39 г/см3;
= 1 г/см3 – плотность воды.
Это легкий материал, т.к. плотность меньше 7,8 г/см3
б) AMг5, имеет ГЦК-решетку, Al 95%, Mg 5%.
d = n∙Aср.∙1,66∙10-24/V.
Аср.=100∙А1∙А2/(А2∙С1+А1∙С2)=100∙27∙24,3/(24,3∙95+27∙5)= 26,85.
V = а3 = 4,043 = 65,94∙10-30м3 (это объём кристаллической решетки)
d = 4∙26,85∙1,66∙10-24/65,94∙10-30 = 2,7г/см3;
Это легкий материал, т.к. плотность меньше 7,8 г/см3.
24. Опр-ть плотность материалов, если известно, что:
а) вес образца на воздухе составил 8,92 г, а в спирте
(ρ = 0,8 г/см3) - 6,32 г;
б) образец изготовлен из стали У12. Параметр кристаллической решетки α-Fe (ОЦК) равен 2,87 A0. Атомный вес: Fe – 53,8, С – 12. Это легкие или тяжелые материалы?
а) d = P/V=(P / P - Q)∙ρ= (8,92/ 8,92- 6,32)∙0,8= 2,74 г/ см3;
б) d = n∙M / V= n ∙A∙1,66∙10 -24 / V;
V= (2,87∙10-10)3 =23,64∙10-30 г/см3;
У12: концентрация Fe 98,8%, концентрация. С 1,2 %
Аср= 100∙А1∙А1/(А2∙С1 + А1∙С2) = 100∙53,8∙12/(12∙98,8 + 53,8∙1,2) = 51,64
d = 2∙51,64∙10-3∙1,66∙10-24 / 23,64∙10-30 = 7,25∙10-3 кг/см3 = 7,25 г/см3
Сравнивая плотности обоих металлов с плотностью Fe, которая составляет 7,8 г/см3 получаем, что оба металла легкие, т.к. плотность меньше 7,8
25. Опр-ть плотность материалов, если известно, что:
а) вес образца на воздухе составил 17,38 г, а его объем 1,49 м3;
б) образец изготовлен из стали 40. Параметр кристаллической ГЦК решетки -Fe (ОЦК) равен 2,87 A0. Атомный вес: Fe – 53,8; С – 12. Это легкие или тяжелые материалы?
Если плотность материала меньше 7,8 г/см3, то это легкие материалы, а если плотность больше 7,8 г/см3, то это тяжелые материалы.
а) d = P/V, где P – вес образца на воздухе, г; V – объем образца, см3.
Тогда d = 17,38/1,49 = 11,66 г/см3. Это тяжелый материал, т.к. плотность больше 7,8 г/см3.
б) сталь 40: 0,4% С и 99,6% Fe, решетка ОЦК n = 2.
d = n∙M/V = n∙A∙1,66∙10-24/V;
V = а3 = 2,873 = 23,64 Å = 23,64∙10-30 м3;
d = 2∙53,06∙1,66∙10-24/23,64∙10-30 = 7,45 г/см3.
Это легкий материал.
26. Опр-ть плотность материала, если известно, что:
а) вес образца на воздухе составил 7,56 г, а в спирте
(ρ= 0,8 г/см3) – 6,88 г;
б) образец изготовлен из сплава БрО10. Параметр кристаллической ГЦК-решетки Cu – 3,61 A0. Атомный вес: Cu=63,5; Sn=118,6.
а) d = P/V = P/ (P-Q)∙p где d - плотность, г/см3; Р - вес на воздухе, г; Q - вес в жидкости, г.
d = 7,56/(7,56-6,88)∙0,8 = 8,89 г/см3;
б) БрО10. Решетка ГЦК, n = 4; а = 3,61Ǻ;
С1=Cu=90%;С2=Sn=10%;А1=Cu, А2=Sn
d = n∙M/V=n∙Аср∙1,66∙10-24/V=4∙66,59∙1,66∙10-24/(3,61∙10-10 )3 = 9,48 г/см3 Это тяжелый металл.