Odgovor od Ksenia Gareeva[guru]
broj perioda

Odgovor od Slava mikailov[novak]

Odgovor od Bet[guru]
Energetski nivo
Iz Wikipedije, slobodne enciklopedije
Energetski nivo - moguće vrijednosti energije kvantnih sistema, odnosno sistema koji se sastoje od mikročestica (elektrona, protona i drugih elementarnih čestica, atomskih jezgara, atoma, molekula itd.) i koji poštuju zakone kvantne mehanike. Karakterizira određeno stanje mikročestice. Postoje elektronski i intranuklearni energetski nivoi.
[uredi]
Elektronski energetski nivoi
Savremeni koncept orbitalnog modela atoma, u kojem se elektroni kreću sa jednog energetskog nivoa na drugi, a razlika između energetskih nivoa određuje veličinu emitovanog ili apsorbovanog kvanta. U ovom slučaju, elektroni ne mogu biti u prazninama između energetskih nivoa. Ove praznine se nazivaju zabranjena energetska zona.
Primjer je elektron u orbitalnom modelu atoma - ovisno o vrijednostima glavnog kvantnog broja n i orbitalnog kvantnog broja l mijenja se energetski nivo koji posjeduje elektron. Prema tome, svaki par vrijednosti brojeva n i l odgovara određenom energetskom nivou.
[uredi]
Nivoi intranuklearne energije
Termin se pojavio zbog proučavanja radioaktivnosti. Zračenje je podijeljeno na tri dijela: alfa zrake, beta zrake i gama zrake. Istraživanja su pokazala da se alfa zračenje sastoji od atoma helija, beta zračenje je tok elektrona koji se brzo kreću, a proučavanje gama zraka pokazalo je da energija elektronskih nivoa nije dovoljna za njihovu pojavu. Postalo je jasno da se izvor radioaktivnog zračenja (gama zraci) mora tražiti unutar atomskog jezgra, odnosno postoje intranuklearni energetski nivoi čija se energija pretvara u fotone gama zračenja. Gama zraci su proširili spektar poznatih elektromagnetnih talasa, a svi talasi kraći od 0,01 nm su gama zraci.

E.N.FRENKEL

Tutorial iz hemije

Vodič za one koji ne znaju, ali žele naučiti i razumjeti hemiju

Dio I. Elementi opšte hemije
(prvi nivo težine)

Nastavak. Vidi početak u br. 13, 18, 23/2007

Poglavlje 3. Elementarne informacije o strukturi atoma.
Periodični zakon D. I. Mendeljejeva

Zapamtite šta je atom, od čega se atom sastoji, da li se atom menja u hemijskim reakcijama.

Atom je električki neutralna čestica koja se sastoji od pozitivno nabijenog jezgra i negativno nabijenih elektrona.

Broj elektrona tokom hemijskih procesa može da se promeni, ali nuklearni naboj uvijek ostaje isti. Poznavajući raspodjelu elektrona u atomu (strukturu atoma), moguće je predvidjeti mnoga svojstva datog atoma, kao i svojstva jednostavnih i složenih supstanci u koje je uključen.

Struktura atoma, tj. sastav jezgra i distribucija elektrona oko jezgra mogu se lako odrediti položajem elementa u periodnom sistemu.

U periodičnom sistemu D.I. Mendelejeva, hemijski elementi su raspoređeni u određenom nizu. Ovaj niz je usko povezan sa strukturom atoma ovih elemenata. Svaki hemijski element u sistemu je dodeljen serijski broj, osim toga, za njega možete odrediti broj perioda, broj grupe, tip podgrupe.

Sponzor objavljivanja članka online trgovina "Megameh". U prodavnici ćete pronaći krznene proizvode za svačiji ukus - jakne, prsluke i bunde od lisice, nutrije, zeca, kune, srebrne lisice, arktičke lisice. Kompanija vam također nudi kupovinu elitnih krznenih proizvoda i korištenje usluga individualnog krojenja. Veleprodaja i maloprodaja krznenih proizvoda - od budžetske kategorije do luksuznih, popusti do 50%, garancija 1 godina, dostava u Ukrajini, Rusiji, zemljama ZND i EU, preuzimanje iz izložbenog prostora u Krivoj Rogu, roba vodećih proizvođača Ukrajine, Rusija, Turska i Kina. Katalog robe, cijene, kontakte i savjete možete pogledati na web stranici koja se nalazi na: "megameh.com".

Znajući tačnu "adresu" hemijskog elementa - grupu, podgrupu i broj perioda, može se nedvosmisleno odrediti struktura njegovog atoma.

Period je horizontalni red hemijskih elemenata. U modernom periodičnom sistemu postoji sedam perioda. Prva tri perioda mala, jer sadrže 2 ili 8 elemenata:

1. period - H, He - 2 elementa;

2. period - Li ... Ne - 8 elemenata;

3. period - Na ... Ar - 8 elemenata.

Ostali periodi - veliko. Svaki od njih sadrži 2-3 reda elemenata:

4. period (2 reda) - K ... Kr - 18 elemenata;

6. period (3 reda) - Cs ... Rn - 32 elementa. Ovaj period uključuje niz lantanida.

Grupa je vertikalni red hemijskih elemenata. Ukupno ima osam grupa. Svaka grupa se sastoji od dvije podgrupe: glavna podgrupa i sekundarnu podgrupu. Na primjer:

Glavnu podgrupu čine hemijski elementi malih perioda (na primjer, N, P) i velikih perioda (na primjer, As, Sb, Bi).

Bočnu podgrupu formiraju hemijski elementi samo velikih perioda (na primjer, V, Nb,
Ta).

Vizuelno, ove podgrupe je lako razlikovati. Glavna podgrupa je “visoka”, počinje od 1. ili 2. perioda. Sekundarna podgrupa je „niska“, počevši od 4. perioda.

Dakle, svaki hemijski element periodnog sistema ima svoju adresu: period, grupu, podgrupu, redni broj.

Na primjer, vanadijum V je hemijski element 4. perioda, grupa V, sekundarna podgrupa, serijski broj 23.

Zadatak 3.1. Navedite period, grupu i podgrupu za hemijske elemente sa serijskim brojevima 8, 26, 31, 35, 54.

Zadatak 3.2. Navedite serijski broj i naziv hemijskog elementa, ako se zna da se nalazi:

a) u 4. periodu, grupa VI, sekundarna podgrupa;

b) u 5. periodu IV grupa, glavna podgrupa.

Kako se informacije o položaju elementa u periodičnom sistemu mogu povezati sa strukturom njegovog atoma?

Atom se sastoji od jezgra (pozitivno nabijenog) i elektrona (negativno nabijenog). Generalno, atom je električno neutralan.

Pozitivno naboj jezgra atoma jednak atomskom broju hemijskog elementa.

Jezgro atoma je složena čestica. Gotovo sva masa atoma koncentrisana je u jezgru. Budući da je kemijski element skup atoma s istim nuklearnim nabojem, sljedeće koordinate su naznačene u blizini simbola elementa:

Na osnovu ovih podataka može se odrediti sastav jezgra. Jezgro se sastoji od protona i neutrona.

Proton str ima masu 1 (1,0073 amu) i naelektrisanje od +1. Neutron n nema naboj (neutralno), a njegova masa je približno jednaka masi protona (1,0087 amu).

Nuklearni naboj određuju protoni. I broj protona je(po veličini) naboj jezgra atoma, tj. serijski broj.

Broj neutrona N određena razlikom između veličina: "masa jezgra" ALI i "serijski broj" Z. Dakle, za atom aluminijuma:

N = ALI – Z = 27 –13 = 14n,

Zadatak 3.3. Odredite sastav jezgara atoma ako se hemijski element nalazi u:

a) 3. period, grupa VII, glavna podgrupa;

b) 4. period, IV grupa, sekundarna podgrupa;

c) 5. period, grupa I, glavna podgrupa.

Pažnja! Prilikom određivanja masenog broja jezgra atoma potrebno je zaokružiti atomsku masu naznačenu u periodnom sistemu. To je učinjeno jer su mase protona i neutrona praktički cijeli brojevi, a masa elektrona se može zanemariti.

Odredimo koja od niže navedenih jezgara pripadaju istom hemijskom elementu:

A (20 R + 20n),

B (19 R + 20n),

U 20 R + 19n).

Atomi istog hemijskog elementa imaju jezgra A i B, jer sadrže isti broj protona, odnosno naboji ovih jezgara su isti. Istraživanja pokazuju da masa atoma ne utiče značajno na njegova hemijska svojstva.

Izotopi se nazivaju atomi istog hemijskog elementa (isti broj protona), koji se razlikuju po masi (različiti broj neutrona).

Izotopi i njihova hemijska jedinjenja razlikuju se jedni od drugih po fizičkim svojstvima, ali su hemijska svojstva izotopa istog hemijskog elementa ista. Dakle, izotopi ugljika-14 (14 C) imaju ista hemijska svojstva kao ugljik-12 (12 C), koji ulaze u tkiva bilo kojeg živog organizma. Razlika se očituje samo u radioaktivnosti (izotop 14 C). Stoga se izotopi koriste za dijagnostiku i liječenje raznih bolesti, za naučna istraživanja.

Vratimo se opisu strukture atoma. Kao što znate, jezgro atoma se ne mijenja u hemijskim procesima. Šta se mijenja? Varijabla je ukupan broj elektrona u atomu i distribucija elektrona. Generale broj elektrona u neutralnom atomu lako je odrediti - jednak je serijskom broju, tj. naboj jezgra atoma:

Elektroni imaju negativan naboj od -1, a njihova masa je zanemarljiva: 1/1840 mase protona.

Negativno nabijeni elektroni se međusobno odbijaju i nalaze se na različitim udaljenostima od jezgra. Gde elektroni koji imaju približno jednaku količinu energije nalaze se na približno jednakoj udaljenosti od jezgra i formiraju energetski nivo.

Broj energetskih nivoa u atomu jednak je broju perioda u kojem se hemijski element nalazi. Nivoi energije se konvencionalno označavaju na sljedeći način (na primjer, za Al):

Zadatak 3.4. Odredite broj energetskih nivoa u atomima kiseonika, magnezijuma, kalcijuma, olova.

Svaki energetski nivo može sadržavati ograničen broj elektrona:

Na prvom - ne više od dva elektrona;

Na drugom - ne više od osam elektrona;

Na trećem - ne više od osamnaest elektrona.

Ovi brojevi pokazuju da, na primjer, drugi energetski nivo može imati 2, 5 ili 7 elektrona, ali ne i 9 ili 12 elektrona.

Važno je znati da bez obzira na broj nivoa energije eksternom nivou(posljednji) ne može biti više od osam elektrona. Vanjski energetski nivo od osam elektrona je najstabilniji i naziva se potpunim. Takvi nivoi energije nalaze se u najneaktivnijim elementima - plemenitim gasovima.

Kako odrediti broj elektrona na vanjskom nivou preostalih atoma? Za ovo postoji jednostavno pravilo: broj spoljašnjih elektrona jednako:

Za elemente glavnih podgrupa - broj grupe;

Za elemente sekundarnih podgrupa ne može biti više od dvije.

Na primjer (slika 5):

Zadatak 3.5. Navedite broj vanjskih elektrona za hemijske elemente sa serijskim brojevima 15, 25, 30, 53.

Zadatak 3.6. Pronađite hemijske elemente u periodnom sistemu, u čijim atomima postoji završeni spoljašnji nivo.

Vrlo je važno pravilno odrediti broj vanjskih elektrona, jer S njima su povezana najvažnija svojstva atoma. Dakle, u hemijskim reakcijama atomi teže da steknu stabilan, završen spoljašnji nivo (8 e). Stoga atomi, na čijem vanjskom nivou ima malo elektrona, radije ih daju.

Zovu se hemijski elementi čiji atomi mogu donirati samo elektrone metali. Očigledno je da bi na vanjskom nivou atoma metala trebalo biti nekoliko elektrona: 1, 2, 3.

Ako na vanjskom energetskom nivou atoma ima mnogo elektrona, onda takvi atomi teže da prihvate elektrone prije završetka vanjskog energetskog nivoa, odnosno do osam elektrona. Takvi elementi se nazivaju nemetali.

Pitanje. Da li hemijski elementi sekundarnih podgrupa pripadaju metalima ili nemetalima? Zašto?

Odgovor: Metali i nemetali glavnih podgrupa u periodnom sistemu su razdvojeni linijom koja se može povući od bora do astatina. Iznad ove linije (i na liniji) su nemetali, ispod - metali. Svi elementi sekundarnih podgrupa su ispod ove linije.

Zadatak 3.7. Odredite da li metali ili nemetali uključuju: fosfor, vanadijum, kobalt, selen, bizmut. Koristite poziciju elementa u periodnom sistemu hemijskih elemenata i broj elektrona na vanjskom nivou.

Da bi se sastavila raspodjela elektrona po preostalim nivoima i podnivoima, treba koristiti sljedeći algoritam.

1. Odrediti ukupan broj elektrona u atomu (po rednom broju).

2. Odrediti broj energetskih nivoa (po broju perioda).

3. Odrediti broj eksternih elektrona (prema vrsti podgrupe i broju grupe).

4. Navedite broj elektrona na svim nivoima osim na pretposljednjem.

Na primjer, prema tačkama 1-4 za atom mangana, određuje se:

Ukupno 25 e; raspoređeno (2 + 8 + 2) = 12 e; dakle, na trećem nivou je: 25 - 12 = 13 e.

Dobijena je distribucija elektrona u atomu mangana:

Zadatak 3.8. Razradite algoritam tako što ćete napraviti dijagrame atomske strukture za elemente br. 16, 26, 33, 37. Navedite da li su metali ili nemetali. Objasnite odgovor.

Prilikom sastavljanja gornjih dijagrama strukture atoma, nismo uzeli u obzir da elektroni u atomu zauzimaju ne samo nivoe, već i određene podnivoa svaki nivo. Vrste podnivoa su označene latiničnim slovima: s, str, d.

Broj mogućih podnivoa jednak je broju nivoa. Prvi nivo se sastoji od jednog
s-podnivo. Drugi nivo se sastoji od dva podnivoa - s i R. Treći nivo - sa tri podnivoa - s, str i d.

Svaki podnivo može sadržavati strogo ograničen broj elektrona:

na s-podnivou - ne više od 2e;

na p-podnivou - ne više od 6e;

na d-podnivou - ne više od 10e.

Podnivoi jednog nivoa popunjavaju se po strogo definisanom redosledu: sstrd.

Na ovaj način, R- podnivo se ne može početi puniti ako nije pun s-podnivo datog energetskog nivoa itd. Na osnovu ovog pravila, lako je sastaviti elektronsku konfiguraciju atoma mangana:

Generalno elektronska konfiguracija atoma mangan se piše ovako:

25 Mn 1 s 2 2s 2 2str 6 3s 2 3str 6 3d 5 4s 2 .

Zadatak 3.9. Napravite elektronske konfiguracije atoma za hemijske elemente br. 16, 26, 33, 37.

Zašto je potrebno praviti elektronske konfiguracije atoma? Odrediti svojstva ovih hemijskih elemenata. Samo to treba imati na umu valentnih elektrona.

Valentni elektroni su na vanjskom energetskom nivou i nekompletni
d-podnivo pred-spoljnog nivoa.

Odredimo broj valentnih elektrona za mangan:

ili skraćeno: Mn ... 3 d 5 4s 2 .

Šta se može odrediti formulom za elektronsku konfiguraciju atoma?

1. Koji je to element - metalni ili nemetalni?

Mangan je metal, jer vanjski (četvrti) nivo sadrži dva elektrona.

2. Koji je proces tipičan za metal?

Atomi mangana uvijek doniraju elektrone u reakcijama.

3. Koji elektroni i koliko će dati atom mangana?

U reakcijama, atom mangana daje dva vanjska elektrona (oni su najudaljeniji od jezgra i slabije ih privlači), kao i pet predspoljnih elektrona. d-elektroni. Ukupan broj valentnih elektrona je sedam (2 + 5). U tom slučaju osam elektrona će ostati na trećem nivou atoma, tj. formira se kompletan spoljni nivo.

Sva ova razmišljanja i zaključci mogu se odraziti pomoću šeme (slika 6):

Rezultirajući uslovni naboji atoma se nazivaju oksidaciona stanja.

S obzirom na strukturu atoma, na sličan način se može pokazati da su tipična oksidaciona stanja za kiseonik -2, a za vodonik +1.

Pitanje. Sa kojim od hemijskih elemenata mangan može formirati jedinjenja, ako uzmemo u obzir stepene njegove oksidacije dobijene gore?

Odgovor: Samo sa kiseonikom, tk. njegov atom ima suprotan naboj u svom oksidacionom stanju. Formule odgovarajućih manganovih oksida (ovdje oksidacijska stanja odgovaraju valentnosti ovih kemijskih elemenata):

Struktura atoma mangana sugeriše da mangan ne može imati veći stepen oksidacije, jer u ovom slučaju, trebalo bi se dotaknuti stabilnog, sada završenog, pred-spoljašnjeg nivoa. Stoga je +7 oksidacijsko stanje najviše, a odgovarajući Mn 2 O 7 oksid je najviši mangan oksid.

Da biste konsolidirali sve ove koncepte, razmotrite strukturu atoma telura i neka od njegovih svojstava:

Kao nemetal, Te atom može prihvatiti 2 elektrona prije završetka vanjskog nivoa i donirati "dodatnih" 6 elektrona:

Zadatak 3.10. Nacrtajte elektronske konfiguracije atoma Na, Rb, Cl, I, Si, Sn. Odredite svojstva ovih hemijskih elemenata, formule njihovih najjednostavnijih jedinjenja (sa kiseonikom i vodonikom).

Praktični zaključci

1. U hemijskim reakcijama učestvuju samo valentni elektroni, koje mogu biti samo u poslednja dva nivoa.

2. Metalni atomi mogu donirati samo valentne elektrone (sve ili nekoliko), uzimajući pozitivna oksidaciona stanja.

3. Atomi nemetala mogu prihvatiti elektrone (nedostaju - do osam), dok stiču negativna oksidaciona stanja, i donirati valentne elektrone (sve ili nekoliko), dok stiču pozitivna oksidaciona stanja.

Uporedimo sada svojstva hemijskih elemenata jedne podgrupe, na primjer, natrijuma i rubidijuma:
Na...3 s 1 i Rb...5 s 1 .

Šta je zajedničko u strukturi atoma ovih elemenata? Na vanjskom nivou svakog atoma, jedan elektron je aktivni metal. metalna aktivnost povezana sa sposobnošću doniranja elektrona: što atom lakše odaje elektrone, to su njegova metalna svojstva izraženija.

Šta drži elektrone u atomu? privlačnost za jezgro. Što su elektroni bliže jezgru, to ih jače privlači jezgro atoma, teže ih je „otrgnuti“.

Na osnovu toga ćemo odgovoriti na pitanje: koji element - Na ili Rb - lakše odaje eksterni elektron? Koji je element aktivniji metal? Očigledno, rubidijum, jer njegovi valentni elektroni su dalje od jezgra (i manje ih drži jezgro).

Zaključak. U glavnim podgrupama, od vrha do dna, poboljšana su metalna svojstva, jer radijus atoma se povećava, a valentni elektroni slabije privlače jezgro.

Uporedimo svojstva hemijskih elemenata grupe VIIa: Cl…3 s 2 3str 5 i ja...5 s 2 5str 5 .

Oba hemijska elementa su nemetali, jer. jedan elektron nedostaje prije završetka vanjskog nivoa. Ovi atomi će aktivno privući elektron koji nedostaje. Štaviše, što elektron koji nedostaje jače privlači atom nemetala, to se jače manifestuju njegova nemetalna svojstva (sposobnost prihvatanja elektrona).

Šta uzrokuje privlačenje elektrona? Zbog pozitivnog naboja jezgra atoma. Osim toga, što je elektron bliže jezgru, to je njihovo međusobno privlačenje jače, nemetal je aktivniji.

Pitanje. Koji element ima izraženija nemetalna svojstva: hlor ili jod?

Odgovor: Očigledno, hlor, jer. njegovi valentni elektroni su bliže jezgru.

Zaključak. Aktivnost nemetala u podgrupama opada od vrha do dna, jer radijus atoma se povećava i jezgri je sve teže da privuče elektrone koji nedostaju.

Uporedimo svojstva silicijuma i kalaja: Si…3 s 2 3str 2 i Sn…5 s 2 5str 2 .

Oba atoma imaju četiri elektrona na vanjskom nivou. Ipak, ovi elementi u periodnom sistemu nalaze se na suprotnim stranama linije koja povezuje bor i astat. Stoga su za silicijum, čiji je simbol iznad linije B–At, nemetalna svojstva izraženija. Naprotiv, kalaj, čiji je simbol ispod linije B–At, ima jača metalna svojstva. To je zbog činjenice da su u atomu kositra četiri valentna elektrona uklonjena iz jezgre. Stoga je vezanje nedostajuća četiri elektrona teško. Istovremeno, povratak elektrona sa petog energetskog nivoa odvija se prilično lako. Za silicijum su moguća oba procesa, pri čemu prevladava prvi (prihvatanje elektrona).

Zaključci o poglavlju 3.Što je manje vanjskih elektrona u atomu i što su udaljeniji od jezgra, to se jača metalna svojstva manifestiraju.

Što je više vanjskih elektrona u atomu i što su bliže jezgru, to se manifestiraju više nemetalnih svojstava.

Na osnovu zaključaka formulisanih u ovom poglavlju, za bilo koji hemijski element periodnog sistema možete napraviti "karakteristika".

Algoritam opisa svojstva
hemijski element po svom položaju
u periodičnom sistemu

1. Nacrtaj dijagram strukture atoma, tj. odrediti sastav jezgra i raspodjelu elektrona po energetskim nivoima i podnivoima:

Odrediti ukupan broj protona, elektrona i neutrona u atomu (prema serijskom broju i relativnoj atomskoj masi);

Odrediti broj energetskih nivoa (po broju perioda);

Odrediti broj eksternih elektrona (po vrsti podgrupe i broju grupe);

Navedite broj elektrona na svim energetskim nivoima osim na pretposljednjem;

2. Odrediti broj valentnih elektrona.

3. Odredite koja svojstva - metalna ili nemetalna - su izraženija za dati hemijski element.

4. Odrediti broj datih (primljenih) elektrona.

5. Odredite najviše i najniže oksidaciono stanje nekog hemijskog elementa.

6. Sastavite za ova oksidaciona stanja hemijske formule najjednostavnijih jedinjenja sa kiseonikom i vodonikom.

7. Odredite prirodu oksida i napišite jednačinu njegove reakcije s vodom.

8. Za supstance navedene u paragrafu 6, sastaviti jednačine karakterističnih reakcija (videti Poglavlje 2).

Zadatak 3.11. Prema gornjoj shemi, napravite opise atoma sumpora, selena, kalcijuma i stroncijuma i svojstva ovih hemijskih elemenata. Koja su opća svojstva njihovih oksida i hidroksida?

Ako ste završili vježbe 3.10 i 3.11, onda je lako vidjeti da ne samo atomi elemenata jedne podgrupe, već i njihova jedinjenja imaju zajednička svojstva i sličan sastav.

Periodični zakon D.I. Mendeljejeva:svojstva hemijskih elemenata, kao i svojstva jednostavnih i složenih supstanci nastalih od njih, u periodičnoj su zavisnosti od naboja jezgara njihovih atoma.

Fizičko značenje periodičnog zakona: svojstva hemijskih elemenata se periodično ponavljaju jer se konfiguracije valentnih elektrona (distribucija elektrona spoljašnjeg i predzadnjeg nivoa) periodično ponavljaju.

Dakle, hemijski elementi iste podgrupe imaju istu distribuciju valentnih elektrona i, prema tome, slična svojstva.

Na primjer, hemijski elementi pete grupe imaju pet valentnih elektrona. Istovremeno, u atomima hemikalije elemenata glavnih podgrupa- svi valentni elektroni su na vanjskom nivou: ... ns 2 np 3, gdje n– broj perioda.

Na atome elementi sekundarnih podgrupa samo 1 ili 2 elektrona su u vanjskom nivou, ostali su unutra d- podnivo predeksternog nivoa: ... ( n – 1)d 3 ns 2 , gdje n– broj perioda.

Zadatak 3.12. Napravite kratke elektronske formule za atome hemijskih elemenata br. 35 i 42, a zatim napravite distribuciju elektrona u tim atomima prema algoritmu. Pobrinite se da se vaše predviđanje ostvari.

Vježbe za 3. poglavlje

1. Formulirajte definicije pojmova "period", "grupa", "podgrupa". Šta znače hemijski elementi koji čine: a) tačku; b) grupa; c) podgrupa?

2. Šta su izotopi? Koja svojstva - fizička ili hemijska - imaju zajednička svojstva izotopima? Zašto?

3. Formulisati periodični zakon D.I.Mendeljejeva. Objasnite njegovo fizičko značenje i ilustrirajte primjerima.

4. Koja su metalna svojstva hemijskih elemenata? Kako se mijenjaju u grupi iu periodu? Zašto?

5. Koja su nemetalna svojstva hemijskih elemenata? Kako se mijenjaju u grupi iu periodu? Zašto?

6. Napravite kratke elektronske formule hemijskih elemenata br. 43, 51, 38. Potvrdite svoje pretpostavke opisivanjem strukture atoma ovih elemenata prema gore navedenom algoritmu. Navedite svojstva ovih elemenata.

7. Po kratkim elektronskim formulama

a) ...4 s 2 4p 1 ;

b) …4 d 1 5s 2 ;

u 3 d 5 4s 1

odrediti položaj odgovarajućih hemijskih elemenata u periodičnom sistemu D. I. Mendeljejeva. Imenujte ove hemijske elemente. Potvrdite svoje pretpostavke opisom strukture atoma ovih hemijskih elemenata prema algoritmu. Navedite svojstva ovih hemijskih elemenata.

Nastavlja se

2. Struktura jezgara i elektronskih omotača atoma

2.6. Energetski nivoi i podnivoi

Najvažnija karakteristika stanja elektrona u atomu je energija elektrona, koja se, prema zakonima kvantne mehanike, ne mijenja kontinuirano, već naglo, tj. može poprimiti samo dobro definirane vrijednosti. Dakle, možemo govoriti o prisustvu skupa energetskih nivoa u atomu.

Energetski nivo- skup AO sa bliskim energetskim vrijednostima.

Nivoi energije su numerisani sa glavni kvantni broj n, koji može uzeti samo pozitivne cjelobrojne vrijednosti (n = 1, 2, 3, ...). Što je veća vrijednost n, veća je energija elektrona i dati nivo energije. Svaki atom sadrži beskonačan broj energetskih nivoa, od kojih su neki naseljeni elektronima u osnovnom stanju atoma, a neki nisu (ovi energetski nivoi su naseljeni u pobuđenom stanju atoma).

Elektronski sloj- skup elektrona koji se nalaze na datom energetskom nivou.

Drugim riječima, elektronski sloj je energetski nivo koji sadrži elektrone.

Skup elektronskih slojeva formira elektronsku ljusku atoma.

Unutar istog elektronskog sloja, elektroni se mogu donekle razlikovati u energiji, pa tako kažu energetski nivoi se dele na energetske podnivoe(podslojevi). Broj podnivoa na koje je dati nivo energije podijeljen je jednak broju glavnog kvantnog broja energetskog nivoa:

N (predgrađe) = n (nivo) . (2.4)

Podnivoi su prikazani brojevima i slovima: broj odgovara broju energetskog nivoa (elektronski sloj), slovo odgovara prirodi AO koja formira podnivoe (s -, p -, d -, f -), na primjer: 2p - podnivo (2p -AO, 2p -elektron).

Dakle, prvi energetski nivo (slika 2.5) sastoji se od jednog podnivoa (1s), drugi - od dva (2s i 2p), treći - od tri (3s, 3p i 3d), četvrti od četiri (4s, 4p, 4d i 4f), itd. Svaki podnivo sadrži određeni broj AO:

N (AO) = n 2 . (2.5)

Rice. 2.5. Šema energetskih nivoa i podnivoa za prva tri elektronska sloja

1. AO s-tipa su prisutni na svim energetskim nivoima, p-tip se pojavljuje počevši od drugog energetskog nivoa, d-tip - od trećeg, f-tip - od četvrtog itd.

2. Na datom energetskom nivou može postojati jedna s -, tri p -, pet d -, sedam f -orbitala.

3. Što je veći glavni kvantni broj, veća je veličina AO.

Pošto na jednom AO ne može biti više od dva elektrona, ukupan (maksimalni) broj elektrona na datom energetskom nivou je 2 puta veći od broja AO i jednak je:

N (e) = 2n 2 . (2.6)

Dakle, na datom energetskom nivou može postojati najviše 2 elektrona s-tipa, 6 elektrona p-tipa i 10 elektrona d-tipa. Ukupno, na prvom energetskom nivou, maksimalni broj elektrona je 2, na drugom - 8 (2 s-tip i 6 p-tip), na trećem - 18 (2 s-tip, 6 p-tip i 10 d-tip). Ovi nalazi su prikladno sažeti u tabeli 1. 2.2.

Tabela 2.2

Odnos između glavnog kvantnog broja, broja e

Šta se dešava sa atomima elemenata tokom hemijskih reakcija? Koja su svojstva elemenata? Na oba ova pitanja može se dati jedan odgovor: razlog leži u strukturi vanjskog. U našem članku ćemo razmotriti elektroniku metala i nemetala i otkriti odnos između strukture vanjskog nivoa i svojstava elementi.

Posebna svojstva elektrona

Kada dođe do kemijske reakcije između molekula dva ili više reagensa, dolazi do promjena u strukturi elektronskih omotača atoma, dok njihova jezgra ostaju nepromijenjena. Prvo, hajde da se upoznamo sa karakteristikama elektrona koji se nalaze na najudaljenijim nivoima atoma od jezgra. Negativno nabijene čestice su raspoređene u slojevima na određenoj udaljenosti od jezgra i jedna od druge. Prostor oko jezgra u kojem se najvjerovatnije nalaze elektroni naziva se elektronska orbitala. U njemu je kondenzirano oko 90% negativno nabijenog elektronskog oblaka. Sam elektron u atomu pokazuje svojstvo dualnosti, može se istovremeno ponašati i kao čestica i kao talas.

Pravila za punjenje elektronske ljuske atoma

Broj energetskih nivoa na kojima se nalaze čestice jednak je broju perioda u kojem se element nalazi. Šta označava elektronski sastav? Pokazalo se da na vanjskom energetskom nivou za s- i p-elemente glavnih podgrupa malih i velikih perioda odgovara broju grupe. Na primjer, atomi litija prve grupe, koji imaju dva sloja, imaju jedan elektron u vanjskoj ljusci. Atomi sumpora sadrže šest elektrona na poslednjem energetskom nivou, pošto se element nalazi u glavnoj podgrupi šeste grupe itd. Ako govorimo o d-elementima, onda za njih postoji sledeće pravilo: broj spoljašnjih negativnih čestica je 1 (za hrom i bakar) ili 2. Ovo se objašnjava činjenicom da kako se naelektrisanje jezgra atoma povećava, unutrašnji d-podnivo se prvo popunjava, a spoljni energetski nivoi ostaju nepromenjeni.

Zašto se mijenjaju svojstva elemenata malih perioda?

Razdoblja 1, 2, 3 i 7 smatraju se malim. Glatka promjena svojstava elemenata kako se nuklearni naboji povećavaju, počevši od aktivnih metala i završavajući s inertnim plinovima, objašnjava se postupnim povećanjem broja elektrona na vanjskom nivou. Prvi elementi u takvim periodima su oni čiji atomi imaju samo jedan ili dva elektrona koji se lako mogu odvojiti od jezgra. U tom slučaju nastaje pozitivno nabijeni metalni jon.

Amfoterni elementi, kao što su aluminijum ili cink, ispunjavaju svoje vanjske energetske nivoe malom količinom elektrona (1 za cink, 3 za aluminijum). U zavisnosti od uslova hemijske reakcije, mogu da ispoljavaju i svojstva metala i nemetala. Nemetalni elementi malih perioda sadrže od 4 do 7 negativnih čestica na vanjskim omotačima svojih atoma i dovršavaju ga do okteta, privlačeći elektrone iz drugih atoma. Na primjer, nemetal s najvećim indeksom elektronegativnosti - fluor, ima 7 elektrona na posljednjem sloju i uvijek uzima jedan elektron ne samo od metala, već i od aktivnih nemetalnih elemenata: kisika, klora, dušika. Mali periodi se završavaju, kao i veliki, inertnim gasovima, čiji jednoatomni molekuli imaju potpuno kompletirane eksterne energetske nivoe do 8 elektrona.

Osobine strukture atoma velikih perioda

Parni redovi od 4, 5 i 6 perioda sastoje se od elemenata čije vanjske ljuske sadrže samo jedan ili dva elektrona. Kao što smo ranije rekli, oni ispunjavaju d- ili f-podnivoe pretposljednjeg sloja elektronima. Obično su to tipični metali. Njihova fizička i hemijska svojstva mijenjaju se vrlo sporo. Neparni redovi sadrže takve elemente, u kojima su vanjski energetski nivoi ispunjeni elektronima prema sljedećoj shemi: metali - amfoterni element - nemetali - inertni plin. Njegovo ispoljavanje smo već posmatrali u svim malim periodima. Na primjer, u neparnoj seriji od 4 perioda, bakar je metal, cink je amfoteren, a zatim od galija do broma, nemetalna svojstva su poboljšana. Period završava kriptonom, čiji atomi imaju potpuno završenu elektronsku ljusku.

Kako objasniti podjelu elemenata u grupe?

Svaka grupa - a ima ih osam u kratkom obliku tabele, takođe je podeljena na podgrupe, koje se nazivaju glavna i sekundarna. Ova klasifikacija odražava različite položaje elektrona na vanjskom energetskom nivou atoma elemenata. Pokazalo se da se kod elemenata glavnih podgrupa, na primjer, litijum, natrijum, kalij, rubidijum i cezijum, poslednji elektron nalazi na s-podnivou. Elementi 7. grupe glavne podgrupe (halogeni) ispunjavaju svoj p-podnivo negativnim česticama.

Za predstavnike bočnih podgrupa, kao što je hrom, biće tipično punjenje d-podnivoa elektronima. A za elemente uključene u porodicu, akumulacija negativnih naboja se događa na f-podnivou pretposljednjeg energetskog nivoa. Štoviše, broj grupe se u pravilu poklapa s brojem elektrona sposobnih za stvaranje kemijskih veza.

U našem članku smo saznali kakvu strukturu imaju vanjski energetski nivoi atoma kemijskih elemenata i utvrdili njihovu ulogu u međuatomskim interakcijama.

Danas ćemo vam reći šta je energetski nivo atoma, kada se čovjek susreće s ovim konceptom i gdje se primjenjuje.

školske fizike

Ljudi se prvi put susreću sa prirodnim naukama u školi. A ako u sedmoj godini studija djeci još uvijek budu zanimljiva nova znanja iz biologije i hemije, onda se u starijim razredima počinju bojati. Kada dođe red na atomsku fiziku, lekcije iz ove discipline već izazivaju samo gađenje prema neshvatljivim zadacima. Međutim, vrijedno je zapamtiti da sva otkrića koja su se sada pretvorila u dosadne školske predmete imaju netrivijalnu povijest i cijeli arsenal korisnih aplikacija. Saznati kako svijet funkcionira je poput otvaranja kutije s nečim zanimljivim unutra: uvijek želite pronaći tajni pretinac i tamo pronaći još jedno blago. Danas ćemo govoriti o jednoj od osnovnih fizika, strukturi materije.

Nedjeljivo, kompozitno, kvantno

Sa starogrčkog jezika riječ "atom" se prevodi kao "nedjeljiv, najmanji". Ovo gledište je posledica istorije nauke. Neki stari Grci i Indijci vjerovali su da se sve na svijetu sastoji od sitnih čestica.

U modernoj istoriji, oni su proizvedeni mnogo ranije od fizičkog istraživanja. Učenjaci iz sedamnaestog i osamnaestog vijeka radili su prvenstveno na povećanju vojne moći neke zemlje, kralja ili vojvode. A da bi se stvorili eksplozivi i barut, bilo je potrebno razumjeti od čega se sastoje. Kao rezultat toga, istraživači su otkrili da se neki elementi ne mogu odvojiti dalje od određenog nivoa. To znači da postoje najmanji nosioci hemijskih svojstava.

Ali pogriješili su. Pokazalo se da je atom kompozitna čestica, a njegova sposobnost promjene je kvantne prirode. O tome svjedoče i prijelazi energetskih nivoa atoma.

pozitivne i negativne

Krajem devetnaestog veka naučnici su se približili proučavanju najmanjih čestica materije. Na primjer, bilo je jasno da atom sadrži i pozitivno i negativno nabijene komponente. Ali to je bilo nepoznato: lokacija, interakcija, omjer težine njegovih elemenata ostali su misterija.

Rutherford je postavio eksperiment rasipanja tankih alfa čestica i otkrio da se teški pozitivni elementi nalaze u centru atoma, a vrlo laki negativni na rubovima. To znači da su nosioci različitih naboja čestice koje nisu slične jedna drugoj. Ovo je objasnilo naboj atoma: element im se mogao dodati ili ukloniti. Ravnoteža koja je održavala neutralnost čitavog sistema je narušena, a atom je dobio naboj.

Elektroni, protoni, neutroni

Kasnije se pokazalo: lagane negativne čestice su elektroni, a teško pozitivno jezgro se sastoji od dvije vrste nukleona (protona i neutrona). Protoni su se razlikovali od neutrona samo po tome što su prvi bili pozitivno nabijeni i teški, dok su drugi imali samo masu. Promena sastava i naboja jezgra je teška: za to su potrebne neverovatne energije. Ali atom je mnogo lakše podijeliti elektronom. Postoji više elektronegativnih atoma, za koje postoji veća vjerovatnoća da će "oduzeti" elektron, a manje elektronegativnih, koji će ga vjerovatnije "dati". Ovako se formira naboj atoma: ako postoji višak elektrona, onda je negativan, a ako postoji nedostatak, onda je pozitivan.

dug život univerzuma

Ali ova struktura atoma zbunila je naučnike. Prema klasičnoj fizici koja je tada vladala, elektron, koji se neprestano kretao oko jezgra, morao je neprekidno zračiti elektromagnetne talase. Pošto ovaj proces znači gubitak energije, sve negativne čestice bi ubrzo izgubile brzinu i pale na jezgro. Međutim, svemir postoji jako dugo, a globalna katastrofa se još nije dogodila. Spremao se paradoks prestare materije.

Borovi postulati

Borovi su postulati mogli objasniti neslaganje. Tada su to bile samo tvrdnje, skokovi u nepoznato, koji nisu bili potkrijepljeni proračunima ili teorijom. Prema postulatima, postojali su energetski nivoi elektrona u atomu. Svaka negativno nabijena čestica mogla bi biti samo na ovim nivoima. Prijelaz između orbitala (tzv. nivoa) vrši se skokom, dok se kvant elektromagnetne energije oslobađa ili apsorbira.

Kasnije je Planckovo otkriće kvanta objasnilo ovo ponašanje elektrona.

Svetlost i atom

Količina energije potrebna za prijelaz ovisi o udaljenosti između energetskih nivoa atoma. Što su udaljeniji jedan od drugog, to je više emitovanog ili apsorbovanog kvanta.

Kao što znate, svjetlost je kvant elektromagnetnog polja. Dakle, kada se elektron u atomu kreće s višeg na niži nivo, on stvara svjetlost. U ovom slučaju vrijedi i obrnuti zakon: kada elektromagnetski val padne na objekt, on pobuđuje njegove elektrone i oni se kreću na višu orbitalu.

Osim toga, energetski nivoi atoma su individualni za svaku vrstu hemijskog elementa. Obrazac udaljenosti između orbitala je drugačiji za vodonik i zlato, volfram i bakar, brom i sumpor. Stoga, analiza spektra emisije bilo kojeg objekta (uključujući zvijezde) nedvosmisleno određuje koje su tvari iu kojoj količini u njemu.

Ova metoda se koristi nevjerovatno široko. Spektralna analiza se koristi:

• u kriminalistici;
• u kontroli kvaliteta hrane i vode;
• u proizvodnji robe;
• u stvaranju novih materijala;
• u poboljšanju tehnologija;
• u naučnim eksperimentima;
• u istraživanju zvezda.

Ova lista samo grubo pokazuje koliko je bilo korisno otkriće elektronskih nivoa u atomu. Elektronski nivoi su najgrublji, najveći. Postoje manji vibracioni i još finiji nivoi rotacije. Ali oni su relevantni samo za složene spojeve - molekule i čvrste tvari.

Mora se reći da struktura jezgra još nije u potpunosti istražena. Na primjer, nema odgovora na pitanje zašto toliki broj neutrona odgovara određenom broju protona. Naučnici sugerišu da atomsko jezgro takođe sadrži neke analoge elektronskih nivoa. Međutim, to još nije dokazano.