Απάντηση από Ksenia Gareeva[γκουρού]
αριθμός περιόδου

Απάντηση από Σλάβα Μικαΐλοφ[αρχάριος]

Απάντηση από Στοίχημα[γκουρού]
Επίπεδο ενέργειας
Από την Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Ενεργειακό επίπεδο - οι πιθανές τιμές της ενέργειας των κβαντικών συστημάτων, δηλαδή συστημάτων που αποτελούνται από μικροσωματίδια (ηλεκτρόνια, πρωτόνια και άλλα στοιχειώδη σωματίδια, ατομικοί πυρήνες, άτομα, μόρια κ.λπ.) και υπακούουν στους νόμους της κβαντικής μηχανικής. Χαρακτηρίζει μια ορισμένη κατάσταση ενός μικροσωματιδίου. Υπάρχουν ηλεκτρονικά και ενδοπυρηνικά επίπεδα ενέργειας.
[επεξεργασία]
Ηλεκτρονικά επίπεδα ενέργειας
Η σύγχρονη αντίληψη του τροχιακού μοντέλου του ατόμου, στο οποίο τα ηλεκτρόνια μετακινούνται από το ένα ενεργειακό επίπεδο στο άλλο, και η διαφορά μεταξύ των ενεργειακών επιπέδων καθορίζει το μέγεθος του εκπεμπόμενου ή απορροφούμενου κβαντικού. Σε αυτή την περίπτωση, τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να βρίσκονται στα κενά μεταξύ των ενεργειακών επιπέδων. Αυτά τα κενά ονομάζονται απαγορευμένη ενεργειακή ζώνη.
Ένα παράδειγμα είναι ένα ηλεκτρόνιο στο τροχιακό μοντέλο ενός ατόμου - ανάλογα με τις τιμές του κύριου κβαντικού αριθμού n και του τροχιακού κβαντικού αριθμού l, αλλάζει το επίπεδο ενέργειας που κατέχει το ηλεκτρόνιο. Αντίστοιχα, κάθε ζεύγος τιμών των αριθμών n και l αντιστοιχεί σε ένα ορισμένο ενεργειακό επίπεδο.
[επεξεργασία]
Επίπεδα ενδοπυρηνικής ενέργειας
Ο όρος εμφανίστηκε λόγω της μελέτης της ραδιενέργειας. Η ακτινοβολία χωρίζεται σε τρία μέρη: τις ακτίνες άλφα, τις ακτίνες βήτα και τις ακτίνες γάμμα. Μελέτες έχουν δείξει ότι η ακτινοβολία άλφα αποτελείται από άτομα ηλίου, η ακτινοβολία βήτα είναι ένα ρεύμα ηλεκτρονίων που κινούνται γρήγορα και η μελέτη των ακτίνων γάμμα έδειξε ότι η ενέργεια των ηλεκτρονικών επιπέδων δεν είναι αρκετή για την εμφάνισή τους. Έγινε σαφές ότι η πηγή της ραδιενεργής ακτινοβολίας (ακτίνες γάμμα) πρέπει να αναζητηθεί μέσα στον ατομικό πυρήνα, δηλ. υπάρχουν ενδοπυρηνικά επίπεδα ενέργειας, η ενέργεια των οποίων μετατρέπεται σε φωτόνια ακτινοβολίας γάμμα. Οι ακτίνες γάμμα έχουν επεκτείνει το φάσμα των γνωστών ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και όλα τα κύματα μικρότερα από 0,01 nm είναι ακτίνες γάμμα.

Ε.Ν.ΦΡΕΝΚΕΛ

Αυτοδίδακτος στη χημεία

Ένας οδηγός για όσους δεν ξέρουν, αλλά θέλουν να μάθουν και να κατανοήσουν τη χημεία

Μέρος Ι. Στοιχεία Γενικής Χημείας
(πρώτο επίπεδο δυσκολίας)

Συνέχιση. Δείτε την αρχή στο Νο 13, 18, 23/2007

Κεφάλαιο 3. Στοιχειώδεις πληροφορίες για τη δομή του ατόμου.
Περιοδικός νόμος του D.I. Mendeleev

Θυμηθείτε τι είναι ένα άτομο, από τι αποτελείται ένα άτομο, εάν ένα άτομο αλλάζει στις χημικές αντιδράσεις.

Ένα άτομο είναι ένα ηλεκτρικά ουδέτερο σωματίδιο που αποτελείται από θετικά φορτισμένο πυρήνα και αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια.

Ο αριθμός των ηλεκτρονίων κατά τη διάρκεια χημικών διεργασιών μπορεί να αλλάξει, αλλά Το πυρηνικό φορτίο παραμένει πάντα το ίδιο. Γνωρίζοντας την κατανομή των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο (τη δομή ενός ατόμου), είναι δυνατό να προβλεφθούν πολλές ιδιότητες ενός δεδομένου ατόμου, καθώς και οι ιδιότητες απλών και πολύπλοκων ουσιών στις οποίες περιλαμβάνεται.

Η δομή του ατόμου, δηλ. Η σύνθεση του πυρήνα και η κατανομή των ηλεκτρονίων γύρω από τον πυρήνα μπορούν εύκολα να προσδιοριστούν από τη θέση του στοιχείου στο περιοδικό σύστημα.

Στο περιοδικό σύστημα του D.I. Mendeleev, τα χημικά στοιχεία είναι διατεταγμένα σε μια συγκεκριμένη σειρά. Αυτή η αλληλουχία σχετίζεται στενά με τη δομή των ατόμων αυτών των στοιχείων. Κάθε χημικό στοιχείο στο σύστημα έχει αντιστοιχιστεί σειριακός αριθμός, επιπλέον, για αυτό μπορείτε να καθορίσετε τον αριθμό περιόδου, τον αριθμό ομάδας, τον τύπο υποομάδας.

Χορηγός της δημοσίευσης του άρθρου ηλεκτρονικό κατάστημα "Megameh". Στο κατάστημα θα βρείτε προϊόντα γούνας για κάθε γούστο - σακάκια, γιλέκα και γούνινα παλτά από αλεπού, nutria, κουνέλι, βιζόν, ασημένια αλεπού, αρκτική αλεπού. Η εταιρεία σας προσφέρει επίσης να αγοράσετε ελίτ προϊόντα γούνας και να χρησιμοποιήσετε τις υπηρεσίες ατομικής ραπτικής. Προϊόντα γούνας χονδρική και λιανική - από την κατηγορία του προϋπολογισμού έως τα πολυτελή, εκπτώσεις έως και 50%, εγγύηση 1 έτους, παράδοση στην Ουκρανία, τη Ρωσία, τις χώρες της ΚΑΚ και της ΕΕ, παραλαβή από τον εκθεσιακό χώρο στο Krivoy Rog, προϊόντα από κορυφαίους κατασκευαστές της Ουκρανίας, Ρωσία, Τουρκία και Κίνα. Μπορείτε να δείτε τον κατάλογο των αγαθών, τις τιμές, τις επαφές και να λάβετε συμβουλές στον ιστότοπο, ο οποίος βρίσκεται στη διεύθυνση: "megameh.com".

Γνωρίζοντας την ακριβή "διεύθυνση" ενός χημικού στοιχείου - μιας ομάδας, υποομάδας και αριθμού περιόδου, μπορεί κανείς να προσδιορίσει με σαφήνεια τη δομή του ατόμου του.

Περίοδοςείναι μια οριζόντια σειρά χημικών στοιχείων. Υπάρχουν επτά περίοδοι στο σύγχρονο περιοδικό σύστημα. Οι τρεις πρώτες περίοδοι μικρό, επειδή περιέχουν 2 ή 8 στοιχεία:

1η περίοδος - H, He - 2 στοιχεία.

2η περίοδος - Li ... Ne - 8 στοιχεία;

3η περίοδος - Na ... Ar - 8 στοιχεία.

Άλλες περίοδοι - μεγάλο. Κάθε ένα από αυτά περιέχει 2-3 σειρές στοιχείων:

4η περίοδος (2 σειρές) - K ... Kr - 18 στοιχεία;

6η περίοδος (3 σειρές) - Cs ... Rn - 32 στοιχεία. Αυτή η περίοδος περιλαμβάνει έναν αριθμό λανθανιδών.

Ομάδαείναι μια κάθετη σειρά χημικών στοιχείων. Υπάρχουν οκτώ ομάδες συνολικά. Κάθε ομάδα αποτελείται από δύο υποομάδες: κύρια υποομάδακαι δευτερεύουσα υποομάδα. Για παράδειγμα:

Η κύρια υποομάδα σχηματίζεται από χημικά στοιχεία μικρών περιόδων (για παράδειγμα, N, P) και μεγάλων περιόδων (για παράδειγμα, As, Sb, Bi).

Μια πλευρική υποομάδα σχηματίζεται από χημικά στοιχεία μόνο μεγάλων περιόδων (για παράδειγμα, V, Nb,
Τα).

Οπτικά, αυτές οι υποομάδες είναι εύκολο να διακριθούν. Η κύρια υποομάδα είναι «υψηλή», ξεκινά από την 1η ή τη 2η περίοδο. Η δευτερεύουσα υποομάδα είναι «χαμηλή», ξεκινώντας από την 4η περίοδο.

Έτσι, κάθε χημικό στοιχείο του περιοδικού συστήματος έχει τη δική του διεύθυνση: περίοδος, ομάδα, υποομάδα, τακτικός αριθμός.

Για παράδειγμα, το βανάδιο V είναι ένα χημικό στοιχείο της 4ης περιόδου, ομάδα V, δευτερεύουσα υποομάδα, σειριακός αριθμός 23.

Εργασία 3.1.Καθορίστε την περίοδο, την ομάδα και την υποομάδα για χημικά στοιχεία με αύξοντες αριθμούς 8, 26, 31, 35, 54.

Εργασία 3.2.Καθορίστε τον αύξοντα αριθμό και το όνομα του χημικού στοιχείου, εάν είναι γνωστό ότι βρίσκεται:

α) στην 4η περίοδο, ομάδα VI, δευτερεύουσα υποομάδα.

β) στην 5η περίοδο, ομάδα IV, κύρια υποομάδα.

Πώς μπορούν οι πληροφορίες για τη θέση ενός στοιχείου στο περιοδικό σύστημα να σχετίζονται με τη δομή του ατόμου του;

Ένα άτομο αποτελείται από έναν πυρήνα (θετικά φορτισμένο) και ηλεκτρόνια (αρνητικά φορτισμένα). Γενικά, το άτομο είναι ηλεκτρικά ουδέτερο.

Θετικός φορτίο του πυρήνα ενός ατόμουίσο με τον ατομικό αριθμό του χημικού στοιχείου.

Ο πυρήνας ενός ατόμου είναι ένα πολύπλοκο σωματίδιο. Σχεδόν όλη η μάζα ενός ατόμου συγκεντρώνεται στον πυρήνα. Δεδομένου ότι ένα χημικό στοιχείο είναι μια συλλογή ατόμων με το ίδιο πυρηνικό φορτίο, οι ακόλουθες συντεταγμένες υποδεικνύονται κοντά στο σύμβολο του στοιχείου:

Με βάση αυτά τα δεδομένα, μπορεί να προσδιοριστεί η σύνθεση του πυρήνα. Ο πυρήνας αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια.

Πρωτόνιο Πέχει μάζα 1 (1,0073 amu) και φορτίο +1. Νετρόνιο nδεν έχει φορτίο (ουδέτερο), και η μάζα του είναι περίπου ίση με τη μάζα ενός πρωτονίου (1,0087 amu).

Το πυρηνικό φορτίο καθορίζεται από τα πρωτόνια. Και ο αριθμός των πρωτονίων είναι(κατά μέγεθος) φορτίο του πυρήνα ενός ατόμου, δηλ. σειριακός αριθμός.

Αριθμός νετρονίων Νκαθορίζεται από τη διαφορά μεταξύ των ποσοτήτων: "μάζα του πυρήνα" ΑΛΛΑκαι "σειριακός αριθμός" Ζ. Έτσι, για ένα άτομο αλουμινίου:

Ν = ΑΛΛΑ – Ζ = 27 –13 = 14n,

Εργασία 3.3.Προσδιορίστε τη σύσταση των πυρήνων των ατόμων, εάν το χημικό στοιχείο βρίσκεται σε:

α) 3η περίοδος, ομάδα VII, κύρια υποομάδα.

β) 4η περίοδος, ομάδα IV, δευτερεύουσα υποομάδα.

γ) 5η περίοδος, ομάδα Ι, κύρια υποομάδα.

Προσοχή! Κατά τον προσδιορισμό του μαζικού αριθμού του πυρήνα ενός ατόμου, είναι απαραίτητο να στρογγυλοποιηθεί η ατομική μάζα που υποδεικνύεται στο περιοδικό σύστημα. Αυτό γίνεται επειδή οι μάζες του πρωτονίου και του νετρονίου είναι πρακτικά ακέραιες και η μάζα των ηλεκτρονίων μπορεί να παραμεληθεί.

Ας προσδιορίσουμε ποιοι από τους παρακάτω πυρήνες ανήκουν στο ίδιο χημικό στοιχείο:

Α (20 R + 20n),

Β (19 R + 20n),

ΣΕ 20 R + 19n).

Τα άτομα του ίδιου χημικού στοιχείου έχουν πυρήνες Α και Β, αφού περιέχουν τον ίδιο αριθμό πρωτονίων, δηλαδή τα φορτία αυτών των πυρήνων είναι τα ίδια. Μελέτες δείχνουν ότι η μάζα ενός ατόμου δεν επηρεάζει σημαντικά τις χημικές του ιδιότητες.

Ισότοπα ονομάζονται άτομα του ίδιου χημικού στοιχείου (του ίδιου αριθμού πρωτονίων), τα οποία διαφέρουν σε μάζα (διαφορετικός αριθμός νετρονίων).

Τα ισότοπα και οι χημικές τους ενώσεις διαφέρουν μεταξύ τους ως προς τις φυσικές ιδιότητες, αλλά οι χημικές ιδιότητες των ισοτόπων του ίδιου χημικού στοιχείου είναι οι ίδιες. Έτσι, τα ισότοπα του άνθρακα-14 (14 C) έχουν τις ίδιες χημικές ιδιότητες με τον άνθρακα-12 (12 C), τα οποία εισέρχονται στους ιστούς οποιουδήποτε ζωντανού οργανισμού. Η διαφορά εκδηλώνεται μόνο στη ραδιενέργεια (ισότοπο 14 C). Ως εκ τούτου, τα ισότοπα χρησιμοποιούνται για τη διάγνωση και θεραπεία διαφόρων ασθενειών, για επιστημονική έρευνα.

Ας επιστρέψουμε στην περιγραφή της δομής του ατόμου. Όπως γνωρίζετε, ο πυρήνας ενός ατόμου δεν αλλάζει στις χημικές διεργασίες. Τι αλλάζει; Η μεταβλητή είναι ο συνολικός αριθμός ηλεκτρονίων στο άτομο και η κατανομή των ηλεκτρονίων. Γενικός αριθμός ηλεκτρονίων σε ένα ουδέτερο άτομοείναι εύκολο να προσδιοριστεί - είναι ίσο με τον αύξοντα αριθμό, δηλ. φορτίο του πυρήνα ενός ατόμου:

Τα ηλεκτρόνια έχουν αρνητικό φορτίο -1 και η μάζα τους είναι αμελητέα: 1/1840 της μάζας ενός πρωτονίου.

Τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια απωθούν το ένα το άλλο και βρίσκονται σε διαφορετικές αποστάσεις από τον πυρήνα. Εν Τα ηλεκτρόνια που έχουν περίπου ίση ποσότητα ενέργειας βρίσκονται σε περίπου ίση απόσταση από τον πυρήνα και σχηματίζουν ένα επίπεδο ενέργειας.

Ο αριθμός των ενεργειακών επιπέδων σε ένα άτομο είναι ίσος με τον αριθμό της περιόδου στην οποία βρίσκεται το χημικό στοιχείο. Τα επίπεδα ενέργειας ορίζονται συμβατικά ως εξής (για παράδειγμα, για το Al):

Εργασία 3.4.Προσδιορίστε τον αριθμό των ενεργειακών επιπέδων στα άτομα οξυγόνου, μαγνησίου, ασβεστίου, μολύβδου.

Κάθε επίπεδο ενέργειας μπορεί να περιέχει περιορισμένο αριθμό ηλεκτρονίων:

Στο πρώτο - όχι περισσότερα από δύο ηλεκτρόνια.

Στο δεύτερο - όχι περισσότερα από οκτώ ηλεκτρόνια.

Στο τρίτο - όχι περισσότερα από δεκαοκτώ ηλεκτρόνια.

Αυτοί οι αριθμοί δείχνουν ότι, για παράδειγμα, το δεύτερο ενεργειακό επίπεδο μπορεί να έχει 2, 5 ή 7 ηλεκτρόνια, αλλά όχι 9 ή 12 ηλεκτρόνια.

Είναι σημαντικό να γνωρίζετε ότι ανεξάρτητα από τον αριθμό ενεργειακής στάθμης εξωτερικό επίπεδο(τελευταίο) δεν μπορεί να είναι περισσότερα από οκτώ ηλεκτρόνια. Το εξωτερικό επίπεδο ενέργειας των οκτώ ηλεκτρονίων είναι το πιο σταθερό και ονομάζεται πλήρες. Τέτοια ενεργειακά επίπεδα βρίσκονται στα πιο ανενεργά στοιχεία - τα ευγενή αέρια.

Πώς να προσδιορίσετε τον αριθμό των ηλεκτρονίων στο εξωτερικό επίπεδο των υπόλοιπων ατόμων; Υπάρχει ένας απλός κανόνας για αυτό: αριθμός εξωτερικών ηλεκτρονίωνισούται με:

Για στοιχεία των κύριων υποομάδων - ο αριθμός της ομάδας.

Για στοιχεία δευτερευουσών υποομάδων, δεν μπορεί να είναι περισσότερα από δύο.

Για παράδειγμα (Εικ. 5):

Εργασία 3.5.Καθορίστε τον αριθμό των εξωτερικών ηλεκτρονίων για χημικά στοιχεία με αύξοντες αριθμούς 15, 25, 30, 53.

Εργασία 3.6.Βρείτε χημικά στοιχεία στον περιοδικό πίνακα, στα άτομα των οποίων υπάρχει ένα ολοκληρωμένο εξωτερικό επίπεδο.

Είναι πολύ σημαντικό να προσδιορίσετε σωστά τον αριθμό των εξωτερικών ηλεκτρονίων, γιατί Είναι μαζί τους που συνδέονται οι πιο σημαντικές ιδιότητες του ατόμου. Έτσι, στις χημικές αντιδράσεις, τα άτομα τείνουν να αποκτούν ένα σταθερό, ολοκληρωμένο εξωτερικό επίπεδο (8 μι). Επομένως, τα άτομα, στο εξωτερικό επίπεδο των οποίων υπάρχουν λίγα ηλεκτρόνια, προτιμούν να τα δώσουν.

Τα χημικά στοιχεία των οποίων τα άτομα μπορούν να δωρίσουν μόνο ηλεκτρόνια ονομάζονται μέταλλα. Προφανώς, θα πρέπει να υπάρχουν λίγα ηλεκτρόνια στο εξωτερικό επίπεδο του ατόμου μετάλλου: 1, 2, 3.

Εάν υπάρχουν πολλά ηλεκτρόνια στο εξωτερικό ενεργειακό επίπεδο ενός ατόμου, τότε τέτοια άτομα τείνουν να δέχονται ηλεκτρόνια πριν από την ολοκλήρωση του εξωτερικού ενεργειακού επιπέδου, δηλαδή μέχρι οκτώ ηλεκτρόνια. Τέτοια στοιχεία ονομάζονται αμέταλλα.

Ερώτηση. Τα χημικά στοιχεία των δευτερογενών υποομάδων ανήκουν σε μέταλλα ή αμέταλλα; Γιατί;

Απάντηση Τα μέταλλα και τα αμέταλλα των κύριων υποομάδων στον περιοδικό πίνακα χωρίζονται με μια γραμμή που μπορεί να τραβηχτεί από το βόριο στην αστατίνη. Πάνω από αυτή τη γραμμή (και στη γραμμή) είναι αμέταλλα, κάτω - μέταλλα. Όλα τα στοιχεία των δευτερευουσών υποομάδων βρίσκονται κάτω από αυτή τη γραμμή.

Εργασία 3.7.Προσδιορίστε εάν τα μέταλλα ή τα αμέταλλα περιλαμβάνουν: φώσφορο, βανάδιο, κοβάλτιο, σελήνιο, βισμούθιο. Χρησιμοποιήστε τη θέση του στοιχείου στον περιοδικό πίνακα των χημικών στοιχείων και τον αριθμό των ηλεκτρονίων στο εξωτερικό επίπεδο.

Για να συνθέσετε την κατανομή των ηλεκτρονίων στα υπόλοιπα επίπεδα και υποεπίπεδα, θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί ο ακόλουθος αλγόριθμος.

1. Προσδιορίστε τον συνολικό αριθμό ηλεκτρονίων στο άτομο (με αύξοντα αριθμό).

2. Προσδιορίστε τον αριθμό των ενεργειακών επιπέδων (κατά αριθμό περιόδου).

3. Προσδιορίστε τον αριθμό των εξωτερικών ηλεκτρονίων (ανάλογα με τον τύπο της υποομάδας και τον αριθμό της ομάδας).

4. Να αναφέρετε τον αριθμό των ηλεκτρονίων σε όλα τα επίπεδα εκτός από το προτελευταίο.

Για παράδειγμα, σύμφωνα με τα σημεία 1-4 για το άτομο μαγγανίου, προσδιορίζεται:

Σύνολο 25 μι; κατανεμημένο (2 + 8 + 2) = 12 μι; άρα, στο τρίτο επίπεδο είναι: 25 - 12 = 13 μι.

Λάβαμε την κατανομή των ηλεκτρονίων στο άτομο μαγγανίου:

Εργασία 3.8.Επεξεργαστείτε τον αλγόριθμο σχεδιάζοντας διαγράμματα ατομικής δομής για τα στοιχεία Νο. 16, 26, 33, 37. Υποδείξτε εάν είναι μέταλλα ή μη μέταλλα. Εξηγήστε την απάντηση.

Κατά τη σύνταξη των παραπάνω διαγραμμάτων της δομής του ατόμου, δεν λάβαμε υπόψη ότι τα ηλεκτρόνια στο άτομο καταλαμβάνουν όχι μόνο επίπεδα, αλλά και ορισμένα υποεπίπεδακάθε επίπεδο. Οι τύποι υποεπιπέδων υποδεικνύονται με λατινικά γράμματα: μικρό, Π, ρε.

Ο αριθμός των πιθανών υποεπιπέδων είναι ίσος με τον αριθμό του επιπέδου.Το πρώτο επίπεδο αποτελείται από ένα
μικρό-υποεπίπεδο. Το δεύτερο επίπεδο αποτελείται από δύο υποεπίπεδα - μικρόκαι R. Το τρίτο επίπεδο - από τρία υποεπίπεδα - μικρό, Πκαι ρε.

Κάθε υποεπίπεδο μπορεί να περιέχει έναν αυστηρά περιορισμένο αριθμό ηλεκτρονίων:

στο υποεπίπεδο s - όχι περισσότερο από 2e.

στο υποεπίπεδο p - όχι περισσότερο από 6e.

στο d-υποεπίπεδο - όχι περισσότερο από 10e.

Τα υποεπίπεδα ενός επιπέδου συμπληρώνονται με αυστηρά καθορισμένη σειρά: μικρόΠρε.

Με αυτόν τον τρόπο, R- Το υποεπίπεδο δεν μπορεί να αρχίσει να γεμίζει εάν δεν είναι πλήρες μικρό-υποεπίπεδο δεδομένου ενεργειακού επιπέδου κ.λπ. Με βάση αυτόν τον κανόνα, είναι εύκολο να συνθέσετε την ηλεκτρονική διαμόρφωση του ατόμου μαγγανίου:

Γενικά ηλεκτρονική διαμόρφωση ενός ατόμουΤο μαγγάνιο γράφεται ως εξής:

25 Mn 1 μικρό 2 2μικρό 2 2Π 6 3μικρό 2 3Π 6 3ρε 5 4μικρό 2 .

Εργασία 3.9. Κάντε ηλεκτρονικές διαμορφώσεις ατόμων για τα χημικά στοιχεία Νο. 16, 26, 33, 37.

Γιατί είναι απαραίτητο να κάνουμε ηλεκτρονικές διαμορφώσεις ατόμων; Να προσδιοριστούν οι ιδιότητες αυτών των χημικών στοιχείων. Θα πρέπει να θυμόμαστε ότι μόνο ηλεκτρόνια σθένους.

Τα ηλεκτρόνια σθένους βρίσκονται στο εξωτερικό ενεργειακό επίπεδο και είναι ημιτελή
d-υποεπίπεδο του προ-εξωτερικού επιπέδου.

Ας προσδιορίσουμε τον αριθμό των ηλεκτρονίων σθένους για το μαγγάνιο:

ή συντομογραφία: Mn ... 3 ρε 5 4μικρό 2 .

Τι μπορεί να προσδιοριστεί από τον τύπο για την ηλεκτρονική διαμόρφωση ενός ατόμου;

1. Τι στοιχείο είναι αυτό - μέταλλο ή μη;

Το μαγγάνιο είναι μέταλλο, γιατί το εξωτερικό (τέταρτο) επίπεδο περιέχει δύο ηλεκτρόνια.

2. Ποια διαδικασία είναι χαρακτηριστική για το μέταλλο;

Τα άτομα μαγγανίου δίνουν πάντα ηλεκτρόνια στις αντιδράσεις.

3. Ποια ηλεκτρόνια και πόσα θα δώσουν ένα άτομο μαγγανίου;

Στις αντιδράσεις, το άτομο μαγγανίου δίνει δύο εξωτερικά ηλεκτρόνια (είναι πιο μακριά από τον πυρήνα και έλκονται πιο αδύναμα από αυτόν), καθώς και πέντε προ-εξωτερικά ρε-ηλεκτρόνια. Ο συνολικός αριθμός ηλεκτρονίων σθένους είναι επτά (2 + 5). Σε αυτή την περίπτωση, οκτώ ηλεκτρόνια θα παραμείνουν στο τρίτο επίπεδο του ατόμου, δηλ. σχηματίζεται πλήρες εξωτερικό επίπεδο.

Όλοι αυτοί οι συλλογισμοί και τα συμπεράσματα μπορούν να αντικατοπτριστούν χρησιμοποιώντας το σχήμα (Εικ. 6):

Τα προκύπτοντα υπό όρους φορτία ενός ατόμου ονομάζονται καταστάσεις οξείδωσης.

Λαμβάνοντας υπόψη τη δομή του ατόμου, με παρόμοιο τρόπο μπορεί να αποδειχθεί ότι οι τυπικές καταστάσεις οξείδωσης για το οξυγόνο είναι -2 και για το υδρογόνο +1.

Ερώτηση. Με ποιο από τα χημικά στοιχεία μπορεί το μαγγάνιο να σχηματίσει ενώσεις, αν λάβουμε υπόψη τους βαθμούς οξείδωσής του που προέκυψαν παραπάνω;

Απάντηση: Μόνο με οξυγόνο, tk. Το άτομό του έχει το αντίθετο φορτίο στην κατάσταση οξείδωσής του. Οι τύποι των αντίστοιχων οξειδίων του μαγγανίου (εδώ οι καταστάσεις οξείδωσης αντιστοιχούν στα σθένη αυτών των χημικών στοιχείων):

Η δομή του ατόμου του μαγγανίου υποδηλώνει ότι το μαγγάνιο δεν μπορεί να έχει υψηλότερο βαθμό οξείδωσης, επειδή Σε αυτή την περίπτωση, θα έπρεπε να αγγίξει κανείς το σταθερό, πλέον ολοκληρωμένο, προ-εξωτερικό επίπεδο. Επομένως, η κατάσταση οξείδωσης +7 είναι η υψηλότερη και το αντίστοιχο οξείδιο Mn 2 O 7 είναι το υψηλότερο οξείδιο του μαγγανίου.

Για να ενοποιήσετε όλες αυτές τις έννοιες, εξετάστε τη δομή του ατόμου του τελλουρίου και μερικές από τις ιδιότητές του:

Ως μη μέταλλο, το άτομο Te μπορεί να δεχτεί 2 ηλεκτρόνια πριν από την ολοκλήρωση του εξωτερικού επιπέδου και να δώσει «επιπλέον» 6 ηλεκτρόνια:

Εργασία 3.10.Σχεδιάστε τις ηλεκτρονικές διαμορφώσεις των ατόμων Na, Rb, Cl, I, Si, Sn. Προσδιορίστε τις ιδιότητες αυτών των χημικών στοιχείων, τους τύπους των απλούστερων ενώσεων τους (με οξυγόνο και υδρογόνο).

Πρακτικά συμπεράσματα

1. Μόνο τα ηλεκτρόνια σθένους συμμετέχουν στις χημικές αντιδράσεις, οι οποίες μπορούν να είναι μόνο στα δύο τελευταία επίπεδα.

2. Τα άτομα μετάλλου μπορούν να δωρίσουν μόνο ηλεκτρόνια σθένους (όλα ή λίγα), λαμβάνοντας θετικές καταστάσεις οξείδωσης.

3. Τα μη μεταλλικά άτομα μπορούν να δεχτούν ηλεκτρόνια (λείπουν - έως οκτώ), ενώ αποκτούν αρνητικές καταστάσεις οξείδωσης και να δωρίσουν ηλεκτρόνια σθένους (όλα ή λίγα), ενώ αποκτούν θετικές καταστάσεις οξείδωσης.

Ας συγκρίνουμε τώρα τις ιδιότητες των χημικών στοιχείων μιας υποομάδας, για παράδειγμα, του νατρίου και του ρουβιδίου:
Να...3 μικρό 1 και Rb...5 μικρό 1 .

Τι είναι κοινό στη δομή των ατόμων αυτών των στοιχείων; Στο εξωτερικό επίπεδο κάθε ατόμου, ένα ηλεκτρόνιο είναι ενεργά μέταλλα. μεταλλική δραστηριότητασχετίζεται με την ικανότητα δωρεάς ηλεκτρονίων: όσο πιο εύκολα ένα άτομο εκπέμπει ηλεκτρόνια, τόσο πιο έντονες είναι οι μεταλλικές του ιδιότητες.

Τι συγκρατεί τα ηλεκτρόνια σε ένα άτομο; έλξη προς τον πυρήνα. Όσο πιο κοντά είναι τα ηλεκτρόνια στον πυρήνα, όσο πιο δυνατά έλκονται από τον πυρήνα του ατόμου, τόσο πιο δύσκολο είναι να τα «ξεκόψεις».

Με βάση αυτό, θα απαντήσουμε στο ερώτημα: ποιο στοιχείο - Na ή Rb - δίνει πιο εύκολα ένα εξωτερικό ηλεκτρόνιο; Ποιο στοιχείο είναι το πιο ενεργό μέταλλο; Προφανώς, το ρουβίδιο, επειδή Τα ηλεκτρόνια σθένους του βρίσκονται πιο μακριά από τον πυρήνα (και συγκρατούνται λιγότερο από τον πυρήνα).

Συμπέρασμα. Στις κύριες υποομάδες, από πάνω προς τα κάτω, ενισχύονται οι μεταλλικές ιδιότητες, επειδή η ακτίνα του ατόμου αυξάνεται και τα ηλεκτρόνια σθένους έλκονται πιο αδύναμα στον πυρήνα.

Ας συγκρίνουμε τις ιδιότητες των χημικών στοιχείων της ομάδας VIIa: Cl …3 μικρό 2 3Π 5 και εγώ...5 μικρό 2 5Π 5 .

Και τα δύο χημικά στοιχεία είναι αμέταλλα, γιατί. λείπει ένα ηλεκτρόνιο πριν την ολοκλήρωση του εξωτερικού επιπέδου. Αυτά τα άτομα θα προσελκύσουν ενεργά το ηλεκτρόνιο που λείπει. Επιπλέον, όσο πιο ισχυρό το ηλεκτρόνιο που λείπει έλκει ένα άτομο μη μετάλλου, τόσο ισχυρότερες είναι οι μη μεταλλικές του ιδιότητες (η ικανότητα να δέχεται ηλεκτρόνια).

Τι προκαλεί την έλξη ενός ηλεκτρονίου; Λόγω του θετικού φορτίου του πυρήνα του ατόμου. Επιπλέον, όσο πιο κοντά είναι το ηλεκτρόνιο στον πυρήνα, τόσο ισχυρότερη είναι η αμοιβαία έλξη τους, τόσο πιο ενεργό είναι το αμέταλλο.

Ερώτηση. Ποιο στοιχείο έχει πιο έντονες μη μεταλλικές ιδιότητες: το χλώριο ή το ιώδιο;

Απάντηση: Προφανώς, το χλώριο, γιατί. Τα ηλεκτρόνια σθένους του βρίσκονται πιο κοντά στον πυρήνα.

Συμπέρασμα. Η δραστηριότητα των μη μετάλλων σε υποομάδες μειώνεται από πάνω προς τα κάτω, επειδή η ακτίνα του ατόμου αυξάνεται και γίνεται όλο και πιο δύσκολο για τον πυρήνα να προσελκύσει τα ηλεκτρόνια που λείπουν.

Ας συγκρίνουμε τις ιδιότητες του πυριτίου και του κασσίτερου: Si …3 μικρό 2 3Π 2 και Sn…5 μικρό 2 5Π 2 .

Και τα δύο άτομα έχουν τέσσερα ηλεκτρόνια στο εξωτερικό επίπεδο. Ωστόσο, αυτά τα στοιχεία στον περιοδικό πίνακα βρίσκονται στις αντίθετες πλευρές της γραμμής που συνδέει το βόριο και την αστατίνη. Επομένως, για το πυρίτιο, το σύμβολο του οποίου βρίσκεται πάνω από τη γραμμή B–At, οι μη μεταλλικές ιδιότητες είναι πιο έντονες. Αντίθετα, ο κασσίτερος, του οποίου το σύμβολο βρίσκεται κάτω από τη γραμμή B–At, έχει ισχυρότερες μεταλλικές ιδιότητες. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι στο άτομο του κασσιτέρου αφαιρούνται τέσσερα ηλεκτρόνια σθένους από τον πυρήνα. Επομένως, η προσκόλληση των τεσσάρων ηλεκτρονίων που λείπουν είναι δύσκολη. Ταυτόχρονα, η επιστροφή ηλεκτρονίων από το πέμπτο ενεργειακό επίπεδο συμβαίνει αρκετά εύκολα. Για το πυρίτιο, και οι δύο διαδικασίες είναι δυνατές, με την πρώτη (αποδοχή ηλεκτρονίων) να κυριαρχεί.

Συμπεράσματα για το κεφάλαιο 3.Όσο λιγότερα εξωτερικά ηλεκτρόνια σε ένα άτομο και όσο πιο μακριά βρίσκονται από τον πυρήνα, τόσο πιο ισχυρές εκδηλώνονται οι μεταλλικές ιδιότητες.

Όσο περισσότερα εξωτερικά ηλεκτρόνια σε ένα άτομο και όσο πιο κοντά βρίσκονται στον πυρήνα, τόσο περισσότερες μη μεταλλικές ιδιότητες εκδηλώνονται.

Με βάση τα συμπεράσματα που διατυπώνονται σε αυτό το κεφάλαιο, για οποιοδήποτε χημικό στοιχείο του περιοδικού συστήματος, μπορείτε να κάνετε ένα «χαρακτηριστικό».

Αλγόριθμος Περιγραφή Ιδιότητας
χημικό στοιχείο από τη θέση του
στο περιοδικό σύστημα

1. Σχεδιάστε ένα διάγραμμα της δομής του ατόμου, δηλ. προσδιορίστε τη σύνθεση του πυρήνα και την κατανομή των ηλεκτρονίων ανά ενεργειακά επίπεδα και υποεπίπεδα:

Προσδιορίστε τον συνολικό αριθμό πρωτονίων, ηλεκτρονίων και νετρονίων σε ένα άτομο (με αύξοντα αριθμό και σχετική ατομική μάζα).

Προσδιορίστε τον αριθμό των ενεργειακών επιπέδων (κατά αριθμό περιόδου).

Προσδιορίστε τον αριθμό των εξωτερικών ηλεκτρονίων (κατά τύπο υποομάδας και αριθμό ομάδας).

Υποδείξτε τον αριθμό των ηλεκτρονίων σε όλα τα ενεργειακά επίπεδα εκτός από το προτελευταίο.

2. Προσδιορίστε τον αριθμό των ηλεκτρονίων σθένους.

3. Προσδιορίστε ποιες ιδιότητες -μεταλλικές ή μη- είναι πιο έντονες για ένα δεδομένο χημικό στοιχείο.

4. Προσδιορίστε τον αριθμό των δεδομένων (λαμβανόμενων) ηλεκτρονίων.

5. Προσδιορίστε την υψηλότερη και τη χαμηλότερη κατάσταση οξείδωσης ενός χημικού στοιχείου.

6. Συνθέστε για αυτές τις καταστάσεις οξείδωσης τους χημικούς τύπους των απλούστερων ενώσεων με οξυγόνο και υδρογόνο.

7. Να προσδιορίσετε τη φύση του οξειδίου και να γράψετε μια εξίσωση για την αντίδρασή του με το νερό.

8. Για τις ουσίες που αναφέρονται στην παράγραφο 6, συντάξτε εξισώσεις χαρακτηριστικών αντιδράσεων (βλ. Κεφάλαιο 2).

Εργασία 3.11.Σύμφωνα με το παραπάνω σχήμα, κάντε περιγραφές των ατόμων του θείου, του σεληνίου, του ασβεστίου και του στροντίου και των ιδιοτήτων αυτών των χημικών στοιχείων. Ποιες είναι οι γενικές ιδιότητες των οξειδίων και των υδροξειδίων τους;

Εάν έχετε ολοκληρώσει τις ασκήσεις 3.10 και 3.11, τότε είναι εύκολο να δείτε ότι όχι μόνο τα άτομα των στοιχείων μιας υποομάδας, αλλά και οι ενώσεις τους έχουν κοινές ιδιότητες και παρόμοια σύνθεση.

Περιοδικός νόμος του D.I. Mendeleev:οι ιδιότητες των χημικών στοιχείων, καθώς και οι ιδιότητες των απλών και πολύπλοκων ουσιών που σχηματίζονται από αυτά, βρίσκονται σε περιοδική εξάρτηση από το φορτίο των πυρήνων των ατόμων τους.

Η φυσική έννοια του περιοδικού νόμου: οι ιδιότητες των χημικών στοιχείων επαναλαμβάνονται περιοδικά επειδή οι διαμορφώσεις των ηλεκτρονίων σθένους (η κατανομή των ηλεκτρονίων του εξωτερικού και του προτελευταίου επιπέδου) επαναλαμβάνονται περιοδικά.

Άρα, τα χημικά στοιχεία της ίδιας υποομάδας έχουν την ίδια κατανομή ηλεκτρονίων σθένους και, επομένως, παρόμοιες ιδιότητες.

Για παράδειγμα, τα χημικά στοιχεία της πέμπτης ομάδας έχουν πέντε ηλεκτρόνια σθένους. Ταυτόχρονα, στα άτομα της χημικής στοιχεία των κύριων υποομάδων- όλα τα ηλεκτρόνια σθένους βρίσκονται στο εξωτερικό επίπεδο: ... ns 2 np 3, όπου n– αριθμός περιόδου.

Στα άτομα στοιχεία δευτερευουσών υποομάδωνμόνο 1 ή 2 ηλεκτρόνια βρίσκονται στο εξωτερικό επίπεδο, τα υπόλοιπα είναι μέσα ρε- υποεπίπεδο του προ-εξωτερικού επιπέδου: ... ( n – 1)ρε 3 ns 2, όπου n– αριθμός περιόδου.

Εργασία 3.12.Φτιάξτε σύντομους ηλεκτρονικούς τύπους για τα άτομα των χημικών στοιχείων Νο. 35 και 42 και στη συνέχεια σχηματίστε την κατανομή των ηλεκτρονίων σε αυτά τα άτομα σύμφωνα με τον αλγόριθμο. Βεβαιωθείτε ότι η πρόβλεψή σας θα γίνει πραγματικότητα.

Ασκήσεις για το κεφάλαιο 3

1. Να διατυπώσετε τους ορισμούς των εννοιών «περίοδος», «ομάδα», «υποομάδα». Τι κάνουν τα χημικά στοιχεία που αποτελούν: α) περίοδος; β) μια ομάδα· γ) υποομάδα;

2. Τι είναι τα ισότοπα; Ποιες κοινές ιδιότητες -φυσικές ή χημικές- έχουν τα ισότοπα; Γιατί;

3. Να διατυπώσετε τον περιοδικό νόμο του DIMendeleev. Εξηγήστε τη φυσική του σημασία και επεξηγήστε με παραδείγματα.

4. Ποιες είναι οι μεταλλικές ιδιότητες των χημικών στοιχείων; Πώς αλλάζουν σε μια ομάδα και σε μια περίοδο; Γιατί;

5. Ποιες είναι οι μη μεταλλικές ιδιότητες των χημικών στοιχείων; Πώς αλλάζουν σε μια ομάδα και σε μια περίοδο; Γιατί;

6. Κάντε σύντομους ηλεκτρονικούς τύπους χημικών στοιχείων Νο. 43, 51, 38. Επιβεβαιώστε τις υποθέσεις σας περιγράφοντας τη δομή των ατόμων αυτών των στοιχείων σύμφωνα με τον παραπάνω αλγόριθμο. Προσδιορίστε τις ιδιότητες αυτών των στοιχείων.

7. Με σύντομους ηλεκτρονικούς τύπους

α) ...4 μικρό 2 4p 1 ;

β) …4 ρε 1 5μικρό 2 ;

στις 3 ρε 5 4s 1

προσδιορίστε τη θέση των αντίστοιχων χημικών στοιχείων στο περιοδικό σύστημα του D.I. Mendeleev. Ονομάστε αυτά τα χημικά στοιχεία. Επιβεβαιώστε τις υποθέσεις σας με μια περιγραφή της δομής των ατόμων αυτών των χημικών στοιχείων σύμφωνα με τον αλγόριθμο. Προσδιορίστε τις ιδιότητες αυτών των χημικών στοιχείων.

Συνεχίζεται

2. Η δομή των πυρήνων και των ηλεκτρονίων των ατόμων

2.6. Ενεργειακά επίπεδα και υποεπίπεδα

Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό της κατάστασης ενός ηλεκτρονίου σε ένα άτομο είναι η ενέργεια του ηλεκτρονίου, η οποία, σύμφωνα με τους νόμους της κβαντομηχανικής, δεν μεταβάλλεται συνεχώς, αλλά απότομα, δηλ. μπορεί να λάβει μόνο καλά καθορισμένες αξίες. Έτσι, μπορούμε να μιλήσουμε για την παρουσία ενός συνόλου ενεργειακών επιπέδων στο άτομο.

Επίπεδο ενέργειας- σύνολο ΑΟ με παρόμοιες ενεργειακές τιμές.

Τα επίπεδα ενέργειας αριθμούνται με κύριος κβαντικός αριθμός n, το οποίο μπορεί να λάβει μόνο θετικές ακέραιες τιμές (n = 1, 2, 3, ...). Όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή του n, τόσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια του ηλεκτρονίου και το δεδομένο επίπεδο ενέργειας. Κάθε άτομο περιέχει έναν άπειρο αριθμό ενεργειακών επιπέδων, μερικά από τα οποία κατοικούνται από ηλεκτρόνια στη θεμελιώδη κατάσταση του ατόμου και άλλα όχι (αυτά τα ενεργειακά επίπεδα κατοικούνται στη διεγερμένη κατάσταση του ατόμου).

Ηλεκτρονικό στρώμα- ένα σύνολο ηλεκτρονίων που βρίσκονται σε ένα δεδομένο ενεργειακό επίπεδο.

Με άλλα λόγια, ένα στρώμα ηλεκτρονίων είναι ένα επίπεδο ενέργειας που περιέχει ηλεκτρόνια.

Το σύνολο των στιβάδων ηλεκτρονίων σχηματίζει το ηλεκτρονικό κέλυφος ενός ατόμου.

Μέσα στο ίδιο στρώμα ηλεκτρονίων, τα ηλεκτρόνια μπορεί να διαφέρουν κάπως ως προς την ενέργεια, και επομένως το λένε αυτό τα ενεργειακά επίπεδα χωρίζονται σε ενεργειακά υποεπίπεδα(υποστιβάδες). Ο αριθμός των υποεπιπέδων στα οποία χωρίζεται ένα δεδομένο επίπεδο ενέργειας είναι ίσος με τον αριθμό του κύριου κβαντικού αριθμού του ενεργειακού επιπέδου:

N (προάστιο) \u003d n (επίπεδο) . (2.4)

Τα υποεπίπεδα απεικονίζονται χρησιμοποιώντας αριθμούς και γράμματα: ο αριθμός αντιστοιχεί στον αριθμό του ενεργειακού επιπέδου (ηλεκτρονικό στρώμα), το γράμμα αντιστοιχεί στη φύση του AO που σχηματίζει τα υποεπίπεδα (s -, p -, d -, f -), για παράδειγμα: 2p - υποεπίπεδο (2p -AO, 2p -ηλεκτρόνιο).

Έτσι, το πρώτο επίπεδο ενέργειας (Εικ. 2.5) αποτελείται από ένα υποεπίπεδο (1s), το δεύτερο - από δύο (2s και 2p), το τρίτο - από τρία (3s, 3p και 3d), το τέταρτο από τέσσερα (4s, 4p, 4d και 4f) κ.λπ. Κάθε υποεπίπεδο περιέχει έναν ορισμένο αριθμό AO:

N (AO) = n 2 . (2.5)

Ρύζι. 2.5. Σχέδιο ενεργειακών επιπέδων και υποεπιπέδων για τα τρία πρώτα στρώματα ηλεκτρονίων

1. Τα AO τύπου s υπάρχουν σε όλα τα ενεργειακά επίπεδα, ο τύπος p εμφανίζονται ξεκινώντας από το δεύτερο επίπεδο ενέργειας, ο τύπος d - από το τρίτο, ο τύπος f - από το τέταρτο κ.λπ.

2. Σε ένα δεδομένο ενεργειακό επίπεδο, μπορεί να υπάρχουν ένα s -, τρία p -, πέντε d -, επτά f - τροχιακά.

3. Όσο μεγαλύτερος είναι ο κύριος κβαντικός αριθμός, τόσο μεγαλύτερο είναι το μέγεθος του ΑΟ.

Δεδομένου ότι δεν μπορούν να υπάρχουν περισσότερα από δύο ηλεκτρόνια σε ένα AO, ο συνολικός (μέγιστος) αριθμός ηλεκτρονίων σε ένα δεδομένο επίπεδο ενέργειας είναι 2 φορές μεγαλύτερος από τον αριθμό των AO και ισούται με:

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

Έτσι, σε ένα δεδομένο επίπεδο ενέργειας, μπορεί να υπάρχουν το πολύ 2 ηλεκτρόνια τύπου s, 6 ηλεκτρόνια τύπου p και 10 ηλεκτρόνια τύπου d. Συνολικά, στο πρώτο ενεργειακό επίπεδο, ο μέγιστος αριθμός ηλεκτρονίων είναι 2, στο δεύτερο - 8 (2 s-type και 6 p-type), στο τρίτο - 18 (2 s-type, 6 p-type και 10 d-type). Αυτά τα ευρήματα συνοψίζονται εύκολα στον Πίνακα 1. 2.2.

Πίνακας 2.2

Η σχέση μεταξύ του κύριου κβαντικού αριθμού, του αριθμού e

Τι συμβαίνει με τα άτομα των στοιχείων κατά τη διάρκεια χημικών αντιδράσεων; Ποιες είναι οι ιδιότητες των στοιχείων; Μια απάντηση μπορεί να δοθεί και στα δύο αυτά ερωτήματα: ο λόγος βρίσκεται στη δομή του εξωτερικού Στο άρθρο μας, θα εξετάσουμε το ηλεκτρονικό των μετάλλων και των μη μετάλλων και θα ανακαλύψουμε τη σχέση μεταξύ της δομής του εξωτερικού επιπέδου και των ιδιοτήτων των στοιχείων.

Ειδικές ιδιότητες ηλεκτρονίων

Όταν συμβαίνει μια χημική αντίδραση μεταξύ των μορίων δύο ή περισσότερων αντιδραστηρίων, συμβαίνουν αλλαγές στη δομή των ηλεκτρονίων των ατόμων, ενώ οι πυρήνες τους παραμένουν αμετάβλητοι. Αρχικά, ας εξοικειωθούμε με τα χαρακτηριστικά των ηλεκτρονίων που βρίσκονται στα πιο απομακρυσμένα επίπεδα του ατόμου από τον πυρήνα. Τα αρνητικά φορτισμένα σωματίδια είναι διατεταγμένα σε στρώματα σε μια ορισμένη απόσταση από τον πυρήνα και το ένα από το άλλο. Ο χώρος γύρω από τον πυρήνα όπου είναι πιο πιθανό να βρεθούν ηλεκτρόνια ονομάζεται τροχιακό ηλεκτρονίων. Περίπου το 90% του αρνητικά φορτισμένου νέφους ηλεκτρονίων συμπυκνώνεται σε αυτό. Το ίδιο το ηλεκτρόνιο στο άτομο εμφανίζει την ιδιότητα της δυαδικότητας, μπορεί ταυτόχρονα να συμπεριφέρεται και ως σωματίδιο και ως κύμα.

Κανόνες για την πλήρωση του κελύφους ηλεκτρονίων ενός ατόμου

Ο αριθμός των ενεργειακών επιπέδων στα οποία βρίσκονται τα σωματίδια είναι ίσος με τον αριθμό της περιόδου όπου βρίσκεται το στοιχείο. Τι δείχνει η ηλεκτρονική σύνθεση; Αποδείχθηκε ότι στο εξωτερικό επίπεδο ενέργειας για τα στοιχεία s και p των κύριων υποομάδων μικρών και μεγάλων περιόδων αντιστοιχεί ο αριθμός της ομάδας. Για παράδειγμα, τα άτομα λιθίου της πρώτης ομάδας, που έχουν δύο στρώματα, έχουν ένα ηλεκτρόνιο στο εξωτερικό περίβλημα. Τα άτομα θείου περιέχουν έξι ηλεκτρόνια στο τελευταίο ενεργειακό επίπεδο, αφού το στοιχείο βρίσκεται στην κύρια υποομάδα της έκτης ομάδας κ.λπ. Αν μιλάμε για d-στοιχεία, τότε υπάρχει ο ακόλουθος κανόνας για αυτά: ο αριθμός των εξωτερικών αρνητικών σωματιδίων είναι 1 (για χρώμιο και χαλκό) ή 2. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι καθώς αυξάνεται το φορτίο του πυρήνα των ατόμων, το εσωτερικό d-υποεπίπεδο γεμίζεται πρώτα και τα εξωτερικά επίπεδα ενέργειας παραμένουν αμετάβλητα.

Γιατί αλλάζουν οι ιδιότητες των στοιχείων μικρών περιόδων;

Οι περίοδοι 1, 2, 3 και 7 θεωρούνται μικρές. Μια ομαλή αλλαγή στις ιδιότητες των στοιχείων καθώς αυξάνονται τα πυρηνικά φορτία, ξεκινώντας από ενεργά μέταλλα και τελειώνοντας με αδρανή αέρια, εξηγείται από μια σταδιακή αύξηση του αριθμού των ηλεκτρονίων στο εξωτερικό επίπεδο. Τα πρώτα στοιχεία σε τέτοιες περιόδους είναι εκείνα των οποίων τα άτομα έχουν μόνο ένα ή δύο ηλεκτρόνια που μπορούν εύκολα να αποσπαστούν από τον πυρήνα. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζεται ένα θετικά φορτισμένο μεταλλικό ιόν.

Τα αμφοτερικά στοιχεία, όπως το αλουμίνιο ή ο ψευδάργυρος, γεμίζουν τα εξωτερικά ενεργειακά τους επίπεδα με μια μικρή ποσότητα ηλεκτρονίων (1 για τον ψευδάργυρο, 3 για το αλουμίνιο). Ανάλογα με τις συνθήκες της χημικής αντίδρασης, μπορούν να εμφανίσουν τόσο τις ιδιότητες των μετάλλων όσο και των μη μετάλλων. Τα μη μεταλλικά στοιχεία μικρών περιόδων περιέχουν από 4 έως 7 αρνητικά σωματίδια στο εξωτερικό περίβλημα των ατόμων τους και το συμπληρώνουν σε μια οκτάδα, προσελκύοντας ηλεκτρόνια από άλλα άτομα. Για παράδειγμα, ένα μη μέταλλο με τον υψηλότερο δείκτη ηλεκτραρνητικότητας - φθόριο, έχει 7 ηλεκτρόνια στην τελευταία στιβάδα και παίρνει πάντα ένα ηλεκτρόνιο όχι μόνο από μέταλλα, αλλά και από ενεργά μη μεταλλικά στοιχεία: οξυγόνο, χλώριο, άζωτο. Οι μικρές περίοδοι τελειώνουν, όπως και οι μεγάλες, με αδρανή αέρια, των οποίων τα μονοατομικά μόρια έχουν ολοκληρώσει πλήρως εξωτερικά επίπεδα ενέργειας έως και 8 ηλεκτρόνια.

Χαρακτηριστικά της δομής των ατόμων μεγάλων περιόδων

Οι ζυγές σειρές των περιόδων 4, 5 και 6 αποτελούνται από στοιχεία των οποίων το εξωτερικό περίβλημα περιέχει μόνο ένα ή δύο ηλεκτρόνια. Όπως είπαμε προηγουμένως, γεμίζουν τα d- ή f- υποεπίπεδα της προτελευταίας στιβάδας με ηλεκτρόνια. Συνήθως πρόκειται για τυπικά μέταλλα. Οι φυσικές και χημικές τους ιδιότητες αλλάζουν πολύ αργά. Οι περιττές σειρές περιέχουν τέτοια στοιχεία, στα οποία τα εξωτερικά επίπεδα ενέργειας γεμίζουν με ηλεκτρόνια σύμφωνα με το ακόλουθο σχήμα: μέταλλα - αμφοτερικό στοιχείο - μη μέταλλα - αδρανές αέριο. Έχουμε ήδη παρατηρήσει την εκδήλωσή του σε όλες τις μικρές περιόδους. Για παράδειγμα, σε μια περιττή σειρά 4 περιόδων, ο χαλκός είναι ένα μέταλλο, ο ψευδάργυρος είναι ένα αμφοτερένιο, μετά από το γάλλιο στο βρώμιο, οι μη μεταλλικές ιδιότητες ενισχύονται. Η περίοδος τελειώνει με το κρυπτό, τα άτομα του οποίου έχουν ένα εντελώς ολοκληρωμένο κέλυφος ηλεκτρονίων.

Πώς εξηγείται η διαίρεση των στοιχείων σε ομάδες;

Κάθε ομάδα - και υπάρχουν οκτώ από αυτές στη σύντομη μορφή του πίνακα, χωρίζεται επίσης σε υποομάδες, που ονομάζονται κύρια και δευτερεύουσα. Αυτή η ταξινόμηση αντανακλά τις διαφορετικές θέσεις των ηλεκτρονίων στο εξωτερικό ενεργειακό επίπεδο των ατόμων των στοιχείων. Αποδείχθηκε ότι τα στοιχεία των κύριων υποομάδων, για παράδειγμα, το λίθιο, το νάτριο, το κάλιο, το ρουβίδιο και το καίσιο, το τελευταίο ηλεκτρόνιο βρίσκεται στο s-υποεπίπεδο. Στοιχεία της 7ης ομάδας της κύριας υποομάδας (αλογόνα) γεμίζουν το p-υποεπίπεδό τους με αρνητικά σωματίδια.

Για εκπροσώπους πλευρικών υποομάδων, όπως το χρώμιο, η πλήρωση του d-υποεπιπέδου με ηλεκτρόνια θα είναι χαρακτηριστική. Και για τα στοιχεία που περιλαμβάνονται στην οικογένεια, η συσσώρευση αρνητικών φορτίων συμβαίνει στο υποεπίπεδο f του προτελευταίου ενεργειακού επιπέδου. Επιπλέον, ο αριθμός της ομάδας, κατά κανόνα, συμπίπτει με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που μπορούν να σχηματίσουν χημικούς δεσμούς.

Στο άρθρο μας, ανακαλύψαμε ποια δομή έχουν τα εξωτερικά επίπεδα ενέργειας των ατόμων των χημικών στοιχείων και προσδιορίσαμε τον ρόλο τους στις διατομικές αλληλεπιδράσεις.

Σήμερα θα σας πούμε ποιο είναι το ενεργειακό επίπεδο ενός ατόμου, πότε ένα άτομο συναντά αυτήν την έννοια και πού εφαρμόζεται.

σχολική φυσική

Οι άνθρωποι συναντούν πρώτα τις φυσικές επιστήμες στο σχολείο. Και αν στο έβδομο έτος σπουδών, τα παιδιά εξακολουθούν να βρίσκουν ενδιαφέρουσες νέες γνώσεις στη βιολογία και τη χημεία, τότε στις ανώτερες τάξεις αρχίζουν να φοβούνται. Όταν έρθει η σειρά της ατομικής φυσικής, τα μαθήματα σε αυτόν τον κλάδο εμπνέουν ήδη μόνο αηδία για ακατανόητα καθήκοντα. Ωστόσο, αξίζει να θυμόμαστε ότι όλες οι ανακαλύψεις που έχουν πλέον μετατραπεί σε βαρετά σχολικά μαθήματα έχουν μια μη τετριμμένη ιστορία και ένα ολόκληρο οπλοστάσιο χρήσιμων εφαρμογών. Το να μάθετε πώς λειτουργεί ο κόσμος είναι σαν να ανοίγετε ένα κουτί με κάτι ενδιαφέρον μέσα: θέλετε πάντα να βρείτε ένα μυστικό διαμέρισμα και να βρείτε έναν άλλο θησαυρό εκεί. Σήμερα θα μιλήσουμε για μια από τις βασικές φυσικές, τη δομή της ύλης.

Αδιαίρετο, σύνθετο, κβαντικό

Από την αρχαία ελληνική γλώσσα, η λέξη "άτομο" μεταφράζεται ως "αδιαίρετο, μικρότερο". Αυτή η άποψη είναι συνέπεια της ιστορίας της επιστήμης. Μερικοί αρχαίοι Έλληνες και Ινδοί πίστευαν ότι τα πάντα στον κόσμο αποτελούνται από μικροσκοπικά σωματίδια.

Στη σύγχρονη ιστορία, παράγονται πολύ νωρίτερα από τη φυσική έρευνα. Οι μελετητές του δέκατου έβδομου και του δέκατου όγδοου αιώνα εργάστηκαν κυρίως για να αυξήσουν τη στρατιωτική ισχύ μιας χώρας, βασιλιά ή δούκα. Και για να δημιουργηθούν εκρηκτικά και πυρίτιδα, ήταν απαραίτητο να καταλάβουμε από τι αποτελούνται. Ως αποτέλεσμα, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ορισμένα στοιχεία δεν μπορούν να διαχωριστούν πέρα ​​από ένα ορισμένο επίπεδο. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχουν οι μικρότεροι φορείς χημικών ιδιοτήτων.

Έκαναν όμως λάθος. Το άτομο αποδείχθηκε ότι ήταν ένα σύνθετο σωματίδιο και η ικανότητά του να αλλάζει είναι κβαντικής φύσης. Αυτό αποδεικνύεται και από τις μεταβάσεις των ενεργειακών επιπέδων του ατόμου.

ΘΕΤΙΚΟ και ΑΡΝΗΤΙΚΟ

Στα τέλη του δέκατου ένατου αιώνα, οι επιστήμονες έφτασαν κοντά στη μελέτη των μικρότερων σωματιδίων της ύλης. Για παράδειγμα, ήταν σαφές ότι ένα άτομο περιέχει τόσο θετικά όσο και αρνητικά φορτισμένα συστατικά. Αλλά ήταν άγνωστο: η τοποθεσία, η αλληλεπίδραση, η αναλογία βάρους των στοιχείων του παρέμεναν μυστήριο.

Ο Ράδερφορντ δημιούργησε ένα πείραμα για τη σκέδαση λεπτών σωματιδίων άλφα και ανακάλυψε ότι τα βαριά θετικά στοιχεία βρίσκονται στο κέντρο των ατόμων και τα πολύ ελαφρά αρνητικά βρίσκονται στις άκρες. Αυτό σημαίνει ότι οι φορείς διαφορετικών φορτίων είναι σωματίδια που δεν είναι παρόμοια μεταξύ τους. Αυτό εξηγούσε το φορτίο των ατόμων: ένα στοιχείο μπορούσε να προστεθεί σε αυτά ή να αφαιρεθεί. Η ισορροπία που διατηρούσε την ουδετερότητα ολόκληρου του συστήματος διασπάστηκε και το άτομο απέκτησε φορτίο.

Ηλεκτρόνια, πρωτόνια, νετρόνια

Αργότερα αποδείχθηκε: τα ελαφρά αρνητικά σωματίδια είναι ηλεκτρόνια και ένας βαρύς θετικός πυρήνας αποτελείται από δύο τύπους νουκλεονίων (πρωτόνια και νετρόνια). Τα πρωτόνια διέφεραν από τα νετρόνια μόνο στο ότι τα πρώτα ήταν θετικά φορτισμένα και βαριά, ενώ τα δεύτερα είχαν μόνο μάζα. Η αλλαγή της σύνθεσης και του φορτίου του πυρήνα είναι δύσκολη: απαιτεί απίστευτες ενέργειες. Αλλά ένα άτομο είναι πολύ πιο εύκολο να διαιρεθεί με ένα ηλεκτρόνιο. Υπάρχουν περισσότερα ηλεκτραρνητικά άτομα, που είναι πιο πιθανό να «πάρουν» ένα ηλεκτρόνιο, και λιγότερα ηλεκτραρνητικά, που είναι πιο πιθανό να το «δώσουν». Έτσι σχηματίζεται το φορτίο ενός ατόμου: αν υπάρχει περίσσεια ηλεκτρονίων, τότε είναι αρνητικό και αν υπάρχει ανεπάρκεια, τότε είναι θετικό.

μεγάλη διάρκεια ζωής του σύμπαντος

Αλλά αυτή η δομή του ατόμου μπέρδεψε τους επιστήμονες. Σύμφωνα με την κλασική φυσική που επικρατούσε εκείνη την εποχή, ένα ηλεκτρόνιο, που κινούνταν συνεχώς γύρω από τον πυρήνα, έπρεπε να εκπέμπει συνεχώς ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Δεδομένου ότι αυτή η διαδικασία σημαίνει απώλεια ενέργειας, όλα τα αρνητικά σωματίδια θα χάσουν σύντομα την ταχύτητά τους και θα πέσουν στον πυρήνα. Ωστόσο, το σύμπαν υπάρχει εδώ και πολύ καιρό και η παγκόσμια καταστροφή δεν έχει συμβεί ακόμη. Το παράδοξο της πολύ παλιάς ύλης δημιουργούσε.

Τα αξιώματα του Bohr

Τα αξιώματα του Bohr ήταν σε θέση να εξηγήσουν την ασυμφωνία. Τότε ήταν απλώς ισχυρισμοί, άλματα στο άγνωστο, που δεν υποστηρίχθηκαν από υπολογισμούς ή θεωρία. Σύμφωνα με τα αξιώματα, υπήρχαν ενεργειακά επίπεδα ηλεκτρονίων στο άτομο. Κάθε αρνητικά φορτισμένο σωματίδιο θα μπορούσε να βρίσκεται μόνο σε αυτά τα επίπεδα. Η μετάβαση μεταξύ τροχιακών (τα λεγόμενα επίπεδα) πραγματοποιείται με ένα άλμα, ενώ ένα κβάντο ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας απελευθερώνεται ή απορροφάται.

Αργότερα, η ανακάλυψη του κβαντικού από τον Planck εξήγησε αυτή τη συμπεριφορά των ηλεκτρονίων.

Φως και άτομο

Η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για τη μετάβαση εξαρτάται από την απόσταση μεταξύ των ενεργειακών επιπέδων του ατόμου. Όσο πιο μακριά είναι το ένα από το άλλο, τόσο περισσότερο εκπέμπεται ή απορροφάται το κβάντο.

Όπως γνωρίζετε, το φως είναι το κβάντο του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Έτσι, όταν ένα ηλεκτρόνιο σε ένα άτομο μετακινείται από ένα υψηλότερο σε ένα χαμηλότερο επίπεδο, δημιουργεί φως. Σε αυτή την περίπτωση, ισχύει και ο αντίστροφος νόμος: όταν ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα πέφτει σε ένα αντικείμενο, διεγείρει τα ηλεκτρόνια του και μετακινούνται σε υψηλότερο τροχιακό.

Επιπλέον, τα επίπεδα ενέργειας του ατόμου είναι ατομικά για κάθε τύπο χημικού στοιχείου. Το σχέδιο των αποστάσεων μεταξύ των τροχιακών είναι διαφορετικό για το υδρογόνο και τον χρυσό, το βολφράμιο και τον χαλκό, το βρώμιο και το θείο. Επομένως, μια ανάλυση των φασμάτων εκπομπής οποιουδήποτε αντικειμένου (συμπεριλαμβανομένων των αστεριών) καθορίζει με σαφήνεια ποιες ουσίες και σε ποια ποσότητα υπάρχουν σε αυτό.

Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται απίστευτα ευρέως. Η φασματική ανάλυση χρησιμοποιείται:

• στην εγκληματολογία?
• στον ποιοτικό έλεγχο των τροφίμων και του νερού·
• στην παραγωγή αγαθών·
• στη δημιουργία νέων υλικών.
• στη βελτίωση των τεχνολογιών·
• σε επιστημονικά πειράματα?
• στην εξερεύνηση των αστεριών.

Αυτή η λίστα δείχνει μόνο κατά προσέγγιση πόσο χρήσιμη ήταν η ανακάλυψη ηλεκτρονικών επιπέδων στο άτομο. Τα ηλεκτρονικά επίπεδα είναι τα πιο τραχιά, τα μεγαλύτερα. Υπάρχουν μικρότερα επίπεδα δόνησης και ακόμη πιο λεπτά περιστροφικά επίπεδα. Αλλά αφορούν μόνο σύνθετες ενώσεις - μόρια και στερεά.

Πρέπει να πούμε ότι η δομή του πυρήνα δεν έχει ακόμη διερευνηθεί πλήρως. Για παράδειγμα, δεν υπάρχει απάντηση στο ερώτημα γιατί ένας τέτοιος αριθμός νετρονίων αντιστοιχεί σε έναν ορισμένο αριθμό πρωτονίων. Οι επιστήμονες προτείνουν ότι ο ατομικός πυρήνας περιέχει επίσης κάποιο ανάλογο ηλεκτρονικών επιπέδων. Ωστόσο, αυτό δεν έχει ακόμη αποδειχθεί.