Odgovor od Ksenija Gareeva[guru]
broj razdoblja

Odgovor od Slava Mikailov[novak]

Odgovor od Oklada[guru]
Razina energije
Materijal iz Wikipedije - slobodne enciklopedije
Energetska razina - moguće energetske vrijednosti kvantnih sustava, tj. sustava koji se sastoje od mikročestica (elektrona, protona i drugih elementarnih čestica, atomskih jezgri, atoma, molekula itd.) i podliježu zakonima kvantne mehanike. Karakterizira određeno stanje mikročestice. Postoje elektronske i intranuklearne energetske razine.
[Uredi]
Elektroničke razine energije
Suvremeni koncept orbitalnog modela atoma, u kojem se elektroni kreću s jedne energetske razine na drugu, a razlika između energetskih razina određuje veličinu emitiranog ili apsorbiranog kvanta. U tom slučaju elektroni se ne mogu nalaziti u prazninama između energetskih razina. Te se praznine nazivaju zonama zabranjene energije.
Primjer je elektron u orbitalnom modelu atoma - ovisno o vrijednostima glavnog kvantnog broja n i orbitalnog kvantnog broja l, mijenja se razina energije koju posjeduje elektron. Prema tome, svaki par vrijednosti brojeva n i l odgovara određenoj energetskoj razini.
[Uredi]
Razine unutarnuklearne energije
Pojam je nastao iz istraživanja radioaktivnosti. Zračenje se dijeli na tri dijela: alfa zrake, beta zrake i gama zrake. Istraživanja su pokazala da se alfa zračenje sastoji od atoma helija, beta zračenje je struja brzih elektrona, a istraživanje gama zraka pokazalo je da energija elektroničkih razina nije dovoljna za njihovu proizvodnju. Postalo je jasno da se izvor radioaktivnog zračenja (gama zraka) mora tražiti unutar atomske jezgre, odnosno da postoje unutarnuklearne energetske razine čija se energija pretvara u fotone gama zračenja. Gama zrake su proširile spektar poznatih elektromagnetskih valova, a svi valovi kraći od 0,01 nm su gama zrake.

E.N.Frenkel

Lekcija iz kemije

Priručnik za one koji ne znaju, a žele naučiti i razumjeti kemiju

Dio I. Elementi opće kemije
(prva razina težine)

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

Poglavlje 3. Osnovne informacije o strukturi atoma.
Periodični zakon D.I.Mendelejeva

Prisjetite se što je atom, od čega se atom sastoji, mijenja li se atom u kemijskim reakcijama.

Atom je električki neutralna čestica koja se sastoji od pozitivno nabijene jezgre i negativno nabijenih elektrona.

Broj elektrona se može mijenjati tijekom kemijskih procesa, ali nuklearni naboj uvijek ostaje isti. Poznavajući raspored elektrona u atomu (strukturu atoma), mogu se predvidjeti mnoga svojstva danog atoma, kao i svojstva jednostavnih i složenih tvari čiji je dio.

Struktura atoma, tj. Sastav jezgre i raspored elektrona oko jezgre lako se može odrediti položajem elementa u periodnom sustavu elemenata.

U periodnom sustavu D. I. Mendeljejeva kemijski elementi poredani su u određenom nizu. Ovaj niz je usko povezan s atomskom strukturom ovih elemenata. Svaki kemijski element u sustavu je dodijeljen serijski broj, osim toga, možete odrediti broj perioda, broj grupe i vrstu podgrupe za nju.

Sponzor objave članka je internet trgovina "Megamech". U trgovini ćete pronaći krznene proizvode za svačiji ukus - jakne, prsluke i krznene kapute od lisice, nutrije, zeca, nerca, srebrne lisice, arktičke lisice. Tvrtka vam također nudi kupnju luksuznih proizvoda od krzna i korištenje usluga krojenja po narudžbi. Veleprodaja i maloprodaja krznenih proizvoda - od proračunske kategorije do luksuzne klase, popusti do 50%, 1 godina jamstva, dostava u cijeloj Ukrajini, Rusiji, ZND-u i zemljama EU, preuzimanje iz izložbenog prostora u Krivoj Rog, roba vodećih ukrajinskih proizvođača, Rusija, Turska i Kina. Katalog proizvoda, cijene, kontakte i savjete možete pogledati na web stranici koja se nalazi na adresi: "megameh.com".

Znajući točnu "adresu" kemijskog elementa - skupinu, podskupinu i broj perioda, možete nedvosmisleno odrediti strukturu njegovog atoma.

Razdoblje je vodoravni niz kemijskih elemenata. Suvremeni periodni sustav ima sedam perioda. Prva tri razdoblja su mali, jer sadrže 2 ili 8 elemenata:

1. period – H, He – 2 elementa;

2. period – Li… Ne – 8 elemenata;

3. period – Na...Ar – 8 elemenata.

Ostala razdoblja – velik. Svaki od njih sadrži 2-3 reda elemenata:

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

6. period (3 reda) – Cs ... Rn – 32 elementa. Ovo razdoblje uključuje niz lantanida.

Skupina– okomiti niz kemijskih elemenata. Ukupno je osam grupa. Svaka grupa se sastoji od dvije podgrupe: glavna podskupina I bočna podskupina. Na primjer:

Glavnu podskupinu čine kemijski elementi kratkih perioda (na primjer N, P) i velikih perioda (na primjer As, Sb, Bi).

Bočnu podskupinu tvore kemijski elementi samo dugih perioda (npr. V, Nb,
Ta).

Vizualno se ove podskupine lako razlikuju. Glavna podskupina je "visoka", počinje od 1. ili 2. razdoblja. Sekundarna podskupina je "niska", počinje od 4. razdoblja.

Dakle, svaki kemijski element periodnog sustava ima svoju adresu: razdoblje, skupinu, podskupinu, serijski broj.

Na primjer, vanadij V je kemijski element 4. perioda, V. skupine, sekundarne podskupine, redni broj 23.

Zadatak 3.1. Za kemijske elemente s rednim brojevima 8, 26, 31, 35, 54 navedite period, skupinu i podskupinu.

Zadatak 3.2. Navesti redni broj i naziv kemijskog elementa, ako je poznato da se nalazi:

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

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

Kako se podaci o položaju elementa u periodnom sustavu mogu povezati sa strukturom njegovog atoma?

Atom se sastoji od jezgre (imaju pozitivan naboj) i elektrona (imaju negativan naboj). Općenito, atom je električki neutralan.

Pozitivan atomski nuklearni naboj jednak rednom broju kemijskog elementa.

Jezgra atoma je složena čestica. Gotovo sva masa atoma koncentrirana je u jezgri. Budući da je kemijski element skup atoma s istim nuklearnim nabojem, pored simbola elementa naznačene su sljedeće koordinate:

Iz tih podataka može se odrediti sastav jezgre. Jezgra se sastoji od protona i neutrona.

Proton str ima masu 1 (1,0073 amu) i naboj +1. Neutron n nema naboja (neutralan), a masa mu je približno jednaka masi protona (1,0087 a.u.m.).

Naboj jezgre određen je protonima. Štoviše broj protona je jednak(po veličini) naboj atomske jezgre, tj. serijski broj.

Broj neutrona N određena razlikom između količina: „masa jezgre” A i "serijski broj" Z. Dakle, za atom aluminija:

N = A – Z = 27 –13 = 14n,

Zadatak 3.3. Odredite sastav atomske jezgre ako se kemijski element nalazi u:

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

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

c) 5. razdoblje, I. skupina, glavna podskupina.

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

Odredimo koja od jezgri u nastavku pripada istom kemijskom elementu:

A (20 R + 20n),

B (19 R + 20n),

U 20 R + 19n).

Jezgre A i B pripadaju atomima istog kemijskog elementa, budući da sadrže isti broj protona, tj. naboji tih jezgri su isti. Istraživanja pokazuju da masa atoma nema značajan utjecaj na njegova kemijska svojstva.

Izotopi su atomi istog kemijskog elementa (isti broj protona) koji se razlikuju po masi (različiti broj neutrona).

Izotopi i njihovi kemijski spojevi razlikuju se jedni od drugih po fizikalnim svojstvima, ali su kemijska svojstva izotopa istog kemijskog elementa ista. Dakle, izotopi ugljika-14 (14 C) imaju ista kemijska svojstva kao ugljik-12 (12 C), koji se nalaze u tkivima bilo kojeg živog organizma. Razlika se očituje samo u radioaktivnosti (izotop 14 C). Stoga se izotopi koriste za dijagnosticiranje i liječenje raznih bolesti te za znanstvena istraživanja.

Vratimo se opisu strukture atoma. Kao što je poznato, jezgra atoma se ne mijenja u kemijskim procesima. Što se mijenja? Ukupan broj elektrona u atomu i raspodjela elektrona su promjenjivi. Općenito broj elektrona u neutralnom atomu Nije teško odrediti - jednak je serijskom broju, tj. naboj atomske jezgre:

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

Negativno nabijeni elektroni se međusobno odbijaju i nalaze se na različitim udaljenostima od jezgre. pri čemu elektroni koji imaju približno jednake količine energije nalaze se na približno jednakim udaljenostima od jezgre i tvore energetsku razinu.

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

Zadatak 3.4. Odredite broj energetskih razina u atomima kisika, magnezija, kalcija i olova.

Svaka energetska razina može sadržavati ograničeni broj elektrona:

Prvi nema više od dva elektrona;

Drugi nema više od osam elektrona;

Treći nema više od osamnaest elektrona.

Ovi brojevi pokazuju da, na primjer, druga energetska razina može imati 2, 5 ili 7 elektrona, ali ne može imati 9 ili 12 elektrona.

Važno je znati da bez obzira na razinu energije broj na vanjska razina(zadnji) ne može imati više od osam elektrona. Vanjska energetska razina od osam elektrona je najstabilnija i naziva se potpuna. Takve razine energije nalaze se u najneaktivnijim elementima – plemenitim plinovima.

Kako odrediti broj elektrona u vanjskoj razini preostalih atoma? Za to postoji jednostavno pravilo: broj vanjskih elektrona jednako:

Za elemente glavnih podskupina - broj skupine;

Za elemente pobočnih podskupina ne može biti više od dva.

Na primjer (slika 5):

Zadatak 3.5. Navedite broj vanjskih elektrona za kemijske elemente s atomskim brojevima 15, 25, 30, 53.

Zadatak 3.6. Pronađite kemijske elemente u periodnom sustavu čiji atomi imaju završenu vanjsku razinu.

Vrlo je važno ispravno odrediti broj vanjskih elektrona, jer S njima su povezana najvažnija svojstva atoma. Dakle, u kemijskim reakcijama atomi nastoje steći stabilnu, potpunu vanjsku razinu (8 e). Stoga atomi koji imaju malo elektrona na svojoj vanjskoj razini radije ih odaju.

Kemijski elementi čiji su atomi sposobni samo davati elektrone nazivaju se metali. Očito, trebalo bi biti nekoliko elektrona na vanjskoj razini atoma metala: 1, 2, 3.

Ako postoji mnogo elektrona u vanjskoj energetskoj razini atoma, tada takvi atomi imaju tendenciju prihvaćanja elektrona dok se vanjska energetska razina ne završi, tj. do osam elektrona. Takvi elementi se nazivaju nemetali.

Pitanje. Jesu li kemijski elementi sekundarnih podskupina metali ili nemetali? Zašto?

Odgovor: Metali i nemetali glavnih podskupina u periodnom sustavu odvojeni su linijom koja se može povući od bora do astatina. Iznad ove linije (i na liniji) su nemetali, ispod - metali. Svi elementi bočnih podskupina pojavljuju se ispod ove crte.

Zadatak 3.7. Odredi jesu li metali ili nemetali: fosfor, vanadij, kobalt, selen, bizmut. Koristite položaj elementa u periodnom sustavu kemijskih elemenata i broj elektrona u vanjskoj ljusci.

Kako biste sastavili distribuciju elektrona po preostalim razinama i podrazinama, trebali biste koristiti sljedeći algoritam.

1. Odrediti ukupan broj elektrona u atomu (prema atomskom broju).

2. Odrediti broj energetskih razina (po broju razdoblja).

3. Odrediti broj vanjskih elektrona (prema vrsti podskupine i broju skupine).

4. Navedite broj elektrona na svim razinama osim na pretposljednjoj.

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

Ukupno 25 e; raspodijeljeno (2 + 8 + 2) = 12 e; To znači da na trećoj razini postoji: 25 – 12 = 13 e.

Dobili smo distribuciju elektrona u atomu mangana:

Zadatak 3.8. Razradite algoritam crtajući dijagrame strukture atoma za elemente br. 16, 26, 33, 37. Označite jesu li metali ili nemetali. Objasni svoj odgovor.

Prilikom sastavljanja gornjih dijagrama strukture atoma, nismo uzeli u obzir da elektroni u atomu zauzimaju ne samo razine, već i određene podrazine svaku razinu. Vrste podrazina označene su latiničnim slovima: s, str, d.

Broj mogućih podrazina jednak je broju razine. Prva razina se sastoji od jedne
s-podnivo. Drugi nivo se sastoji od dva podrazina - s I R. Treća razina - od tri podrazine - s, str I d.

Svaka podrazina može sadržavati strogo ograničen broj elektrona:

na s-podrazini – ne više od 2e;

na p-podrazini - ne više od 6e;

na d-podrazini – ne više od 10e.

Podrazine iste razine popunjavaju se strogo određenim redoslijedom: sstrd.

Tako, R-podrazina se ne može početi puniti ako nije ispunjena s-podrazina određene energetske razine itd. Na temelju ovog pravila nije teško stvoriti elektroničku konfiguraciju atoma mangana:

općenito elektronska konfiguracija atoma mangan se piše na sljedeći način:

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

Zadatak 3.9. Sastavite elektroničke konfiguracije atoma za kemijske elemente br. 16, 26, 33, 37.

Zašto je potrebno stvarati elektroničke konfiguracije atoma? Da bi se odredila svojstva ovih kemijskih elemenata. Treba imati na umu da samo valentni elektroni.

Valentni elektroni su na vanjskoj energetskoj razini i nepotpuni su
d-podrazina predvanjske razine.

Odredimo broj valentnih elektrona za mangan:

ili skraćeno: Mn... 3 d 5 4s 2 .

Što se može odrediti formulom za elektroničku konfiguraciju atoma?

1. Koji je to element - metal ili nemetal?

Mangan je metal jer vanjska (četvrta) razina sadrži dva elektrona.

2. Koji je proces karakterističan za metal?

Atomi mangana uvijek odustaju od elektrona u reakcijama.

3. Koje elektrone i koliko će atom mangana prepustiti?

U reakcijama atom mangana otpušta dva vanjska elektrona (oni su najudaljeniji od jezgre i ona ih najslabije privlači), kao i pet vanjskih elektrona d-elektroni. Ukupan broj valentnih elektrona je sedam (2 + 5). U tom slučaju će osam elektrona ostati na trećoj razini atoma, tj. formira se završena vanjska razina.

Svi ovi argumenti i zaključci mogu se prikazati pomoću dijagrama (slika 6):

Dobiveni konvencionalni naboji atoma nazivaju se oksidacijska stanja.

S obzirom na strukturu atoma, na sličan se način može pokazati da su tipična oksidacijska stanja za kisik –2, a za vodik +1.

Pitanje. S kojim kemijskim elementom mangan može tvoriti spojeve, uzimajući u obzir njegova gore dobivena oksidacijska stanja?

ODGOVOR: Samo s kisikom, jer njegov atom ima oksidacijsko stanje suprotnog naboja. Formule odgovarajućih manganovih oksida (ovdje oksidacijska stanja odgovaraju valencijama ovih kemijskih elemenata):

Struktura atoma mangana sugerira da mangan ne može imati viši stupanj oksidacije, jer u ovom slučaju bilo bi potrebno dotaknuti stabilnu, sada završenu, predvanjsku razinu. Dakle, oksidacijsko stanje +7 je najviše, a odgovarajući Mn 2 O 7 oksid je najviši manganov oksid.

Kako bismo konsolidirali sve ove koncepte, razmotrimo strukturu atoma telura i neka njegova svojstva:

Kao nemetal, Te atom može prihvatiti 2 elektrona prije nego završi vanjsku razinu i odustati od "dodatnih" 6 elektrona:

Zadatak 3.10. Nacrtajte elektronske konfiguracije atoma Na, Rb, Cl, I, Si, Sn. Odredite svojstva ovih kemijskih elemenata, formule njihovih najjednostavnijih spojeva (s kisikom i vodikom).

Praktični zaključci

1. U kemijskim reakcijama sudjeluju samo valentni elektroni koji mogu biti samo u zadnje dvije razine.

2. Atomi metala mogu samo donirati valentne elektrone (sve ili nekoliko), prihvaćajući pozitivna oksidacijska stanja.

3. Atomi nemetala mogu prihvatiti elektrone (do osam nedostajućih), pri čemu poprimaju negativna oksidacijska stanja, a odustajati valentne elektrone (sve ili nekoliko), a poprimaju pozitivna oksidacijska stanja.

Usporedimo sada svojstva kemijskih elemenata jedne podskupine, na primjer natrija i rubidija:
Na...3 s 1 i Rb...5 s 1 .

Što je zajedničko atomskim strukturama ovih elemenata? Na vanjskoj razini svakog atoma, jedan elektron je aktivni metal. Aktivnost metala povezuje se sa sposobnošću odustajanja elektrona: što atom lakše odustaje od elektrona, to su njegova metalna svojstva izraženija.

Što drži elektrone u atomu? Njihova privlačnost do srži. Što su elektroni bliže jezgri, to ih jače privlači jezgra atoma, teže ih je “otkinuti”.

Na temelju toga odgovorit ćemo na pitanje: koji element - Na ili Rb - lakše predaje svoj vanjski elektron? Koji je element aktivniji metal? Očito, rubidij, jer njegovi valentni elektroni udaljeniji su od jezgre (i manje ih čvrsto drži jezgra).

Zaključak. U glavnim podskupinama, odozgo prema dolje, povećavaju se metalna svojstva, jer Povećava se radijus atoma, a jezgra manje privlači valentne elektrone.

Usporedimo svojstva kemijskih elemenata VIIa skupine: Cl...3 s 2 3str 5 i ja...5 s 2 5str 5 .

Oba kemijska elementa su nemetali, jer Jedan elektron nedostaje za dovršetak vanjske razine. Ovi će atomi aktivno privući nedostajući elektron. Štoviše, što jače atom nemetala privlači nedostajući elektron, to se jače očituju njegova nemetalna svojstva (sposobnost prihvaćanja elektrona).

Što uzrokuje privlačnost elektrona? Zbog pozitivnog naboja atomske jezgre. Osim toga, što je elektron bliže jezgri, to je njihovo međusobno privlačenje jače, nemetal je aktivniji.

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

ODGOVOR: Očito, s klorom, jer njegovi valentni elektroni nalaze se bliže jezgri.

Zaključak. Aktivnost nemetala u podskupinama opada odozgo prema dolje, jer Radijus atoma se povećava i jezgri postaje sve teže privući nedostajuće elektrone.

Usporedimo svojstva silicija i kositra: Si...3 s 2 3str 2 i Sn...5 s 2 5str 2 .

Vanjska razina oba atoma ima četiri elektrona. Međutim, ovi elementi u periodnom sustavu nalaze se na suprotnim stranama linije koja povezuje bor i astat. Stoga silicij, čiji se simbol nalazi iznad linije B–At, ima izraženija nemetalna svojstva. Naprotiv, kositar, čiji je simbol ispod linije B–At, pokazuje jača metalna svojstva. To se objašnjava činjenicom da su u atomu kositra četiri valentna elektrona uklonjena iz jezgre. Stoga je dodavanje nedostajuća četiri elektrona teško. Istodobno, oslobađanje elektrona s pete energetske razine događa se prilično lako. Za silicij su moguća oba procesa, s tim da prevladava prvi (prihvat elektrona).

Zaključci za 3. poglavlje.Što je manje vanjskih elektrona u atomu i što su dalje od jezgre, to su metalna svojstva jača.

Što više vanjskih elektrona ima u atomu i što su oni bliže jezgri, to se više pojavljuju nemetalna svojstva.

Na temelju zaključaka formuliranih u ovom poglavlju, može se sastaviti "karakteristika" za bilo koji kemijski element periodnog sustava elemenata.

Algoritam opisa svojstva
kemijski element svojim položajem
u periodnom sustavu

1. Nacrtajte dijagram strukture atoma, t.j. odrediti sastav jezgre i raspodjelu elektrona po energetskim razinama i podrazinama:

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

Odrediti broj energetskih razina (po broju perioda);

Odrediti broj vanjskih elektrona (prema vrsti podskupine i broju skupine);

Navesti broj elektrona na svim energetskim razinama osim pretposljednje;

2. Odredite broj valentnih elektrona.

3. Utvrdite koja su svojstva - metalna ili nemetalna - izraženija kod određenog kemijskog elementa.

4. Odrediti broj predanih (primljenih) elektrona.

5. Odredite najviši i najniži stupanj oksidacije kemijskog elementa.

6. Sastavite kemijske formule najjednostavnijih spojeva s kisikom i vodikom za navedena oksidacijska stanja.

7. Odredite prirodu oksida i izradite jednadžbu njegove reakcije s vodom.

8. Za tvari navedene u stavku 6. izradite jednadžbe karakterističnih reakcija (vidi Poglavlje 2).

Zadatak 3.11. Pomoću gornje sheme osmislite opise atoma sumpora, selena, kalcija i stroncija te svojstva tih kemijskih elemenata. Koja opća svojstva pokazuju njihovi oksidi i hidroksidi?

Ako ste riješili vježbe 3.10 i 3.11, lako je uočiti da ne samo atomi elemenata iste podskupine, već i njihovi spojevi imaju zajednička svojstva i sličan sastav.

Periodični zakon D.I.Mendelejeva:svojstva kemijskih elemenata, kao i svojstva jednostavnih i složenih tvari koje oni tvore, periodički su ovisna o naboju jezgri njihovih atoma.

Fizičko značenje periodičnog zakona: svojstva kemijskih elemenata se periodički ponavljaju jer se periodički ponavljaju konfiguracije valentnih elektrona (raspodjela elektrona vanjske i pretposljednje razine).

Dakle, kemijski elementi iste podskupine imaju istu raspodjelu valentnih elektrona i, prema tome, slična svojstva.

Na primjer, peta skupina kemijskih elemenata ima pet valentnih elektrona. Istodobno, u kemijskim atomima elementi glavnih podskupina– svi valentni elektroni su u vanjskoj razini: ... ns 2 n.p. 3 gdje n– broj razdoblja.

Kod atoma elementi sekundarnih podskupina Postoje samo 1 ili 2 elektrona u vanjskoj razini, ostali su unutra d-podrazina predvanjske razine: ... ( n – 1)d 3 ns 2 gdje n– broj razdoblja.

Zadatak 3.12. Napišite kratke elektroničke formule za atome kemijskih elemenata br. 35 i 42, a zatim prema algoritmu sastavite raspodjelu elektrona u tim atomima. Pobrinite se da se vaše predviđanje ostvari.

Vježbe za 3. poglavlje

1. Formulirajte definicije pojmova "razdoblje", "skupina", "podskupina". Što je zajedničko kemijskim elementima koji čine: a) periodu? b) grupa; c) podskupina?

2. Što su izotopi? Koja svojstva - fizikalna ili kemijska - imaju izotopi ista svojstva? Zašto?

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

4. Koja su metalna svojstva kemijskih elemenata? Kako se mijenjaju unutar grupe i tijekom određenog razdoblja? Zašto?

5. Koja su nemetalna svojstva kemijskih elemenata? Kako se mijenjaju unutar grupe i tijekom određenog razdoblja? Zašto?

6. Napiši kratke elektroničke formule za kemijske elemente br. 43, 51, 38. Potvrdi svoje pretpostavke opisom strukture atoma tih elemenata pomoću gornjeg algoritma. Navedite svojstva tih elemenata.

7. Prema kratkim elektronskim formulama

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

b) ...4 d 1 5s 2 ;

u 3 d 5 4s 1

odrediti položaj odgovarajućih kemijskih elemenata u periodnom sustavu D.I. Imenuj te kemijske elemente. Potvrdite svoje pretpostavke opisujući strukturu atoma ovih kemijskih elemenata prema algoritmu. Navedite svojstva tih kemijskih elemenata.

Nastavit će se

2. Građa jezgri i elektronskih ovoja atoma

2.6. Energetske razine i podrazine

Najvažnija karakteristika stanja elektrona u atomu je energija elektrona, koja se prema zakonima kvantne mehanike ne mijenja kontinuirano, već naglo, tj. može uzeti samo vrlo specifične vrijednosti. Dakle, možemo govoriti o prisutnosti skupa energetskih razina u atomu.

Razina energije- skup AO sa sličnim energetskim vrijednostima.

Razine energije numerirane su pomoću glavni kvantni broj n, koji može poprimiti samo pozitivne cijele vrijednosti (n = 1, 2, 3, ...). Što je veća vrijednost n, veća je energija elektrona i te energetske razine. Svaki atom sadrži beskonačan broj energetskih razina, od kojih su neke naseljene elektronima u osnovnom stanju atoma, a neke nisu (te energetske razine su naseljene u pobuđenom stanju atoma).

Elektronički sloj- skup elektrona smještenih na određenoj energetskoj razini.

Drugim riječima, elektronski sloj je energetska razina koja sadrži elektrone.

Kombinacija elektroničkih slojeva tvori elektronsku ljusku atoma.

Unutar istog sloja elektrona, elektroni se mogu neznatno razlikovati u energiji i zato to kažu energetske razine se dijele na energetske podrazine(podslojevi). Broj podrazina na koje je određena energetska razina podijeljena jednak je broju glavnog kvantnog broja energetske razine:

N (podgrađe) = n (razina) . (2.4)

Podrazine su prikazane brojevima i slovima: broj odgovara broju energetske razine (elektronički sloj), slovo odgovara prirodi AO koja tvori podrazine (s -, p -, d -, f -), na primjer: 2p -podrazina (2p -AO, 2p -elektron).

Dakle, prva energetska razina (slika 2.5) sastoji se od jedne podrazine (1s), druga - od dvije (2s i 2p), treća - od tri (3s, 3p i 3d), četvrta od četiri (4s, 4p, 4d i 4f) itd. Svaka podrazina sadrži određeni broj dioničkih društava:

N(AO) = n2. (2.5)

Riža. 2.5. Dijagram energetskih razina i podrazina za prva tri elektronska sloja

1. s-tip AO prisutni su na svim energetskim razinama, p-tipovi se pojavljuju počevši od druge energetske razine, d-tip - od treće, f-tip - od četvrte itd.

2. Na određenoj energetskoj razini može postojati jedna s-, tri p-, pet d-, sedam f-orbitala.

3. Što je glavni kvantni broj veći, to je JSC veća.

Budući da jedan AO ​​ne može sadržavati više od dva elektrona, ukupni (maksimalni) broj elektrona na određenoj energetskoj razini je 2 puta veći od broja AO i jednak je:

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

Dakle, na određenoj energetskoj razini može postojati najviše 2 elektrona s-tipa, 6 elektrona p-tipa i 10 elektrona d-tipa. Ukupno, na prvoj energetskoj razini najveći broj elektrona je 2, na drugoj - 8 (2 s-tipa i 6 p-tipa), na trećoj - 18 (2 s-tipa, 6 p-tipa i 10 d-tip). Zgodno je ove zaključke sažeti u tablici. 2.2.

Tablica 2.2

Odnos između glavnog kvantnog broja, broja e

Što se događa s atomima elemenata tijekom kemijskih reakcija? O čemu ovise svojstva elemenata? Na oba ova pitanja može se dati jedan odgovor: razlog leži u strukturi vanjske razine. U našem članku ćemo pogledati elektroniku metala i nemetala i saznati odnos između strukture vanjske razine i. svojstva elemenata.

Posebna svojstva elektrona

Kada dođe do kemijske reakcije između molekula dvaju ili više reagensa, dolazi do promjena u strukturi elektroničkih ljuski atoma, dok njihove jezgre ostaju nepromijenjene. Najprije se upoznajmo sa karakteristikama elektrona koji se nalaze na razinama atoma koje su najudaljenije od jezgre. Negativno nabijene čestice raspoređene su u slojeve na određenoj udaljenosti od jezgre i jedna od druge. Prostor oko jezgre u kojem se najvjerojatnije 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 val.

Pravila popunjavanja elektronske ljuske atoma

Broj energetskih razina na kojima se nalaze čestice jednak je broju perioda na kojima se element nalazi. Što pokazuje elektronički sastav? Pokazalo se da na vanjskoj energetskoj razini za s- i p-elemente glavne podskupine malih i velikih perioda odgovaraju broju skupine. Na primjer, atomi litija prve skupine, koji imaju dva sloja, imaju jedan elektron u vanjskoj ljusci. Atomi sumpora sadrže šest elektrona na posljednjoj energetskoj razini, budući da se element nalazi u glavnoj podskupini šeste skupine, itd. Ako govorimo o d-elementima, tada za njih postoji sljedeće pravilo: broj vanjskih negativnih čestica jednaka je 1 (za krom i bakar) ili 2. To se objašnjava činjenicom da se s povećanjem naboja atomske jezgre prvo popunjava unutarnja d-podrazina, a vanjske energetske razine ostaju nepromijenjene.

Zašto se mijenjaju svojstva elemenata malih perioda?

1., 2., 3. i 7. razdoblje smatraju se malim. Glatka promjena svojstava elemenata s povećanjem nuklearnih naboja, od aktivnih metala do inertnih plinova, objašnjava se postupnim povećanjem broja elektrona na vanjskoj razini. Prvi elementi u takvim razdobljima su oni čiji atomi imaju samo jedan ili dva elektrona koji se lako mogu odvojiti od jezgre. U tom slučaju nastaje pozitivno nabijen metalni ion.

Amfoterni elementi, na primjer, aluminij ili cink, ispunjavaju svoje vanjske energetske razine s malim brojem elektrona (1 za cink, 3 za aluminij). Ovisno o uvjetima kemijske reakcije, mogu pokazivati ​​i svojstva metala i nemetala. Nemetalni elementi malih perioda sadrže od 4 do 7 negativnih čestica na vanjskim ljuskama svojih atoma i dovršavaju ga do okteta, privlačeći elektrone iz drugih atoma. Na primjer, nemetal s najvećom elektronegativnošću, fluor, ima 7 elektrona u zadnjem sloju i uvijek uzima jedan elektron ne samo od metala, već i od aktivnih nemetalnih elemenata: kisika, klora, dušika. Male periode, kao i velike, završavaju inertnim plinovima, čije monoatomske molekule imaju potpuno završene vanjske energetske razine do 8 elektrona.

Značajke strukture atoma dugih razdoblja

Parni redovi perioda 4, 5 i 6 sastoje se od elemenata čije vanjske ljuske primaju samo jedan ili dva elektrona. Kao što smo ranije rekli, oni ispunjavaju d- ili f-podrazine pretposljednjeg sloja elektronima. Obično su to tipični metali. Njihova fizikalna i kemijska svojstva mijenjaju se vrlo sporo. Neparni redovi sadrže elemente čije su vanjske energetske razine ispunjene elektronima prema sljedećoj shemi: metali - amfoteran element - nemetali - inertni plin. Već smo uočili njegovu manifestaciju u svim malim razdobljima. Na primjer, u neparnom redu 4. perioda, bakar je metal, cink je amfoteran, zatim od galija do broma dolazi do povećanja nemetalnih svojstava. Period završava kriptonom, čiji atomi imaju potpuno dovršenu elektronsku ljusku.

Kako objasniti podjelu elemenata u skupine?

Svaka skupina - a u skraćenom obliku tablice ima ih osam - također je podijeljena na podskupine, koje se nazivaju glavne i sekundarne. Ova klasifikacija odražava različite položaje elektrona na vanjskoj energetskoj razini atoma elemenata. Ispostavilo se da se za elemente glavnih podskupina, na primjer, litij, natrij, kalij, rubidij i cezij, posljednji elektron nalazi na s-podrazini. Elementi 7. skupine glavne podskupine (halogeni) svoju p-podrazinu ispunjavaju negativnim česticama.

Za predstavnike bočnih podskupina, kao što je krom, tipično će biti punjenje d-podrazine elektronima. A za elemente uključene u obitelji, akumulacija negativnih naboja događa se na f-podrazini pretposljednje energetske razine. Štoviše, broj skupine u pravilu se podudara s brojem elektrona sposobnih za stvaranje kemijskih veza.

U našem smo članku otkrili kakvu strukturu imaju vanjske energetske razine atoma kemijskih elemenata i odredili njihovu ulogu u međuatomskim interakcijama.

Danas ćemo govoriti o tome koja je energetska razina atoma, kada se osoba susreće s ovim pojmom i gdje se primjenjuje.

Školska fizika

Ljudi se prvi put susreću s prirodnim znanostima u školi. I ako su u sedmoj godini učenja djeci nova znanja iz biologije i kemije još zanimljiva, onda ih se u srednjoj školi počinju bojati. Kad na red dođe atomska fizika, predavanja iz ove discipline već izazivaju samo gađenje prema nerazumljivim zadacima. Međutim, vrijedi zapamtiti da sva otkrića koja su se sada pretvorila u dosadne školske predmete imaju ne-trivijalnu 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 otkriti još jedno blago. Danas ćemo govoriti o jednoj od osnovnih fizika, strukturi materije.

Nedjeljivo, složeno, kvantno

Sa starogrčkog jezika riječ "atom" prevodi se kao "nedjeljiv, najmanji". Ova ideja je posljedica povijesti znanosti. Neki stari Grci i Indijci vjerovali su da se sve na svijetu sastoji od sitnih čestica.

U modernoj povijesti fizikalna su istraživanja provedena mnogo ranije. Učenjaci sedamnaestog i osamnaestog stoljeća prvenstveno su radili na povećanju vojne moći zemlje, kralja ili vojvode. A da bi se stvorio eksploziv i barut, bilo je potrebno razumjeti od čega se sastoje. Kao rezultat toga, istraživači su otkrili da se neki elementi ne mogu odvojiti iznad određene razine. To znači da postoje najmanji nositelji kemijskih svojstava.

Ali bili su u krivu. Pokazalo se da je atom kompozitna čestica, a njegova sposobnost promjene kvantne je prirode. O tome svjedoče i prijelazi u energetskim razinama atoma.

Pozitivan i negativan

Krajem devetnaestog stoljeća znanstvenici su se približili proučavanju najmanjih čestica materije. Na primjer, bilo je jasno: atom sadrži i pozitivno i negativno nabijene komponente. Ali bilo je nepoznato: mjesto, interakcija i omjer težine njegovih elemenata ostali su misterij.

Rutherford je proveo eksperiment o raspršenju tankih alfa čestica. Utvrdio je da se u središtu atoma nalaze teški pozitivni elementi, a vrlo lagani negativni na rubovima. To znači da su nositelji različitih naboja čestice koje međusobno nisu slične. To je objasnilo naboj atoma: mogao im se dodati element ili ukloniti. Ravnoteža koja je održavala neutralnost cijelog sustava je poremećena, a atom je dobio naboj.

Elektroni, protoni, neutroni

Kasnije se pokazalo da su lagane negativne čestice elektroni, a teška pozitivna jezgra sastoji se od dvije vrste nukleona (protona i neutrona). Protoni su se od neutrona razlikovali samo po tome što su prvi bili pozitivno nabijeni i teški, dok su drugi imali samo masu. Promjena sastava i naboja jezgre je teška: zahtijeva nevjerojatne energije. Ali atom se mnogo lakše dijeli pomoću elektrona. Postoji više elektronegativnih atoma koji su spremniji "oduzeti" elektron, i manje elektronegativnih atoma za koje postoji veća vjerojatnost da će ga "prepustiti". Tako nastaje naboj atoma: ako postoji višak elektrona, onda je on negativan, a ako postoji manjak, onda je pozitivan.

Dug život svemira

Ali ova atomska struktura zbunila je znanstvenike. Prema prevladavajućoj klasičnoj fizici tog vremena, elektron, koji se neprestano kretao oko jezgre, trebao je neprekidno emitirati elektromagnetske valove. Budući da taj proces znači gubitak energije, sve bi negativne čestice ubrzo izgubile brzinu i pale na jezgru. Međutim, svemir postoji jako dugo, a svjetska katastrofa još se nije dogodila. Kuhao se paradoks prestare materije.

Bohrovi postulati

Bohrovi postulati uspjeli su objasniti nepodudarnost. Tada su to bile jednostavno izjave, skokovi u nepoznato, koji nisu bili potkrijepljeni proračunima ili teorijom. Prema postulatima, u atomu su postojale energetske razine elektrona. Svaka negativno nabijena čestica mogla bi biti samo na tim razinama. Prijelaz između orbitala (kako se razine nazivaju) izvodi se skokom, pri čemu se kvant elektromagnetske energije oslobađa ili apsorbira.

Planckovo otkriće kvanta kasnije je objasnilo ovakvo ponašanje elektrona.

Svjetlost i atom

Količina energije potrebna za prijelaz ovisi o udaljenosti između energetskih razina atoma. Što su udaljeniji jedan od drugog, veći je emitirani ili apsorbirani kvantum.

Kao što znate, svjetlost je kvant elektromagnetskog polja. Dakle, kada se elektron u atomu kreće s više na nižu razinu, on stvara svjetlost. U ovom slučaju vrijedi i suprotan zakon: kada elektromagnetski val padne na objekt, on pobuđuje njegove elektrone i oni se kreću u višu orbitalu.

Osim toga, energetske razine atoma su individualne za svaku vrstu kemijskog elementa. Uzorak udaljenosti između orbitala razlikuje se za vodik i zlato, volfram i bakar, brom i sumpor. Stoga analiza spektra emisije bilo kojeg objekta (uključujući i zvijezde) nedvosmisleno određuje koje su tvari prisutne u njemu iu kojim količinama.

Ova metoda se koristi nevjerojatno široko. Koristi se spektralna analiza:

• u kriminalistici;
• u kontroli kvalitete hrane i vode;
• u proizvodnji robe;
• u stvaranju novih materijala;
• u poboljšanju tehnologije;
• u znanstvenim eksperimentima;
• u proučavanju zvijezda.

Ovaj popis samo okvirno pokazuje koliko se otkriće elektronskih razina u atomu pokazalo korisnim. Elektroničke razine su najgrublje, najveće. Postoje finije vibracijske i još finije rotacijske razine. Ali oni su relevantni samo za složene spojeve - molekule i krutine.

Mora se reći da struktura jezgre još nije u potpunosti proučena. Na primjer, nema odgovora na pitanje zašto određenom broju protona odgovara upravo taj broj neutrona. Znanstvenici sugeriraju da atomska jezgra također sadrži neke analogne elektroničke razine. Međutim, to još nije dokazano.