Как се определя външното енергийно ниво. Външни енергийни нива: структурни особености и тяхната роля във взаимодействията между атомите. Задачи за самопомощ
Отговор от Ксения Гареева[гуру]
номер на периода
Отговор от Слава микаилов[новак]
Отговор от Спорете[гуру]
Ниво на енергия
От Уикипедия, свободната енциклопедия
Енергийно ниво - възможните стойности на енергията на квантовите системи, тоест системи, състоящи се от микрочастици (електрони, протони и други елементарни частици, атомни ядра, атоми, молекули и др.) и се подчиняват на законите на квантовата механика. Той характеризира определено състояние на микрочастицата. Правете разлика между електронни и вътрешноядрени енергийни нива.
[редактиране]
Електронни нива на енергия
Съвременната концепция за орбиталния модел на атома, при която електроните се движат от едно енергийно ниво на друго, а разликата между енергийните нива определя размера на освободения или погълнатия квант. В този случай електроните не могат да бъдат в интервалите между енергийните нива. Тези пропуски се наричат енергийна празнина.
Пример е електрон в орбиталния модел на атом - в зависимост от стойностите на главното квантово число n и орбиталното квантово число l се променя нивото на енергия, което електронът притежава. Съответно, всяка двойка стойности на числата n и l съответства на определено енергийно ниво.
[редактиране]
Вътрешноядрени енергийни нива
Терминът произлиза от изследванията на радиоактивността. Радиационната радиация е разделена на три части: алфа лъчи, бета лъчи и гама лъчи. Изследванията показват, че алфа лъчението се състои от атоми на хелий, бета лъчението е поток от бързо движещи се електрони, а изследванията върху гама лъчите показват, че енергията на електронните нива не е достатъчна, за да ги създаде. Стана ясно, че източникът на радиоактивно излъчване (гама лъчи) трябва да се търси вътре в атомното ядро, тоест има вътрешноядрени енергийни нива, чиято енергия се превръща във фотони на гама-лъчение. Гама лъчите са разширили спектъра на известните електромагнитни вълни и всички вълни, по-къси от 0,01 nm, са гама лъчи.
Опитайте се да си представите колко малки са атомите в сравнение с размера на самите молекули в този пример.
Да напълним гумено топчегаз. Ако приемем, че милион молекули в секунда ще излязат от топката чрез тънка пункция, тогава ще са необходими 30 милиарда години, докато всички молекули избягат от топката. Но съставът на една молекула може да включва два, три и може би няколко десетки или дори няколко хиляди атома!
Съвременната технология направи възможно фотографирането както на молекулата, така и на атома с помощта на специален микроскоп. Молекулата е снимана при 70 милиона пъти увеличение, а атомът - 260 милиона пъти.
Дълго време учените вярваха, че атомът е неделим. Дори една дума атом преведено от Гръцкиозначава "неделим".Въпреки това, много години изследвания показват, че въпреки малкия си размер, атомите се състоят от още по-малки части ( елементарни частици).
Не е ли вярно, структурата на атома прилича Слънчева система ?
V центъра на атома - ядрото, около което се движат електроните на известно разстояние
Ядро- най-тежката част от атома, в нея е концентрирана масата на атома.
Ядрото и електроните имат електрически заряди, които са противоположни по знак, но еднакви по големина.
Ядрото има положителен заряд, електроните са отрицателни, така че атомът като цяло не е зареден.
Помня
Всички атоми имат ядро и електрони. Атомите се различават един от друг: масата и заряда на ядрото; броя на електроните.
Упражнение
Пребройте броя на електроните в атомите на алуминия, въглерода, водорода. Попълни таблицата.
|
· Име на атом |
Брой електрони в атом |
|
Алуминиев атом |
|
|
Въглероден атом |
|
|
Водороден атом |
Искате ли да знаете повече за структурата на атома? След това прочетете.
Зарядът на атомното ядро се определя от поредния номер на елемента.
например , редовният номер на водорода е 1 (определен от периодичната система на Менделеев), което означава, че зарядът на атомното ядро е +1.
Поредният номер на силиция е 14 (определя се от периодичната система на Менделеев), което означава, че зарядът на ядрото на силициевия атом е +14.
За да бъде един атом електрически неутрален, броят на положителните и отрицателните заряди в атома трябва да е еднакъв
(сумата ще бъде нула).
Броят на електроните (отрицателно заредените частици) е равен на заряда на ядрото (положително заредените частици) и е равен на поредния номер на елемента.
Водороден атом има 1 електрон, силиций има 14 електрона.
Електроните в атома се движат през енергийни нива.
Броят на енергийните нива в атома се определя от броя на периода,в който се намира елементът (определя се също от периодичната таблица на Менделеев)
Например водородът е елемент от първия период, така че има
1 е енергийно ниво, а силицийът е елемент от третия период, следователно 14 електрона са разпределени на три енергийни нива. Кислородът и въглеродът са елементи от третия период, така че електроните се движат през три енергийни нива.
Упражнение
1. Какъв е зарядът на ядрото в атомите химични елементипоказано на фигурата?
2. Колко енергийни нива има в алуминиевия атом?
1 (2 точки). Разпределение на електроните по енергийни нива в калиев атом:A. 2e, 8e, 8e, 1e C. 2e, 8e,
18-ти, 8-ми, 1-ви
Б. 2-ро, 1-во Г. 2-ро, 8-мо, 1-во
2 (2 точки). Броят на електроните във външния електронен слой на алуминиевия атом:
А. 1 Б. 2 В. 3 Г.4
3 (2 точки). Проста субстанция с най-силно изразени метални свойства:
A. Калций B. Барий C. Стронций G. Радий
4 (2 точки). Преглед химическа връзкав просто вещество - алуминий:
A. Йонна B. Ковалентна полярна
B. Метален D. Ковалентен неполярн
5 (2 точки). Броят на енергийните нива за елементи от една подгрупа отгоре надолу:
A. Периодично се променя. Б. Не се променя.
Б. Увеличава се. G. Намалява.
6 (2 точки). Литиевият атом е различен от литиевия йон:
А. Ядрено зареждане. Б. Броят на електроните във външното енергийно ниво.
Б. Броят на протоните. D. Броят на неутроните.
7 (2 точки.). Най-малко енергично реагира с вода:
А. Барий. Б. Магнезий.
Б. Калций. G. Стронций
8 (2 точки). Не взаимодейства с разтвор на сярна киселина:
А. Алуминий. Б. Натрий
Б. Магнезий. G. Мед
9 (2 точки). Калиевият хидроксид не взаимодейства с веществото, чиято формула е:
A. Na2O B. AlCl3
B. P2O5 G. Zn (NO3) 2
10 (2 точки). Редът, в който всички вещества реагират с желязо:
A. HCl, CO2, CO
B. CO2, HCl, S
B. H2, O2, CaO
G. O2, CuSO4, H2SO4
11 (9 точки). Предложете три начина за получаване на натриев хидроксид. Потвърдете отговора с уравненията на реакцията.
12 (6 точки). Извършете верига от химични трансформации, съставяйки уравненията на реакцията в молекулярни и йонни форми, назовете продуктите на реакцията:
FeCl2 → Fe (OH) 2 → FeSO4 → Fe (OH) 2
13 (6 точки). Как, използвайки всякакви реагенти (вещества) и цинк, да получите неговия оксид, основа, сол? Напишете уравненията на реакцията в молекулярна форма.
14 (4 точки). Напишете уравнението за химичната реакция на взаимодействието на литий с азот. Определете редуктор и окислител в тази реакция
определя по:
А. номер на групата;
Б. номер на периода;
Б. сериен номер.
4. Коя от характеристиките на химичните елементи не се променя в основните подгрупи:
И радиусът на атома;
B е броят на електроните на външното ниво;
Б. броят на енергийните нива.
5. Общи в структурата на атомите на елементи с поредни номера 7 и 15:
А. броят на електроните на външното ниво, Б. зарядът на ядрото;
Б. брой енергийни нива.
Установете съответствие между символа на химичен елемент (в даден ред) и броя на електроните на външното енергийно ниво на неговия атом.Съответно на верните отговори, вие ще съставите името на инсталацията, което ще позволи на човечеството да разбере структурата на атома още по-дълбоко (9 букви).
Число e на символ на елемент
Енергия
ниво Mg Si I F C Ba Sn Ca Br
2 c a p o l y s e m
4 a o v k a t d h z
7 w y l l n g o l r
1 (3 точки). Разпределението на електроните по енергийните нива в натриевия атомA. 2 ē, 1 ē B. 2 ē, 4 ē B. 2 ē, 8 ē, 1ē. G. 2 ē, 8 ē, 3ē.
2 (4 точки) Номер на периода в Периодичната таблицаД. И. Менделеев, в който няма химични елементи-метали: A. 1. B. 2. C. 3. D. 4.
3 (3 точки). Видът на химичната връзка в простото калциево вещество:
А. йонна. Б. Ковалентно полярно. Б. Ковалентна неполярна. G. Металик.
4 (3 точки). Проста субстанция с най-силно изразени метални свойства:
А. Алуминий. Б. Силиций. Б. Магнезий. G. Натрий.
5 (3 точки). Радиусът на атомите на елементите от 2-ри период с нарастване на ядрения заряд от алкален метал до халоген: A. Периодично се променя. Б. Не се променя. Б. Увеличава се. G. Намалява.
6 (3 точки). Магнезиевият атом е различен от магнезиевия йон:
А. Ядрено зареждане. Б. Заряд на частици. Б. Броят на протоните. D. Броят на неутроните.
7 (3 точки). Най-енергично реагира с вода:
А. Калий. Б. Литий. Б. Натрий. G. Рубидий.
8 (3 точки). Не взаимодейства с разредена сярна киселина:
А. Алуминий. Б. Барий. Б. желязо. G. Меркурий.
9 (3 точки). Берилиевият хидроксид не взаимодейства с вещество, чиято формула е:
A. NaOH (р р). B. NaCl (p_p). B. HC1 (p_p). G. H2SO4.
10 (3 точки). Редът, в който всички вещества реагират с калция:
A. CO2, H2, HC1. B. NaOH, H2O, HCl. B. C12, H2O, H2SO4. G.S, H2SO4, SO3.
ЧАСТ Б. Задачи със свободен отговор
11 (9 точки). Предложете три начина за получаване на железен (II) сулфат. Потвърдете отговора с уравненията на реакцията.
12 (6 точки). Определете веществата X, Y, Z, запишете техните химични формули.
Fe (OH) 3 (t) = X (+ HCl) = Y (+ NaOH) = Z (t) Fe2O3
13 (6 точки). Как с помощта на всякакви реагенти (вещества) и алуминий да се получи оксид, амфотерен хидроксид? Напишете уравненията на реакцията в молекулярна форма.
14 (4 точки). Подредете металите: мед, злато, алуминий, олово в ред на нарастваща плътност.
15 (5 точки). Изчислете масата на метала, получен от 160 g меден (II) оксид.
Ориз. 7. Изображение на форми и ориентации
с-,стр-,д-, орбитали, използващи гранични повърхности.
Квантовото числом л са наречени магнитен ... Той определя пространственото местоположение на атомната орбитала и взема целочислени стойности от - лдо + лпрез нула, тоест 2 л+ 1 стойности (Таблица 27).
Орбитали от едно подниво ( л= const) имат същата енергия. Това състояние се нарича енергийна дегенерация... Така стр-орбитална - три пъти, д- пет пъти и е- седемкратен дегенерат. Гранични повърхности с-,стр-,д-, орбиталите са показани на фиг. 7.
с -орбиталисферично симетрични за всякакви ни се различават един от друг само по размера на сферата. Тяхната максимално симетрична форма се дължи на факта, че при л= 0 и μ л = 0.
Таблица 27
Брой орбитали на енергийни поднива
|
Орбитално квантово число |
Магнитно квантово число |
Броят на орбиталите с дадена стойност л |
|
м л | ||
|
–2, –1, 0, +1, +2 | ||
|
–3, –2, –1, 0, +1, +2, +3 |
стр -орбиталисъществуват в н≥ 2 и л= 1, следователно са възможни три варианта за ориентация в пространството: м л= -1, 0, +1. Всички p-орбитали имат възлова равнина, разделяща орбитата на две области, така че граничните повърхности имат формата на дъмбели, ориентирани в пространството под ъгъл от 90 ° една спрямо друга. Осите на симетрия за тях са координатните оси, които са обозначени стр х , стр г , стр z .
д -орбиталисе определят от квантовото число л = 2 (н≥ 3), при което м л= –2, –1, 0, +1, +2, тоест се характеризират с пет варианта на ориентация в пространството. д-означени са орбитали, ориентирани от лопатките по координатните оси д z² и д х ²– г² и лопатките, ориентирани по симетралите на координатните ъгли - д xy , д yz , д xz .
седем е -орбиталисъответстващ л = 3 (н≥ 4) са изобразени като гранични повърхности.
Квантови числа н, ли мне характеризират напълно състоянието на електрон в атом. Експериментално е установено, че електронът има още едно свойство - спин. Опростено, спинът може да бъде представен като въртене на електрон около собствената му ос. Спиново квантово число m с има само две значения м с= ± 1/2, представляващи две проекции на ъгловия импулс на електрона върху избраната ос. Електрони с различни м собозначени със стрелки нагоре и надолу.
Последователно запълване на атомни орбитали
Заселването на атомни орбитали (АО) с електрони се извършва по принципа на най-малката енергия, принципа на Паули, правилото на Гунд, а за многоелектронните атоми - правилото на Клечковски.
Принцип на най-малко енергия изисква електрони, за да заселят AO в ред на увеличаване на енергията на електроните в тези орбитали. Това отразява общото правило - максималната стабилност на системата съответства на минимума на нейната енергия.
Принцип Паули (1925) забранява електрони със същия набор от квантови числа в многоелектронен атом. Това означава, че всеки два електрона в атом (или молекула, или йон) трябва да се различават един от друг със стойността на поне едно квантово число, тоест в една орбитала не може да има повече от два електрона с различни спинове (сдвоени електрони). Всяко подниво съдържа 2 л+ 1 орбитали, съдържащи не повече от 2 (2 л+ 1) електрони. Оттук следва, че капацитетът с-орбитали - 2, стр-орбитали - 6, д-орбитали - 10 и е-орбитали - 14 електрона. Ако броят на електроните за дадена лсума от 0 до н- 1, тогава получаваме формулата бора -Bury, което определя общия брой електрони на ниво с дадена н:
Тази формула не отчита електрон-електронното взаимодействие и престава да се изпълнява при н ≥ 3.
Орбиталите със същите енергии (дегенерирани) се запълват в съответствие с правило Гунда : най-ниска енергия притежава електронната конфигурация с максимален спин. Това означава, че ако има три електрона на p-орбитала, тогава те са разположени така: и общият спин С= 3/2, а не така:, С=1/2.
управлението на Клечковски (принцип на най-малко енергия). При многоелектронни атоми, както и при водородния атом, състоянието на електрона се определя от стойностите на същите четири квантови числа, но в този случай електронът е не само в полето на ядрото, но и в полето на другите електрони. Следователно енергията в многоелектронните атоми се определя не само от основното, но и от орбиталното квантово число, или по-скоро от тяхната сума: енергията на атомните орбитали нараства като суман + л; със същото количество първо се запълва нивото с по-нискотони голямл. Енергията на атомните орбитали нараства според сериите:
|
1с<2с<2стр<3с<3стр<4с≈3д<4стр<5с≈4д<5стр<6с≈4е≈5д<6стр<7с≈5е≈6д<7стр. |
И така, четири квантови числа описват състоянието на електрона в атома и характеризират енергията на електрона, неговия спин, формата на електронния облак и неговата ориентация в пространството. Когато един атом преминава от едно състояние в друго, електронният облак се пренарежда, тоест стойностите на квантовите числа се променят, което е придружено от поглъщане или излъчване на енергийни кванти от атома.
Какво се случва с атомите на елементите по време на химични реакции? От какво зависят свойствата на елементите? И на двата въпроса може да се даде един отговор: причината се крие в структурата на външното.В нашата статия ще разгледаме електрониката на металите и неметалите и ще разберем връзката между структурата на външното ниво и свойствата на елементите.
Специални свойства на електроните
По време на преминаването на химична реакция между молекулите на два или повече реагента настъпват промени в структурата на електронните обвивки на атомите, докато техните ядра остават непроменени. Първо, нека се запознаем с характеристиките на електроните, разположени на най-отдалечените нива на атома от ядрото. Отрицателно заредените частици са подредени на слоеве на определено разстояние от ядрото и една от друга. Пространството около ядрото, където е най-възможно да се намерят електрони, се нарича електронна орбитала. В него се кондензира около 90% от отрицателно заредения електронен облак. Самият електрон в атома проявява свойството на двойственост; той може едновременно да се държи и като частица, и като вълна.
Правила за запълване на електронната обвивка на атома
Броят на енергийните нива, на които се намират частиците, е равен на броя на периода, в който се намира елементът. Какво показва електронният състав? Оказа се, че на външно енергийно ниво за s- и p-елементи от основните подгрупи на малки и големи периоди съответства на номера на групата. Например, литиевите атоми от първата група, които имат два слоя, имат един електрон върху външната обвивка. Серните атоми съдържат шест електрона на последното енергийно ниво, тъй като елементът се намира в основната подгрупа на шестата група и т.н. Ако говорим за d-елементи, тогава за тях съществува следното правило: броят на външните отрицателни частици е 1 (за хром и мед) или 2. Това се обяснява с факта, че с увеличаване на заряда на атомното ядро първо се запълва вътрешното d-подниво, а външните енергийни нива остават непроменени.
Защо се променят свойствата на елементите с малки периоди?
Периоди 1, 2, 3 и 7 се считат за малки. Плавната промяна в свойствата на елементите с увеличаване на ядрените заряди, вариращи от активни метали до инертни газове, се обяснява с постепенно увеличаване на броя на електроните на външно ниво. Първите елементи в такива периоди са тези, чиито атоми имат само един или два електрона, които лесно могат да се отделят от ядрото. В този случай се образува положително зареден метален йон.
Амфотерните елементи, например алуминий или цинк, запълват външните си енергийни нива с малък брой електрони (1 за цинк, 3 за алуминий). В зависимост от условията на химичната реакция, те могат да проявяват свойства както на метали, така и на неметали. Неметалните елементи с малки периоди съдържат от 4 до 7 отрицателни частици върху външните обвивки на своите атоми и го допълват до октет, привличайки електроните на други атоми. Например, неметал с най-висок индекс на електроотрицателност - флуор, има 7 електрона на последния слой и винаги взема един електрон не само от метали, но и от активни неметални елементи: кислород, хлор, азот. Малките периоди, както и големите, завършват с инертни газове, чиито едноатомни молекули имат напълно завършени външни енергийни нива до 8 електрона.
Характеристики на структурата на атомите с дълги периоди
Четните редове от 4, 5 и 6 периоди се състоят от елементи, чиито външни обвивки съдържат само един или два електрона. Както казахме по-рано, те запълват d- или f-поднивата на предпоследния слой с електрони. Обикновено това са типични метали. Техните физични и химични свойства се променят много бавно. Нечетните редове съдържат елементи, в които външните енергийни нива са запълнени с електрони по следната схема: метали - амфотерен елемент - неметали - инертен газ. Вече наблюдавахме проявата му във всички малки периоди. Например, в нечетния ред от 4-ти период медта е метал, цинкът е амфотерен, след това от галий до бром има увеличение на неметалните свойства. Периодът завършва с криптон, чиито атоми имат напълно завършена електронна обвивка.
Как да обясним разделянето на елементите на групи?
Всяка група - а има осем от тях в краткия вид на таблицата, също е разделена на подгрупи, наречени основни и вторични. Тази класификация отразява различното положение на електроните на външното енергийно ниво на атомите на елементите. Оказа се, че в елементите от основните подгрупи, например литий, натрий, калий, рубидий и цезий, последният електрон се намира на s-подниво. Елементи от 7-ма група на основната подгрупа (халогени) запълват своето p-подниво с отрицателни частици.
За представители на странични подгрупи, като хром, запълването с електрони на d-поднивото ще бъде типично. А елементите на семейството натрупват отрицателни заряди на f-подниво на предпоследното енергийно ниво. Освен това номерът на групата, като правило, съвпада с броя на електроните, способни да образуват химически връзки.
В нашата статия разбрахме каква структура имат външните енергийни нива на атомите на химичните елементи и определихме ролята им в междуатомните взаимодействия.
