Kako se određuje nivo spoljne energije. Eksterni energetski nivoi: strukturne karakteristike i njihova uloga u interakcijama između atoma. Zadaci za samopomoć
Odgovor od Ksenia Gareeva[guru]
broj perioda
Odgovor od Slava mikailov[novak]
Odgovor od Rasprava[guru]
Energetski nivo
Iz Wikipedije, slobodne enciklopedije
Energetski nivo - moguće vrijednosti energije kvantnih sistema, odnosno sistema koji se sastoje od mikročestica (elektrona, protona i drugih elementarnih čestica, atomskih jezgara, atoma, molekula itd.) i koji poštuju zakone kvantne mehanike. Karakterizira određeno stanje mikročestice. Razlikovati nivoe elektronske i intranuklearne energije.
[uredi]
Elektronski nivoi energije
Savremeni koncept orbitalnog modela atoma, u kojem se elektroni kreću sa jednog energetskog nivoa na drugi, a razlika između energetskih nivoa određuje veličinu oslobođenog ili apsorbovanog kvanta. U ovom slučaju, elektroni ne mogu biti u intervalima između energetskih nivoa. Ove praznine se nazivaju energetski jaz.
Primjer je elektron u orbitalnom modelu atoma - ovisno o vrijednostima glavnog kvantnog broja n i orbitalnog kvantnog broja l, mijenja se razina energije koju elektron posjeduje. Prema tome, svaki par vrijednosti brojeva n i l odgovara određenom energetskom nivou.
[uredi]
Intranuklearni energetski nivoi
Termin je nastao iz istraživanja radioaktivnosti. Radijacijsko zračenje je podijeljeno na tri dijela: alfa zrake, beta zrake i gama zrake. Istraživanja su pokazala da se alfa zračenje sastoji od atoma helija, beta zračenje je tok elektrona koji se brzo kreću, a istraživanja gama zraka su pokazala da energija elektronskih nivoa nije dovoljna za njihovo stvaranje. Postalo je jasno da se izvor radioaktivnog zračenja (gama zraka) mora tražiti unutar atomskog jezgra, odnosno postoje intranuklearni energetski nivoi čija se energija pretvara u fotone gama zračenja. Gama zraci su proširili spektar poznatih elektromagnetnih talasa, a svi talasi kraći od 0,01 nm su gama zraci.
Pokušajte zamisliti koliko su atomi mali u usporedbi s veličinom samih molekula u ovom primjeru.
Napunimo gumenu loptu gasom. Ako pretpostavimo da će milion molekula u sekundi izaći iz lopte kroz tanku punkciju, tada će biti potrebno 30 milijardi godina da svi molekuli pobjegnu iz lopte. Ali sastav jedne molekule može uključivati dva, tri, a možda i nekoliko desetina ili čak nekoliko hiljada atoma!
Moderna tehnologija je omogućila fotografiranje i molekula i atoma pomoću posebnog mikroskopa. Molekul je fotografisan pri povećanju od 70 miliona puta, a atom - 260 miliona puta.
Naučnici su dugo vremena vjerovali da je atom nedjeljiv. Čak i reč atom prevedeno sa grčkog znači "nedjeljivo". Međutim, dugogodišnja istraživanja su pokazala da se, uprkos svojoj maloj veličini, atomi sastoje od još manjih dijelova ( elementarne čestice).
Nije li istina, struktura atoma liči Solarni sistem ?
V centar atoma - jezgro oko koje se elektroni kreću na određenoj udaljenosti
Core- najteži dio atoma, u njemu je koncentrisana masa atoma.
Jezgro i elektroni imaju električne naboje koji su suprotni po predznaku, ali jednaki po veličini.
Jezgro ima pozitivan naboj, elektroni su negativni, tako da atom u cjelini nije nabijen.
Zapamti
Svi atomi imaju jezgro i elektrone. Atomi se međusobno razlikuju: masa i naboj jezgra; broj elektrona.
Vježba
Izbrojite broj elektrona u atomima aluminija, ugljika, vodika. Popunite tabelu.
|
· Atom name |
Broj elektrona u atomu |
|
Aluminijum atom |
|
|
Atom ugljika |
|
|
Atom vodonika |
Želite li znati više o strukturi atoma? Onda čitajte dalje.
Naboj atomskog jezgra određen je rednim brojem elementa.
Na primjer , redni broj vodonika je 1 (određen Periodnim sistemom Mendeljejeva), što znači da je naelektrisanje atomskog jezgra +1.
Redni broj silicijuma je 14 (određen Periodnim sistemom Mendeljejeva), što znači da je naelektrisanje jezgra atoma silicijuma +14.
Da bi atom bio električno neutralan, broj pozitivnih i negativnih naboja u atomu mora biti isti
(zbir će biti nula).
Broj elektrona (negativno nabijenih čestica) jednak je naboju jezgra (pozitivno nabijene čestice) i jednak je rednom broju elementa.
Atom vodonika ima 1 elektron, silicijum ima 14 elektrona.
Elektroni u atomu kreću se kroz energetske nivoe.
Broj energetskih nivoa u atomu određen je brojem perioda, u kojoj se element nalazi (takođe određen periodnim sistemom Mendeljejeva)
Na primjer, vodonik je element prvog perioda, pa ga ima
1 je energetski nivo, a silicijum je element trećeg perioda, stoga je 14 elektrona raspoređeno na tri energetska nivoa. Kiseonik i ugljenik su elementi trećeg perioda, tako da se elektroni kreću kroz tri energetska nivoa.
Vježba
1. Koliki je naboj jezgra u atomima hemijskih elemenata prikazanih na slici?
2. Koliko energetskih nivoa postoji u atomu aluminijuma?
1 (2 boda). Distribucija elektrona prema energetskim nivoima u atomu kalija:A. 2e, 8e, 8e, 1e C. 2e, 8e,
18., 8., 1
B. 2., 1. D. 2., 8., 1
2 (2 boda). Broj elektrona u vanjskom elektronskom sloju atoma aluminija:
A. 1 B. 2 C. 3 D.4
3 (2 boda). Jednostavna supstanca sa najizraženijim metalnim svojstvima:
A. Kalcijum B. Barijum C. Stroncijum G. Radijum
4 (2 boda). Vrsta hemijske veze u jednostavnoj supstanci - aluminijumu:
A. Jonski B. Kovalentni polarni
B. Metalni D. Kovalentni nepolarni
5 (2 boda). Broj energetskih nivoa za elemente jedne podgrupe od vrha do dna:
A. Periodično se menja. B. Ne mijenja se.
B. Povećava. G. Smanjuje.
6 (2 boda). Atom litijuma se razlikuje od litijum-jona:
A. Nuklearno punjenje. B. Broj elektrona na vanjskom energetskom nivou.
B. Broj protona. D. Broj neutrona.
7 (2 boda.). Najmanje energično reaguje sa vodom:
A. Barijum. B. Magnezijum.
B. Kalcijum. G. Stroncijum
8 (2 boda). Ne reaguje sa rastvorom sumporne kiseline:
A. Aluminijum. B. Natrijum
B. Magnezijum. G. Bakar
9 (2 boda). Kalijum hidroksid ne reaguje sa supstancom čija je formula:
A. Na2O B. AlCl3
B. P2O5 G. Zn (NO3) 2
10 (2 boda). Red u kome sve supstance reaguju sa gvožđem:
A. HCl, CO2, CO
B. CO2, HCl, S
B. H2, O2, CaO
G. O2, CuSO4, H2SO4
11 (9 bodova). Predložite tri načina da dobijete natrijum hidroksid. Potvrdite odgovor jednadžbama reakcije.
12 (6 bodova). Provedite lanac kemijskih transformacija, čineći jednadžbe reakcije u molekularnim i ionskim oblicima, imenujte produkte reakcije:
FeCl2 → Fe (OH) 2 → FeSO4 → Fe (OH) 2
13 (6 bodova). Kako, koristeći bilo koje reagense (supstance) i cink, dobiti njegov oksid, bazu, sol? Napišite jednadžbe reakcije u molekularnom obliku.
14 (4 boda). Napišite jednadžbu za kemijsku reakciju interakcije litija sa dušikom. Odredite redukciono i oksidaciono sredstvo u ovoj reakciji
odrediti prema:
A. broj grupe;
B. broj perioda;
B. serijski broj.
4. Koja se od karakteristika hemijskih elemenata ne menja u glavnim podgrupama:
I radijus atoma;
B je broj elektrona na vanjskom nivou;
B. broj energetskih nivoa.
5. Općenito u strukturi atoma elemenata sa rednim brojevima 7 i 15:
A. broj elektrona na vanjskom nivou, B. naboj jezgra;
B. broj energetskih nivoa.
Uspostavite korespondenciju između simbola hemijskog elementa (u datom redoslijedu) i broja elektrona na vanjskom energetskom nivou njegovog atoma.Odgovarajući tačnim odgovorima, sastavit ćete naziv instalacije, koji će omogućiti čovječanstvu da još dublje shvati strukturu atoma (9 slova).
Broj e po simbolu elementa
Energija
nivo 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 boda). Raspodjela elektrona po energetskim nivoima u atomu natrijumaA. 2 ē, 1 ē B. 2 ē, 4 ē B. 2 ē, 8 ē, 1ē. G. 2 ē, 8 ē, 3ē.
2 (4 boda) Broj perioda u periodnom sistemu D.I.Mendeljejeva, u kojem nema hemijskih elemenata-metala: A. 1. B. 2. C. 3. D. 4.
3 (3 boda). Vrsta hemijske veze u jednostavnoj kalcijum supstanci:
A. Jonski. B. Kovalentna polarna. B. Kovalentni nepolarni. G. Metalik.
4 (3 boda). Jednostavna supstanca sa najizraženijim metalnim svojstvima:
A. Aluminijum. B. Silicijum. B. Magnezijum. G. Natrijum.
5 (3 boda). Poluprečnik atoma elemenata 2. perioda sa povećanjem nuklearnog naboja od alkalnog metala do halogena: A. Periodično se menja. B. Ne mijenja se. B. Povećava. G. Smanjuje.
6 (3 boda). Atom magnezija se razlikuje od jona magnezija:
A. Nuklearno punjenje. B. Naboj čestica. B. Broj protona. D. Broj neutrona.
7 (3 boda). Najsnažnije reaguje sa vodom:
A. Kalijum. B. Litijum. B. Natrijum. G. Rubidijum.
8 (3 boda). Ne reaguje sa razblaženom sumpornom kiselinom:
A. Aluminijum. B. Barijum. B. Gvožđe. G. Merkur.
9 (3 boda). Berilijum hidroksid ne stupa u interakciju sa supstancom čija je formula:
A. NaOH (p p). B. NaCl (p_p). B. HC1 (p_p). G. H2SO4.
10 (3 boda). Red u kome sve supstance reaguju sa kalcijumom:
A. CO2, H2, HC1. B. NaOH, H2O, HC1. B. C12, H2O, H2SO4. G. S, H2SO4, SO3.
DIO B. Zadaci sa slobodnim odgovorom
11 (9 bodova). Predložite tri načina da se dobije željezo (II) sulfat. Potvrdite odgovor jednadžbama reakcije.
12 (6 bodova). Odredite supstance X, Y, Z, zapišite njihove hemijske formule.
Fe (OH) 3 (t) = X (+ HCl) = Y (+ NaOH) = Z (t) Fe2O3
13 (6 bodova). Kako, koristeći bilo koji reagens (supstance) i aluminij, dobiti oksid, amfoterni hidroksid? Napišite jednadžbe reakcije u molekularnom obliku.
14 (4 boda). Rasporedite metale: bakar, zlato, aluminijum, olovo po rastućoj gustini.
15 (5 bodova). Izračunajte masu metala dobijenog iz 160 g bakar (II) oksida.
Rice. 7. Slika oblika i orijentacije
s-,str-,d-, orbitale koje koriste granične površine.
Kvantni brojm l su pozvani magnetna ... Određuje prostornu lokaciju atomske orbitale i uzima cjelobrojne vrijednosti od - l do + l kroz nulu, odnosno 2 l+ 1 vrijednosti (tabela 27).
Orbitale jednog podnivoa ( l= const) imaju istu energiju. Ovo stanje se zove energetski degenerisan... Dakle str-orbitalni - tri puta, d- pet puta, i f- sedmostruko degenerisan. Granične površine s-,str-,d-, orbitale su prikazane na Sl. 7.
s -orbitale sferno simetrično za bilo koje n i razlikuju se jedni od drugih samo po veličini sfere. Njihov maksimalno simetričan oblik je zbog činjenice da na l= 0 i μ l = 0.
Tabela 27
Broj orbitala na energetskim podnivoima
|
Orbitalni kvantni broj |
Magnetski kvantni broj |
Broj orbitala sa datom vrijednošću l |
|
m l | ||
|
–2, –1, 0, +1, +2 | ||
|
–3, –2, –1, 0, +1, +2, +3 |
str -orbitale postoji na n≥ 2 i l= 1, stoga su moguće tri opcije za orijentaciju u prostoru: m l= -1, 0, +1. Sve p-orbitale imaju čvornu ravninu koja orbitalu dijeli na dva područja, tako da granične površine imaju oblik bučica koje su orijentirane u prostoru pod kutom od 90° jedna u odnosu na drugu. Osi simetrije za njih su koordinatne ose, koje su označene str x , str y , str z .
d -orbitale određuju se kvantnim brojem l = 2 (n≥ 3), pri čemu m l= –2, –1, 0, +1, +2, odnosno karakteriše ih pet varijanti orijentacije u prostoru. d-označene su orbitale orijentisane lopaticama duž koordinatnih osa d z² i d x ²– y², a lopatice orijentirane duž simetrala koordinatnih uglova - d xy , d yz , d xz .
Sedam f -orbitale odgovarajući l = 3 (n≥ 4) su prikazane kao granične površine.
Kvantni brojevi n, l i m ne karakteriziraju u potpunosti stanje elektrona u atomu. Eksperimentalno je utvrđeno da elektron ima još jedno svojstvo - spin. Pojednostavljeno, spin se može predstaviti kao rotacija elektrona oko sopstvene ose. Spin kvantni broj m s ima samo dva značenja m s= ± 1/2, što predstavlja dvije projekcije ugaonog momenta elektrona na odabranu osu. Elektroni sa različitim m s označeno strelicama gore i dolje.
Atomske orbitale koje ispunjavaju sekvence
Populacija atomskih orbitala (AO) elektronima se vrši po principu najmanje energije, Paulijevom principu, Gundovom pravilu, a za atome sa više elektrona - pravilu Klečkovskog.
Princip najmanje energije zahtijeva elektrone da napune AO kako bi se povećala energija elektrona u ovim orbitalama. Ovo odražava opšte pravilo - maksimalna stabilnost sistema odgovara minimumu njegove energije.
Princip Pauli (1925) zabranjuje elektrone sa istim skupom kvantnih brojeva u atomu sa više elektrona. To znači da se bilo koja dva elektrona u atomu (ili molekuli, ili jonu) moraju razlikovati jedan od drugog po vrijednosti najmanje jednog kvantnog broja, odnosno na jednoj orbitali ne može biti više od dva elektrona s različitim spinovima (upareni elektrona). Svaki podnivo sadrži 2 l+ 1 orbitala koja ne sadrži više od 2 (2 l+ 1) elektroni. Otuda proizilazi da je kapacitet s-orbitale - 2, str-orbitale - 6, d-orbitale - 10 i f-orbitale - 14 elektrona. Ako je broj elektrona za dati l zbir od 0 do n- 1, onda dobijamo formulu bura -Bury, koji određuje ukupan broj elektrona na nivou sa datim n:
Ova formula ne uzima u obzir interakciju elektron-elektron i prestaje da se ispunjava pri n ≥ 3.
Orbitale sa istim energijama (degenerisane) su ispunjene u skladu sa pravilo Gunda : najmanju energiju posjeduje elektronska konfiguracija sa maksimalnim spinom. To znači da ako postoje tri elektrona na p-orbitali, onda su locirani ovako: i ukupni spin S= 3/2, ne ovako:, S=1/2.
Vladavina Klečkovskog (princip najmanje energije). Kod višeelektronskih atoma, kao i kod atoma vodika, stanje elektrona je određeno vrijednostima ista četiri kvantna broja, ali u ovom slučaju elektron nije samo u polju jezgra, već i u polje drugih elektrona. Stoga je energija u atomima s više elektrona određena ne samo glavnim, već i orbitalnim kvantnim brojem, odnosno njihovim sumom: energija atomskih orbitala raste kao zbirn + l; sa istom količinom, prvo se popunjava nivo sa nižimni velikil. Energija atomskih orbitala raste prema nizu:
|
1s<2s<2str<3s<3str<4s≈3d<4str<5s≈4d<5str<6s≈4f≈5d<6str<7s≈5f≈6d<7str. |
Dakle, četiri kvantna broja opisuju stanje elektrona u atomu i karakterišu energiju elektrona, njegov spin, oblik elektronskog oblaka i njegovu orijentaciju u prostoru. Kada atom prijeđe iz jednog stanja u drugo, elektronski oblak se preuređuje, odnosno mijenjaju se vrijednosti kvantnih brojeva, što je praćeno apsorpcijom ili emisijom energetskih kvanta od strane atoma.
Šta se dešava sa atomima elemenata tokom hemijskih reakcija? Od čega zavise svojstva elemenata? Na oba ova pitanja može se dati jedan odgovor: razlog leži u strukturi vanjskog.U našem članku ćemo razmotriti elektroniku metala i nemetala i saznati odnos između strukture vanjskog nivoa i svojstava elemenata.
Posebna svojstva elektrona
Tijekom prolaska kemijske reakcije između molekula dva ili više reagensa dolazi do promjena u strukturi elektronskih omotača atoma, dok njihova jezgra ostaju nepromijenjena. Prvo, hajde da se upoznamo sa karakteristikama elektrona koji se nalaze na najudaljenijim nivoima atoma od jezgra. Negativno nabijene čestice raspoređene su u slojevima na određenoj udaljenosti od jezgra i jedna od druge. Prostor oko jezgra, u kojem je najviše moguće pronaći elektrone, naziva se elektronska orbitala. U njemu je kondenzirano oko 90% negativno nabijenog elektronskog oblaka. Sam elektron u atomu pokazuje svojstvo dualnosti; može se istovremeno ponašati i kao čestica i kao talas.
Pravila za punjenje elektronske ljuske atoma
Broj energetskih nivoa na kojima se nalaze čestice jednak je broju perioda u kojem se element nalazi. Šta označava elektronski sastav? Pokazalo se da na vanjskom energetskom nivou za s- i p-elemente glavnih podgrupa malih i velikih perioda odgovara broju grupe. Na primjer, atomi litija prve grupe, koji imaju dva sloja, imaju jedan elektron na vanjskoj ljusci. Atomi sumpora sadrže šest elektrona na poslednjem energetskom nivou, pošto se element nalazi u glavnoj podgrupi šeste grupe, itd. Ako govorimo o d-elementima, onda za njih postoji sledeće pravilo: broj spoljašnjih negativnih čestica je 1 (za hrom i bakar) ili 2. Ovo se objašnjava činjenicom da kako se naelektrisanje atomskog jezgra povećava, unutrašnji d-podnivo se prvo popunjava, a spoljni energetski nivoi ostaju nepromenjeni.
Zašto se mijenjaju svojstva elemenata malih perioda?
Razdoblja 1, 2, 3 i 7 smatraju se malim. Glatka promjena svojstava elemenata kako se nuklearni naboji povećavaju, u rasponu od aktivnih metala do inertnih plinova, objašnjava se postupnim povećanjem broja elektrona na vanjskom nivou. Prvi elementi u takvim periodima su oni čiji atomi imaju samo jedan ili dva elektrona, koji se lako mogu odvojiti od jezgra. U tom slučaju nastaje pozitivno nabijeni metalni jon.
Amfoterni elementi, na primjer, aluminijum ili cink, ispunjavaju svoje vanjske energetske nivoe malim brojem elektrona (1 za cink, 3 za aluminij). U zavisnosti od uslova hemijske reakcije, mogu da ispolje i svojstva metala i nemetala. Nemetalni elementi malih perioda sadrže od 4 do 7 negativnih čestica na vanjskim omotačima svojih atoma i kompletiraju ga do okteta, privlačeći elektrone drugih atoma. Na primjer, nemetal s najvećim indeksom elektronegativnosti - fluor, ima 7 elektrona na posljednjem sloju i uvijek uzima jedan elektron ne samo od metala, već i od aktivnih nemetalnih elemenata: kisika, klora, dušika. Mali periodi, kao i veliki, završavaju se inertnim gasovima, čiji jednoatomni molekuli imaju potpuno kompletirane eksterne energetske nivoe do 8 elektrona.
Osobine strukture atoma dugih perioda
Parni redovi od 4, 5 i 6 perioda sastoje se od elemenata, čije vanjske ljuske sadrže samo jedan ili dva elektrona. Kao što smo ranije rekli, oni ispunjavaju d- ili f-podnivoe pretposljednjeg sloja elektronima. To su obično tipični metali. Njihova fizička i hemijska svojstva mijenjaju se vrlo sporo. Neparni redovi sadrže elemente u kojima su vanjski energetski nivoi ispunjeni elektronima prema sljedećoj shemi: metali - amfoterni element - nemetali - inertni plin. Njegovo ispoljavanje smo već posmatrali u svim malim periodima. Na primjer, u neparnom redu 4. perioda, bakar je metal, cink je amfoteričan, zatim od galija do broma dolazi do povećanja nemetalnih svojstava. Period završava kriptonom, čiji atomi imaju potpuno završenu elektronsku ljusku.
Kako objasniti podjelu elemenata u grupe?
Svaka grupa - a ima ih osam u kratkom obliku tabele, takođe je podeljena na podgrupe, koje se nazivaju glavna i sekundarna. Ova klasifikacija odražava različit položaj elektrona na vanjskom energetskom nivou atoma elemenata. Pokazalo se da se u elementima glavnih podgrupa, na primjer, litijum, natrijum, kalij, rubidijum i cezijum, poslednji elektron nalazi na s-podnivou. Elementi 7. grupe glavne podgrupe (halogeni) ispunjavaju svoj p-podnivo negativnim česticama.
Za predstavnike bočnih podgrupa, kao što je hrom, biće tipično punjenje elektronima d-podnivoa. A elementi porodice akumuliraju negativne naboje na f-podnivou pretposljednjeg energetskog nivoa. Štoviše, broj grupe, u pravilu, poklapa se s brojem elektrona sposobnih za stvaranje kemijskih veza.
U našem članku smo saznali kakvu strukturu imaju vanjski energetski nivoi atoma kemijskih elemenata i utvrdili njihovu ulogu u međuatomskim interakcijama.
