Kaip nustatomas išorinis energijos lygis? Išoriniai energijos lygiai: struktūros ypatumai ir jų vaidmuo sąveikoje tarp atomų. Savarankiško sprendimo užduotys
Atsakymas iš Ksenija Gareeva[guru]
laikotarpio numeris
Atsakymas iš Slava Mikailovas[naujokas]
Atsakymas iš Bet[guru]
Energijos lygis
Iš Vikipedijos, laisvosios enciklopedijos
Energijos lygis – galimos kvantinių sistemų, t.y. sistemų, susidedančių iš mikrodalelių (elektronų, protonų ir kitų elementariųjų dalelių, atomų branduolių, atomų, molekulių ir kt.) energijos vertės, paklūstančių kvantinės mechanikos dėsniams. Jis apibūdina tam tikrą mikrodalelės būseną. Yra elektroninės ir intrabranduolinės energijos lygiai.
[Redaguoti]
Elektroninės energijos lygiai
Šiuolaikinė atomo orbitinio modelio samprata, kai elektronai pereina iš vieno energijos lygio į kitą, o energijos lygių skirtumas lemia išspinduliuojamo ar sugerto kvanto dydį. Šiuo atveju elektronai negali būti tarpuose tarp energijos lygių. Šios spragos vadinamos uždraustos energijos zona.
Pavyzdys yra elektronas atomo orbitiniame modelyje - priklausomai nuo pagrindinio kvantinio skaičiaus n ir orbitinio kvantinio skaičiaus l reikšmių, keičiasi elektrono turimas energijos lygis. Atitinkamai, kiekviena skaičių n ir l reikšmių pora atitinka tam tikrą energijos lygį.
[Redaguoti]
Intrabranduolinės energijos lygiai
Terminas atsirado dėl radioaktyvumo tyrimo. Spinduliuotė skirstoma į tris dalis: alfa spindulius, beta spindulius ir gama spindulius. Tyrimai parodė, kad alfa spinduliuotę sudarė helio atomai, beta spinduliuotę yra greitai judančių elektronų srautas, o gama spindulių tyrimas parodė, kad elektroninių nivelyrų energijos nepakanka jiems atsirasti. Tapo aišku, kad radioaktyviosios spinduliuotės (gama spindulių) šaltinio reikia ieškoti atomo branduolio viduje, t.y., yra intrabranduolinės energijos lygiai, kurių energija paverčiama gama spinduliuotės fotonais. Gama spinduliai išplėtė žinomų elektromagnetinių bangų spektrą, o visos bangos, trumpesnės nei 0,01 nm, yra gama spinduliai.
Pabandykite įsivaizduoti, kokie maži yra atomai, palyginti su pačių molekulių dydžiu šiame pavyzdyje.
Užpildome guminis kamuolys dujų. Jei darysime prielaidą, kad milijonas molekulių per sekundę išeina iš rutulio per ploną pradūrimą, tai užtruks 30 milijardų metų, kol visos molekulės ištrūks iš rutulio. Tačiau vienoje molekulėje gali būti du, trys, o gal kelios dešimtys ar net keli tūkstančiai atomų!
Šiuolaikinės technologijos leido specialiu mikroskopu nufotografuoti ir molekulę, ir atomą. Molekulė buvo nufotografuota padidinus 70 milijonų kartų, o atomas – 260 milijonų kartų.
Ilgą laiką mokslininkai manė, kad atomas yra nedalomas. Net žodį atomas išversta iš graikų reiškia „nedalomas“. Tačiau ilgalaikiai tyrimai parodė, kad, nepaisant mažo dydžio, atomai susideda iš dar mažesnių dalių ( elementariosios dalelės).
Ar ne tiesa, kad atomo sandara panaši saulės sistema ?
IN atomo centras - branduolys, aplink kurį tam tikru atstumu juda elektronai
Šerdis- sunkiausia atomo dalis, joje yra atomo masė.
Branduolys ir elektronai turi elektrinius krūvius, kurių ženklas yra priešingas, bet vienodo dydžio.
Branduolys turi teigiamą krūvį, elektronai – neigiamą, todėl visas atomas nėra įkrautas.
Prisiminti
Visi atomai turi branduolį ir elektronus. Atomai skiriasi vienas nuo kito: branduolio mase ir krūviu; elektronų skaičius.
Užduotis
Suskaičiuokite elektronų skaičių aliuminio, anglies, vandenilio atomuose. Užpildyk lentelę.
|
· Atomo pavadinimas |
Elektronų skaičius atome |
|
aliuminio atomas |
|
|
anglies atomas |
|
|
vandenilio atomas |
Ar norite sužinoti daugiau apie atomo struktūrą? Tada skaitykite toliau.
Atomo branduolio krūvis nustatomas pagal elemento eilės skaičių.
Pavyzdžiui , vandenilio eilės numeris yra 1 (nustatomas iš Mendelejevo periodinės lentelės), tai reiškia, kad atomo branduolio krūvis yra +1.
Silicio eilės numeris yra 14 (nustatomas iš periodinės lentelės), tai reiškia, kad silicio atomo branduolio krūvis yra +14.
Kad atomas būtų elektriškai neutralus, teigiamų ir neigiamų krūvių skaičius atome turi būti vienodas.
(sumuojant iki nulio).
Elektronų (neigiamai įkrautų dalelių) skaičius lygus branduolio krūviui (teigiamai įkrautų dalelių) ir lygus elemento eilės skaičiui.
Vandenilio atomas turi 1 elektroną, silicis - 14 elektronų.
Elektronai atome juda energijos lygiais.
Energijos lygių skaičius atome nustatomas pagal periodo skaičių, kuriame yra elementas (taip pat nustatyta iš Mendelejevo periodinės lentelės)
Pavyzdžiui, vandenilis yra pirmojo laikotarpio elementas, o tai reiškia, kad jis turi
1 energijos lygis, o silicis yra trečiojo periodo elementas, todėl 14 elektronų yra pasiskirstę per tris energijos lygius. Deguonis ir anglis yra trečiojo periodo elementai, todėl elektronai juda trimis energijos lygiais.
Užduotis
1. Koks yra branduolio krūvis atomuose cheminiai elementai parodyta paveiksle?
2. Kiek energijos lygių yra aliuminio atome?
1 (2 taškai). Elektronų pasiskirstymas pagal energijos lygius kalio atome:A. 2e, 8e, 8e, 1e B. . 2, 8,
18, 8, 1 d
B. 2e, 1e D. 2e, 8e, 1e
2 (2 taškai). Elektronų skaičius aliuminio atomo išoriniame elektronų sluoksnyje:
A. 1 B. 2 C. 3 D.4
3 (2 taškai). Paprasta medžiaga, turinti ryškiausias metalines savybes:
A. Kalcis B. Baris C. Stroncis G. Radis
4 (2 taškai). Žiūrėti cheminis ryšys paprastoje medžiagoje - aliuminiu:
A. Joninis B. Kovalentinis polinis
C. Metalinis D. Kovalentinis nepolinis
5 (2 taškai). Vieno pogrupio elementų energijos lygių skaičius iš viršaus į apačią:
A. Periodiškai keičiasi. B. Nesikeičia.
B. Padidėja. G. Sumažėja.
6 (2 taškai). Ličio atomas skiriasi nuo ličio jono:
A. 3 šalia branduolio. B. Elektronų skaičius išoriniame energijos lygyje.
B. Protonų skaičius. D. Neutronų skaičius.
7 (2 taškai). Mažiausiai intensyviai reaguoja su vandeniu:
A. Baris. B. Magnis.
B. Kalcis. G. Stroncis
8 (2 taškai). Nesąveikauja su sieros rūgšties tirpalu:
A. Aliuminis. B. natrio
B. Magnis. G. Varis
9 (2 taškai). Kalio hidroksidas nesąveikauja su medžiaga, kurios formulė yra:
A. Na2O B. AlCl3
B. Р2O5 D. Zn(NO3)2
10 (2 taškai). Serija, kurioje visos medžiagos reaguoja su geležimi:
A. Hcl, CO2, CO
B. CO2, HCl, S
B. H2, O2, CaO
G. O2, CuSO4, H2SO4
11 (9 taškai). Pasiūlykite tris natrio hidroksido gamybos būdus. Pagrįskite savo atsakymą reakcijų lygtimis.
12 (6 taškai). Atlikite cheminių virsmų grandinę, sudarydami reakcijų lygtis molekulinėmis ir joninėmis formomis, įvardykite reakcijos produktus:
FeCl2 → Fe(OH)2 → FeSO4 → Fe(OH)2
13 (6 taškai). Kaip naudojant bet kokius reagentus (medžiagas) ir cinką gauti jo oksidą, bazę, druską? Parašykite reakcijų lygtis molekuline forma.
14 (4 taškai). Parašykite cheminės reakcijos tarp ličio ir azoto lygtį. Šioje reakcijoje nustatykite reduktorius ir oksidatorių
nustatyti pagal:
A. grupės numeris;
B. laikotarpio numeris;
B. serijos numeris.
4. Kurios iš cheminių elementų charakteristikų nekinta pagrindiniuose pogrupiuose:
Ir atomo spindulys;
B elektronų skaičius išoriniame lygyje;
B. energijos lygių skaičius.
5. Bendra elementų, kurių eilės numeriai 7 ir 15, atomų struktūra:
A. elektronų skaičius išoriniame lygyje, B. branduolio krūvis;
B. energijos lygių skaičius.
Nustatykite atitiktį tarp cheminio elemento simbolio (duota tvarka) ir elektronų skaičiaus jo atomo išoriniame energijos lygyje. Iš raidžiųPagal teisingus atsakymus sugalvosite instaliacijos pavadinimą, kuris leis žmonijai dar giliau pažinti atomo sandarą (9 raidės).
Skaičius e vienam elemento simboliui
Energija
Mg Si I F C Ba Sn Ca Br
2 dangtelis o l s e m
4 a o v k a t d h i
7 v y l l n g o l r
1 (3 taškai). Elektronų pasiskirstymas pagal energijos lygius natrio atomeA. 2 ē, 1 ē B. 2 ē, 4 ē C. 2 ē, 8 ē, 1 ē. G. 2 ē, 8 ē, 3 ē.
2 (4 taškai) Laikotarpio skaičius in Periodinė sistema D. I. Mendelejevas, kuriame nėra cheminių elementų-metalų: A. 1. B. 2. C. 3. D. 4.
3 (3 taškai). Cheminio ryšio tipas paprastoje kalcio medžiagoje:
A. Joninė. B. Kovalentinis polinis. B. Kovalentinis nepolinis. G. Metalas.
4 (3 taškai). Paprasta medžiaga, turinti ryškiausias metalines savybes:
A. Aliuminis. B. Silicis. B. Magnis. G. Natris.
5 (3 taškai). 2 periodo elementų atomų spindulys didėjant branduolio krūviui nuo šarminio metalo iki halogeno: A. Keičiasi periodiškai. B. Nesikeičia. B. Padidėja. G. Sumažėja.
6 (3 taškai). Magnio atomas skiriasi nuo magnio jono:
A. Branduolio krūvis. B. Dalelės krūvis. B. Protonų skaičius. D. Neutronų skaičius.
7 (3 taškai). Stipriausiai reaguoja su vandeniu:
A. Kalis. B. Litis. B. Natris. G. Rubidis.
8 (3 taškai). Nereaguoja su praskiesta sieros rūgštimi:
A. Aliuminis. B. Baris. B. Geležis. G. Merkurijus.
9 (3 taškai). Berilio hidroksidas nesąveikauja su medžiaga, kurios formulė yra:
A. NaOH(p p). B. NaCl(p_p). B. HC1 (r_r). D. H2SO4.
10 (3 taškai). Serija, kurioje visos medžiagos reaguoja su kalciu:
A. CO2, H2, HC1. B. NaOH, H2O, HC1. B. C12, H2O, H2SO4. G. S, H2SO4, SO3.
B DALIS. Užduotys su laisvu atsakymu
11 (9 taškai). Pasiūlykite tris geležies (II) sulfato gamybos būdus. Pagrįskite savo atsakymą reakcijų lygtimis.
12 (6 taškai). Nustatykite medžiagas X, Y, Z, užrašykite jų chemines formules.
Fe(OH)3(t)= X(+HCl)= Y(+NaOH)=Z(t) Fe2O3
13 (6 taškai). Kaip naudojant bet kokius reagentus (medžiagas) ir aliuminį gauti oksidą, amfoterinį hidroksidą? Parašykite reakcijų lygtis molekuline forma.
14 (4 taškai). Didėjančio tankio tvarka išdėliokite metalus: varį, auksą, aliuminį, šviną.
15 (5 taškai). Apskaičiuokite metalo, gauto iš 160 g vario (II) oksido, masę.
Ryžiai. 7. Vaizdo formos ir orientacijos
s-,p-,d-, orbitalės, naudojant ribinius paviršius.
Kvantinis skaičiusm l paskambino magnetinis . Jis nustato atominės orbitos erdvinį išsidėstymą ir paima sveikąsias reikšmes iš - l prie + l per nulį, tai yra 2 l+ 1 reikšmės (27 lentelė).
To paties polygio orbitos ( l= const) turi tą pačią energiją. Tokia būsena vadinama išsigimęs energija. Taigi p-orbitinė - tris kartus, d- penkis kartus ir f yra septynis kartus išsigimę. Ribiniai paviršiai s-,p-,d-, orbitos parodytos fig. 7.
s - orbitalės sferiškai simetriškas bet kuriam n ir skiriasi vienas nuo kito tik sferos dydžiu. Jų maksimaliai simetriška forma yra dėl to, kad prie l= 0 ir μ l = 0.
27 lentelė
Orbitalių skaičius energijos sublygiuose
|
Orbitinis kvantinis skaičius |
Magnetinis kvantinis skaičius |
Orbitalių su nurodyta verte skaičius l |
|
m l | ||
|
–2, –1, 0, +1, +2 | ||
|
–3, –2, –1, 0, +1, +2, +3 |
p - orbitalės egzistuoti n≥ 2 ir l= 1, todėl erdvėje yra trys galimos orientacijos: m l= -1, 0, +1. Visos p-orbitalės turi mazginę plokštumą, dalijančią orbitalę į dvi sritis, todėl ribiniai paviršiai yra hantelio formos, orientuoti erdvėje 90° kampu vienas kito atžvilgiu. Simetrijos ašys jiems yra koordinačių ašys, kurios yra pažymėtos p x , p y , p z .
d - orbitalės nustatomas pagal kvantinį skaičių l = 2 (n≥ 3), kai m l= –2, –1, 0, +1, +2, tai yra, jiems būdingi penki orientacijos erdvėje variantai. d-žymimos orbitalės, orientuotos ašmenimis išilgai koordinačių ašių d z² ir d x ²– y², ir orientuotas ašmenimis išilgai koordinačių kampų pusiausvyros - d xy , d yz , d xz .
Septyni f - orbitalės atitinkamas l = 3 (n≥ 4) rodomi kaip ribiniai paviršiai.
kvantiniai skaičiai n, l Ir m nevisiškai apibūdinti elektrono būseną atome. Eksperimentiškai nustatyta, kad elektronas turi dar vieną savybę – sukinį. Paprasčiau tariant, sukinys gali būti pavaizduotas kaip elektrono sukimasis aplink savo ašį. Sukimosi kvantinis skaičius m s turi tik dvi reikšmes m s= ±1/2, kurios yra dvi elektrono kampinio impulso projekcijos pasirinktoje ašyje. elektronų su skirtingais m s rodomas aukštyn ir žemyn nukreiptomis rodyklėmis.
Atominių orbitalių užpildymo seka
Atominių orbitalių (AO) populiacija elektronais vykdoma pagal mažiausios energijos principą, Paulijos principą, Hundo taisyklę, o daugelio elektronų atomams – Klečkovskio taisyklę.
Mažiausios energijos principas reikalauja, kad elektronai užpildytų AO, kad padidėtų elektronų energija šiose orbitose. Tai atspindi bendrą taisyklę – maksimalus sistemos stabilumas atitinka jos energijos minimumą.
Principas pauli (1925) draudžia elektronams, turintiems tą patį kvantinių skaičių rinkinį, būti kelių elektronų atome. Tai reiškia, kad bet kurie du elektronai atome (ar molekulėje, ar jone) turi skirtis vienas nuo kito bent vieno kvantinio skaičiaus reikšme, tai yra, negali būti daugiau nei du elektronai su skirtingais sukiniais (suporuoti elektronai). viena orbita. Kiekviename polygyje yra 2 l+ 1 orbitalė, kurioje yra ne daugiau kaip 2 (2 l+ 1) elektronai. Iš to išplaukia, kad talpa s-orbitalės - 2, p-orbitalės - 6, d-orbitalės - 10 ir f-orbitalės - 14 elektronų. Jei elektronų skaičius duotam l suma nuo 0 iki n– 1, tada gauname formulę Bora –Palaidoti, kuris nustato bendrą elektronų skaičių tam tikrame lygyje n:
Ši formulė neatsižvelgia į tarpelektroninę sąveiką ir nustoja galioti, kai n ≥ 3.
Tos pačios energijos (išsigimusios) orbitos užpildomos pagal taisyklė Gunda : elektronų konfigūracija su didžiausiu sukiniu turi mažiausią energiją. Tai reiškia, kad jei p-orbitalėje yra trys elektronai, jie išsidėstę taip: , o bendras sukinys S=3/2, ne taip: , S=1/2.
Klečkovskio taisyklė (mažiausios energijos vartojimo principas). Daugiaelektroniniuose atomuose, kaip ir vandenilio atome, elektrono būseną lemia tų pačių keturių kvantinių skaičių reikšmės, tačiau šiuo atveju elektronas yra ne tik branduolio lauke, bet ir lauke. kitų elektronų. Todėl daugelio elektronų atomų energiją lemia ne tik pagrindinis, bet ir orbitinis kvantinis skaičius, tiksliau, jų suma: atominių orbitalių energija didėja didėjant sumain + l; su tokiu pat kiekiu pirmiausia užpildomas lygis su mažesniunir didelisl. Atominių orbitų energija didėja pagal eilutes:
|
1s<2s<2p<3s<3p<4s≈3d<4p<5s≈4d<5p<6s≈4f≈5d<6p<7s≈5f≈6d<7p. |
Taigi, keturi kvantiniai skaičiai apibūdina elektrono būseną atome ir apibūdina elektrono energiją, sukimąsi, elektronų debesies formą ir orientaciją erdvėje. Kai atomas pereina iš vienos būsenos į kitą, elektronų debesis pertvarkomas, tai yra, keičiasi kvantinių skaičių reikšmės, kurias lydi atomo energijos kvantų absorbcija arba emisija.
Kas nutinka elementų atomams vykstant cheminėms reakcijoms? Kokios yra elementų savybės? Į abu šiuos klausimus galima atsakyti vieną: priežastis slypi išorinėje struktūroje. Straipsnyje nagrinėsime metalų ir nemetalų elektroną ir išsiaiškinsime ryšį tarp išorinio lygmens struktūros ir savybių. elementų.
Ypatingos elektronų savybės
Vykstant cheminei reakcijai tarp dviejų ar daugiau reagentų molekulių, pakinta atomų elektronų apvalkalų struktūra, o jų branduoliai lieka nepakitę. Pirmiausia susipažinkime su elektronų, esančių tolimiausiuose atomo lygiuose nuo branduolio, charakteristikomis. Neigiamą krūvį turinčios dalelės išsidėsčiusios sluoksniais tam tikru atstumu nuo branduolio ir viena nuo kitos. Erdvė aplink branduolį, kurioje greičiausiai yra elektronų, vadinama elektronų orbitale. Jame kondensuojasi apie 90% neigiamo krūvio elektronų debesies. Pats elektronas atome turi dvilypumo savybę, jis vienu metu gali elgtis ir kaip dalelė, ir kaip banga.
Atomo elektroninio apvalkalo užpildymo taisyklės
Energijos lygių, kuriuose yra dalelės, skaičius yra lygus periodo, kuriame yra elementas, skaičiui. Ką rodo elektroninė kompozicija? Paaiškėjo, kad išoriniame energijos lygmenyje pagrindinių mažų ir didelių periodų pogrupių s- ir p-elementai atitinka grupės skaičių. Pavyzdžiui, pirmosios grupės ličio atomai, turintys du sluoksnius, turi vieną elektroną išoriniame apvalkale. Sieros atomai turi šešis elektronus paskutiniame energijos lygyje, nes elementas yra pagrindiniame šeštosios grupės pogrupyje ir tt Jei mes kalbame apie d-elementus, tada jiems galioja tokia taisyklė: išorinių neigiamų dalelių skaičius. yra 1 (chromui ir variui) arba 2. Tai paaiškinama tuo, kad didėjant atomų branduolio krūviui, pirmiausia užpildomas vidinis d-polygis ir išoriniai energijos lygiai lieka nepakitę.
Kodėl kinta mažų laikotarpių elementų savybės?
1, 2, 3 ir 7 laikotarpiai laikomi mažais. Sklandus elementų savybių pasikeitimas didėjant branduoliniams krūviams, pradedant nuo aktyvių metalų ir baigiant inertinėmis dujomis, paaiškinamas laipsnišku elektronų skaičiaus padidėjimu išoriniame lygmenyje. Pirmieji tokiais laikotarpiais elementai yra tie, kurių atomai turi tik vieną ar du elektronus, kurie gali lengvai atitrūkti nuo branduolio. Tokiu atveju susidaro teigiamai įkrautas metalo jonas.
Amfoteriniai elementai, tokie kaip aliuminis ar cinkas, užpildo savo išorinius energijos lygius nedideliu kiekiu elektronų (1 – cinkui, 3 – aliuminiui). Priklausomai nuo cheminės reakcijos sąlygų, jie gali turėti ir metalų, ir nemetalų savybių. Nemetaliniai mažų periodų elementai turi nuo 4 iki 7 neigiamų dalelių ant išorinių jų atomų apvalkalų ir užbaigia jį iki okteto, pritraukdami elektronus iš kitų atomų. Pavyzdžiui, nemetalas su didžiausiu elektronegatyvumo indeksu – fluoras, paskutiniame sluoksnyje turi 7 elektronus ir visada paima vieną elektroną ne tik iš metalų, bet ir iš aktyvių nemetalinių elementų: deguonies, chloro, azoto. Maži periodai, kaip ir dideli, baigiasi inertinėmis dujomis, kurių monoatominės molekulės visiškai užbaigia išorinius energijos lygius iki 8 elektronų.
Didelių laikotarpių atomų sandaros ypatumai
Lygiosios 4, 5 ir 6 periodų eilutės susideda iš elementų, kurių išoriniuose apvalkaluose yra tik vienas ar du elektronai. Kaip minėjome anksčiau, jie užpildo priešpaskutinio sluoksnio d arba f polygius elektronais. Paprastai tai yra tipiški metalai. Jų fizinės ir cheminės savybės kinta labai lėtai. Nelyginėse eilutėse yra tokie elementai, kuriuose išoriniai energijos lygiai užpildomi elektronais pagal tokią schemą: metalai - amfoterinis elementas - nemetalai - inertinės dujos. Mes jau stebėjome jo pasireiškimą visais mažais laikotarpiais. Pavyzdžiui, nelyginėje 4 periodų serijoje varis yra metalas, cinkas yra amfoterenas, tada nuo galio iki bromo sustiprėja nemetalinės savybės. Laikotarpis baigiasi kriptonu, kurio atomai turi visiškai užbaigtą elektronų apvalkalą.
Kaip paaiškinti elementų skirstymą į grupes?
Kiekviena grupė – o jų yra aštuonios trumpoje lentelės formoje – taip pat yra suskirstyta į pogrupius, vadinamus pagrindine ir antrine. Ši klasifikacija atspindi skirtingas elektronų padėtis elementų atomų išoriniame energijos lygyje. Paaiškėjo, kad pagrindinių pogrupių elementai, pavyzdžiui, ličio, natrio, kalio, rubidžio ir cezio, paskutinis elektronas yra s polygyje. Pagrindinio pogrupio 7-osios grupės elementai (halogenai) užpildo savo p polygį neigiamomis dalelėmis.
Šoninių pogrupių, tokių kaip chromas, atstovams bus būdingas d-polygio užpildymas elektronais. O elementams, įtrauktiems į šeimą, neigiamų krūvių kaupimasis vyksta priešpaskutinio energijos lygio f polygyje. Be to, grupės skaičius, kaip taisyklė, sutampa su elektronų, galinčių sudaryti cheminius ryšius, skaičiumi.
Savo straipsnyje išsiaiškinome, kokią struktūrą turi cheminių elementų atomų išoriniai energijos lygiai, ir nustatėme jų vaidmenį tarpatominėje sąveikoje.
