Kako se določi zunanja energijska raven. Zunanje energetske ravni: strukturne značilnosti in njihova vloga pri interakcijah med atomi. Naloge za samopomoč
Odgovor od Ksenia Gareeva[guru]
številka obdobja
Odgovor od Slava mikailov[novinec]
Odgovor od Prepiraj se[guru]
Raven energije
Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Energijska raven - možne vrednosti energije kvantnih sistemov, to je sistemov, sestavljenih iz mikrodelcev (elektronov, protonov in drugih elementarnih delcev, atomskih jeder, atomov, molekul itd.) in ki upoštevajo zakone kvantne mehanike. Zaznamuje določeno stanje mikrodelca. Razlikovati med elektronsko in intranuklearno ravnjo energije.
[Uredi]
Elektronski nivoji energije
Sodobni koncept orbitalnega modela atoma, v katerem se elektroni premikajo z ene energijske ravni na drugo, razlika med nivoji energije pa določa velikost sproščenega ali absorbiranega kvanta. V tem primeru elektroni ne morejo biti v intervalih med nivoji energije. Te vrzeli imenujemo energijska vrzel.
Primer je elektron v orbitalnem modelu atoma - odvisno od vrednosti glavnega kvantnega števila n in orbitalnega kvantnega števila l se spremeni raven energije, ki jo ima elektron. V skladu s tem vsak par vrednosti številk n in l ustreza določeni energijski ravni.
[Uredi]
Intranuklearne ravni energije
Izraz izvira iz raziskav radioaktivnosti. Sevanje je razdeljeno na tri dele: alfa žarke, beta žarke in gama žarke. Študije so pokazale, da je alfa sevanje sestavljeno iz atomov helija, beta sevanje je tok hitro premikajočih se elektronov, študija žarkov gama pa je pokazala, da energija elektronskih nivojev ni dovolj za njihovo ustvarjanje. Postalo je jasno, da je treba vir radioaktivnega sevanja (žarke gama) iskati znotraj atomskega jedra, torej obstajajo intranuklearne energetske ravni, katerih energija se pretvori v fotone gama sevanja. Gama žarki so razširili spekter znanih elektromagnetnih valov in vsi valovi, krajši od 0,01 nm, so gama žarki.
Poskusite si predstavljati, kako majhni so atomi v primerjavi z velikostjo samih molekul v tem primeru.
Napolnimo gumijasto žogo s plinom. Če predpostavimo, da bo iz krogle skozi tanko luknjo nastalo milijon molekul na sekundo, bo trajalo 30 milijard let, da vse molekule pobegnejo iz krogle. Toda sestava ene molekule lahko vključuje dva, tri in morda več deset ali celo več tisoč atomov!
Sodobna tehnologija je omogočila fotografiranje tako molekule kot atoma s posebnim mikroskopom. Molekula je bila fotografirana pri 70-milijonski povečavi, atom pa 260-milijonokratna.
Dolgo časa so znanstveniki verjeli, da je atom nedeljiv. Celo besedo atom prevedeno iz grščine pomeni "nedeljivo". Vendar pa so dolgoletne raziskave pokazale, da so atomi kljub svoji majhnosti sestavljeni iz še manjših delov ( elementarni delci).
Ali ni res, struktura atoma je podobna Solarni sistem ?
V središče atoma - jedro, okoli katerega se gibljejo elektroni na neki razdalji
Jedro- najtežji del atoma, v njem je koncentrirana masa atoma.
Jedro in elektroni imajo električne naboje, ki so nasprotni po predznaku, vendar enaki po velikosti.
Jedro ima pozitiven naboj, elektroni so negativni, zato atom kot celota ni nabit.
Zapomni si
Vsi atomi imajo jedro in elektrone. Atomi se med seboj razlikujejo: masa in naboj jedra; število elektronov.
Vaja
Preštejte število elektronov v atomih aluminija, ogljika, vodika. Izpolni tabelo.
|
· Ime atoma |
Število elektronov v atomu |
|
Aluminijev atom |
|
|
Ogljikov atom |
|
|
Vodikov atom |
Želite izvedeti več o zgradbi atoma? Potem berite naprej.
Naboj atomskega jedra je določen z redno številko elementa.
Na primer , redna številka vodika je 1 (določena s periodnim sistemom Mendelejeva), kar pomeni, da je naboj atomskega jedra +1.
Redna številka silicija je 14 (določena s periodnim sistemom Mendelejeva), kar pomeni, da je naboj jedra atoma silicija +14.
Da je atom električno nevtralen, mora biti število pozitivnih in negativnih nabojev v atomu enako
(vsota bo nič).
Število elektronov (negativno nabitih delcev) je enako naboju jedra (pozitivno nabiti delci) in je enako redni številki elementa.
Atom vodika ima 1 elektron, silicij pa 14 elektronov.
Elektroni v atomu se premikajo po energijskih ravneh.
Število energijskih nivojev v atomu je določeno s številom obdobja, v katerem se nahaja element (določen tudi s periodnim sistemom Mendelejeva)
Na primer, vodik je element prvega obdobja, zato ga ima
1 je energijski nivo, silicij pa element tretjega obdobja, zato je 14 elektronov razporejenih na tri energijske ravni. Kisik in ogljik sta elementa tretjega obdobja, zato se elektroni premikajo skozi tri energijske ravni.
Vaja
1. Kolikšen je naboj jedra v atomih kemičnih elementov, prikazanih na sliki?
2. Koliko energijskih nivojev je v atomu aluminija?
1 (2 točki). Porazdelitev elektronov po energijskih ravneh v atomu kalija:A. 2e, 8e, 8e, 1e C. 2e, 8e,
18., 8., 1
B. 2., 1. D. 2., 8., 1
2 (2 točki). Število elektronov v zunanji elektronski plasti atoma aluminija:
A. 1 B. 2 C. 3 D.4
3 (2 točki). Preprosta snov z najbolj izrazitimi kovinskimi lastnostmi:
A. Kalcij B. Barij C. Stroncij G. Radij
4 (2 točki). Vrsta kemične vezi v preprosti snovi - aluminiju:
A. Ionski B. Kovalentno polarni
B. Kovinski D. Kovalentni nepolarni
5 (2 točki). Število energijskih nivojev za elemente ene podskupine od zgoraj navzdol:
A. Občasno se spreminja. B. Ne spremeni se.
B. Poveča. G. Zmanjša.
6 (2 točki). Litijev atom se razlikuje od litijevega iona:
A. Jedrski naboj. B. Število elektronov na zunanji energijski ravni.
B. Število protonov. D. Število nevtronov.
7 (2 točki.). Najmanj močno reagira z vodo:
A. Barij. B. Magnezij.
B. Kalcij. G. Stroncij
8 (2 točki). Ne vpliva na raztopino žveplove kisline:
A. Aluminij. B. Natrij
B. Magnezij. G. Baker
9 (2 točki). Kalijev hidroksid ne sodeluje s snovjo, katere formula je:
A. Na2O B. AlCl3
B. P2O5 G. Zn (NO3) 2
10 (2 točki). Vrstica, v kateri vse snovi reagirajo z železom:
A. HCl, CO2, CO
B. CO2, HCl, S
B. H2, O2, CaO
G. O2, CuSO4, H2SO4
11 (9 točk). Predlagajte tri načine za pridobivanje natrijevega hidroksida. Odgovor potrdite z reakcijskimi enačbami.
12 (6 točk). Izvedite verigo kemičnih transformacij, sestavite reakcijske enačbe v molekularni in ionski obliki, poimenujte reakcijske produkte:
FeCl2 → Fe (OH) 2 → FeSO4 → Fe (OH) 2
13 (6 točk). Kako z uporabo morebitnih reagentov (snovi) in cinka dobiti njegov oksid, bazo, sol? Napišite reakcijske enačbe v molekularni obliki.
14 (4 točke). Napišite enačbo za kemijsko reakcijo interakcije litija z dušikom. Določite redukcijsko in oksidacijsko sredstvo v tej reakciji
določi z:
A. številka skupine;
B. številka obdobja;
B. serijska številka.
4. Katera od značilnosti kemičnih elementov se ne spremeni v glavnih podskupinah:
In polmer atoma;
B je število elektronov na zunanji ravni;
B. število energijskih nivojev.
5. Splošno v strukturi atomov elementov z zaporednima številkama 7 in 15:
A. število elektronov na zunanji ravni, B. naboj jedra;
B. število energijskih nivojev.
Vzpostavite ujemanje med simbolom kemičnega elementa (v določenem vrstnem redu) in številom elektronov na zunanji energijski ravni njegovega atoma.V skladu s pravilnimi odgovori boste sestavili ime instalacije, ki bo človeštvu omogočilo, da še globlje razume strukturo atoma (9 črk).
Število e na simbol 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 točke). Porazdelitev elektronov po energijskih ravneh v atomu natrijaA. 2 ē, 1 ē B. 2 ē, 4 ē B. 2 ē, 8 ē, 1ē. G. 2 ē, 8 ē, 3 ē.
2 (4 točke) Številka obdobja v periodnem sistemu D.I.Mendelejeva, v katerem ni kemičnih elementov-kovinov: A. 1. B. 2. C. 3. D. 4.
3 (3 točke). Vrsta kemične vezi v preprosti kalcijevi snovi:
A. Ionski. B. Kovalentna polarna. B. Kovalentna nepolarna. G. kovinski.
4 (3 točke). Preprosta snov z najbolj izrazitimi kovinskimi lastnostmi:
A. Aluminij. B. Silicij. B. Magnezij. G. Natrij.
5 (3 točke). Polmer atomov elementov 2. obdobja s povečanjem jedrskega naboja iz alkalijske kovine v halogen: A. Občasno se spreminja. B. Ne spremeni se. B. Poveča. G. Zmanjša.
6 (3 točke). Magnezijev atom se razlikuje od magnezijevega iona:
A. Jedrski naboj. B. Naboj delcev. B. Število protonov. D. Število nevtronov.
7 (3 točke). Najmočneje reagira z vodo:
A. Kalij. B. Litij. B. Natrij. G. Rubidij.
8 (3 točke). Ne vpliva na razredčeno žveplovo kislino:
A. Aluminij. B. Barij. B. Železo. G. Merkur.
9 (3 točke). Berilijev hidroksid ne deluje s snovjo, katere formula je:
A. NaOH (p p). B. NaCl (p_p). B. HC1 (p_p). G. H2SO4.
10 (3 točke). Vrstica, v kateri vse snovi reagirajo s kalcijem:
A. CO2, H2, HC1. B. NaOH, H2O, HCl. B. C12, H2O, H2SO4. G.S, H2SO4, SO3.
DEL B. Naloge s prostim odgovorom
11 (9 točk). Predlagajte tri načine pridobivanja železovega (II) sulfata. Odgovor potrdite z reakcijskimi enačbami.
12 (6 točk). Določite snovi X, Y, Z, zapišite njihove kemijske formule.
Fe (OH) 3 (t) = X (+ HCl) = Y (+ NaOH) = Z (t) Fe2O3
13 (6 točk). Kako z uporabo kakršnih koli reagentov (snovi) in aluminija pridobiti oksid, amfoterni hidroksid? Napišite reakcijske enačbe v molekularni obliki.
14 (4 točke). Razporedite kovine: baker, zlato, aluminij, svinec po naraščajoči gostoti.
15 (5 točk). Izračunajte maso kovine, pridobljene iz 160 g bakrovega (II) oksida.
riž. 7. Slika oblik in usmeritev
s-,str-,d-, orbitale z uporabo mejnih površin.
Kvantno številom l se imenujejo magnetno ... Določa prostorsko lokacijo atomske orbitale in vzame cele vrednosti iz - l na + l skozi nič, to je 2 l+ 1 vrednosti (tabela 27).
Orbitale ene podnivo ( l= const) imajo enako energijo. To stanje se imenuje energijska degeneracija... Torej str-orbitalno - trikrat, d- petkrat in f- sedemkratna degeneracija. Mejne površine s-,str-,d-, orbitale so prikazane na sl. 7.
s -orbitale sferično simetrično za katero koli n in se med seboj razlikujejo le po velikosti krogle. Njihova maksimalno simetrična oblika je posledica dejstva, da pri l= 0 in μ l = 0.
Tabela 27
Število orbital na energijskih podravneh
|
Orbitalno kvantno število |
Magnetno kvantno število |
Število orbital z dano vrednostjo l |
|
m l | ||
|
–2, –1, 0, +1, +2 | ||
|
–3, –2, –1, 0, +1, +2, +3 |
str -orbitale obstajajo na n≥ 2 in l= 1, zato so možne tri možnosti za orientacijo v prostoru: m l= -1, 0, +1. Vse p-orbitale imajo vozliščno ravnino, ki orbitalo deli na dve regiji, zato imajo mejne površine obliko uteži, usmerjenih v prostoru pod kotom 90 ° glede na drugo. Osi simetrije zanje so koordinatne osi, ki so označene str x , str y , str z .
d -orbitale so določene s kvantnim številom l = 2 (n≥ 3), pri katerem m l= –2, –1, 0, +1, +2, torej zanje je značilno pet variant orientacije v prostoru. d- označene so orbitale, ki so orientirane z rezili vzdolž koordinatnih osi d z² in d x ²– y² in rezila, usmerjena vzdolž simetral koordinatnih kotov - d xy , d yz , d xz .
sedem f -orbitale ustrezna l = 3 (n≥ 4) so prikazane kot mejne površine.
Kvantne številke n, l in m ne opišejo v celoti stanja elektrona v atomu. Eksperimentalno je bilo ugotovljeno, da ima elektron še eno lastnost - spin. Poenostavljeno lahko spin predstavimo kot vrtenje elektrona okoli lastne osi. Spin kvantno število m s ima samo dva pomena m s= ± 1/2, ki predstavljata dve projekciji kotne količine elektrona na izbrano os. Elektroni z različnimi m s označen s puščicama gor in dol.
Zaporedno polnjenje atomskih orbital
Populacija atomskih orbital (AO) z elektroni poteka po principu najmanjše energije, Paulijevem principu, Gundovem pravilu in za večelektronske atome - pravilu Klečkovskega.
Načelo najmanj energije zahteva elektrone, da naselijo AO, da se poveča energija elektronov v teh orbitalah. To odraža splošno pravilo - največja stabilnost sistema ustreza minimumu njegove energije.
Načelo Pauli (1925) prepoveduje elektrone z enakim naborom kvantnih števil v atomu z več elektroni. To pomeni, da se morata katera koli dva elektrona v atomu (ali molekuli, ali ionu) med seboj razlikovati za vrednost vsaj enega kvantnega števila, to pomeni, da v eni orbitali ne moreta biti več kot dva elektrona z različnimi vrtljaji (parno elektroni). Vsaka podnivo vsebuje 2 l+ 1 orbitala, ki vsebuje največ 2 (2 l+ 1) elektroni. Iz tega sledi, da je zmogljivost s-orbitale - 2, str-orbitale - 6, d-orbitale - 10 in f-orbitale - 14 elektronov. Če je število elektronov za dano l vsota od 0 do n- 1, potem dobimo formulo burja -Zakopaj, ki določa skupno število elektronov na ravni z dano n:
Ta formula ne upošteva interakcije elektron-elektron in se preneha izpolnjevati pri n ≥ 3.
Orbitale z enakimi energijami (degenerirane) so napolnjene v skladu z pravilo Gunda : najnižjo energijo ima elektronska konfiguracija z največjim spinom. To pomeni, da če so na p-orbitali trije elektroni, potem se nahajajo takole: in skupni spin S= 3/2, ne tako:, S=1/2.
vladavina Klečkovskega (načelo najmanj energije). V večelektronskih atomih, tako kot pri atomu vodika, je stanje elektrona določeno z vrednostmi istih štirih kvantnih števil, vendar v tem primeru elektron ni le v polju jedra, ampak tudi v polje drugih elektronov. Zato je energija v večelektronskih atomih določena ne le z glavnim, temveč tudi z orbitalnim kvantnim številom oziroma z njihovo vsoto: energija atomskih orbital narašča kot vsotan + l; z enako količino se najprej napolni nivo z nižjonin velikl. Energija atomskih orbital narašča glede na vrsto:
|
1s<2s<2str<3s<3str<4s≈3d<4str<5s≈4d<5str<6s≈4f≈5d<6str<7s≈5f≈6d<7str. |
Torej štiri kvantna števila opisujejo stanje elektrona v atomu in označujejo energijo elektrona, njegov spin, obliko elektronskega oblaka in njegovo orientacijo v prostoru. Ko atom preide iz enega stanja v drugo, se elektronski oblak prerazporedi, to pomeni, da se spremenijo vrednosti kvantnih števil, kar spremlja absorpcija ali oddajanje energijskih kvantov s strani atoma.
Kaj se zgodi z atomi elementov med kemičnimi reakcijami? Od česa so odvisne lastnosti elementov? Na obe vprašanji je mogoče dati en odgovor: razlog je v strukturi zunanjega.V našem članku bomo obravnavali elektroniko kovin in nekovin ter ugotovili razmerje med strukturo zunanjega nivoja in lastnostmi elementov.
Posebne lastnosti elektronov
Med potekom kemične reakcije med molekulami dveh ali več reagentov pride do sprememb v strukturi elektronskih lupin atomov, njihova jedra pa ostanejo nespremenjena. Najprej se seznanimo z značilnostmi elektronov, ki se nahajajo na najbolj oddaljenih ravneh atoma od jedra. Negativno nabiti delci so razporejeni v plasteh na določeni razdalji od jedra in drug od drugega. Prostor okoli jedra, kjer je najbolj mogoče najti elektrone, imenujemo elektronska orbitala. V njem je kondenziranega približno 90 % negativno nabitega elektronskega oblaka. Sam elektron v atomu kaže lastnost dvojnosti; hkrati se lahko obnaša kot delec in kot val.
Pravila za polnjenje elektronske lupine atoma
Število energijskih nivojev, na katerih se nahajajo delci, je enako številu obdobja, kjer se element nahaja. Kaj označuje elektronska sestava? Izkazalo se je, da na zunanji energijski ravni za s- in p-elemente glavnih podskupin majhnih in velikih obdobij ustreza številka skupine. Na primer, atomi litija prve skupine, ki imajo dve plasti, imajo en elektron na zunanji lupini. Atomi žvepla vsebujejo šest elektronov na zadnji energijski ravni, saj se element nahaja v glavni podskupini šeste skupine itd. Če govorimo o d-elementih, potem zanje velja naslednje pravilo: število zunanjih negativnih delcev je 1 (za krom in baker) ali 2. To je razloženo z dejstvom, da se z naraščanjem naboja atomskega jedra najprej napolni notranji d-podnivo, zunanji energetski nivoji pa ostanejo nespremenjeni.
Zakaj se spremenijo lastnosti elementov majhnih obdobij?
Obdobja 1, 2, 3 in 7 veljajo za majhna. Gladko spreminjanje lastnosti elementov, ko se jedrski naboji povečujejo, od aktivnih kovin do inertnih plinov, je razloženo s postopnim povečevanjem števila elektronov na zunanji ravni. Prvi elementi v takih obdobjih so tisti, katerih atomi imajo le en ali dva elektrona, ki se zlahka ločijo od jedra. V tem primeru nastane pozitivno nabit kovinski ion.
Amfoterni elementi, na primer aluminij ali cink, napolnijo svoje zunanje energetske nivoje z majhnim številom elektronov (1 za cink, 3 za aluminij). Glede na pogoje kemijske reakcije lahko kažejo tako lastnosti kovin kot nekovin. Nekovinski elementi majhnih obdobij vsebujejo od 4 do 7 negativnih delcev na zunanjih lupinah svojih atomov in jih dopolnjujejo do okteta in pritegnejo elektrone drugih atomov. Na primer, nekovina z najvišjim indeksom elektronegativnosti - fluor, ima na zadnji plasti 7 elektronov in vedno vzame en elektron ne le iz kovin, temveč tudi iz aktivnih nekovinskih elementov: kisika, klora, dušika. Majhna obdobja, pa tudi velika, se končajo z inertnimi plini, katerih enoatomne molekule imajo popolnoma dokončane zunanje energijske nivoje do 8 elektronov.
Značilnosti strukture atomov dolgih obdobij
Tudi vrstice s 4, 5 in 6 obdobji so sestavljene iz elementov, katerih zunanje lupine vsebujejo le enega ali dva elektrona. Kot smo že povedali, napolnijo d- ali f-podnivo predzadnje plasti z elektroni. To so običajno tipične kovine. Njihove fizikalne in kemijske lastnosti se spreminjajo zelo počasi. Neparne vrstice vsebujejo elemente, pri katerih so zunanje energetske ravni napolnjene z elektroni po naslednji shemi: kovine - amfoterni element - nekovine - inertni plin. Njegovo manifestacijo smo že opazili v vseh majhnih obdobjih. Na primer, v lihi vrsti 4. obdobja je baker kovina, cink je amfoteren, nato pa se od galija do broma povečajo nekovinske lastnosti. Obdobje se konča s kriptonom, katerega atomi imajo popolnoma dokončano elektronsko lupino.
Kako razložiti delitev elementov v skupine?
Vsaka skupina - in v kratki obliki tabele jih je osem, je razdeljena tudi na podskupine, imenovane glavna in sekundarna. Ta razvrstitev odraža različen položaj elektronov na zunanji energijski ravni atomov elementov. Izkazalo se je, da se v elementih glavnih podskupin, na primer litij, natrij, kalij, rubidij in cezij, zadnji elektron nahaja na s-podravni. Elementi 7. skupine glavne podskupine (halogeni) napolnijo svoj p-podnivo z negativnimi delci.
Za predstavnike stranskih podskupin, kot je krom, bo značilno polnjenje z elektroni d-podnivoja. In elementi družine kopičijo negativne naboje na f-podravni predzadnje energetske ravni. Poleg tega številka skupine praviloma sovpada s številom elektronov, ki so sposobni tvoriti kemične vezi.
V našem članku smo ugotovili, kakšno strukturo imajo zunanje energijske ravni atomov kemičnih elementov, in ugotovili njihovo vlogo pri medatomskih interakcijah.
