Hur bestäms den externa energinivån? Externa energinivåer: strukturella egenskaper och deras roll i interaktioner mellan atomer. Uppgifter för självständig lösning
Svar från Ksenia Gareeva[guru]
periodnummer
Svar från Slava mikailov[nybörjare]
Svar från Slå vad[guru]
Energinivå
Från Wikipedia, den fria encyklopedin
Energinivå - de möjliga värdena för energin i kvantsystem, dvs system som består av mikropartiklar (elektroner, protoner och andra elementarpartiklar, atomkärnor, atomer, molekyler, etc.) och som följer kvantmekanikens lagar. Det kännetecknar ett visst tillstånd hos en mikropartikel. Det finns elektroniska och intranukleära energinivåer.
[redigera]
Elektroniska energinivåer
Det moderna konceptet med atomens omloppsmodell, där elektroner rör sig från en energinivå till en annan, och skillnaden mellan energinivåerna bestämmer storleken på det emitterade eller absorberade kvantumet. I det här fallet kan elektroner inte vara i gapet mellan energinivåerna. Dessa luckor kallas den förbjudna energizonen.
Ett exempel är en elektron i en atoms omloppsmodell - beroende på värdena för det huvudsakliga kvanttalet n och det orbitala kvantnumret l förändras energinivån som elektronen besitter. Följaktligen motsvarar varje värdepar av siffrorna n och l en viss energinivå.
[redigera]
Intranukleära energinivåer
Termen dök upp på grund av studien av radioaktivitet. Strålning delas in i tre delar: alfastrålar, betastrålar och gammastrålar. Studier har visat att alfastrålning bestod av heliumatomer, betastrålning är en ström av snabbt rörliga elektroner, och studien av gammastrålar visade att energin från elektroniska nivåer inte räcker till för att de ska uppstå. Det blev klart att källan till radioaktiv strålning (gammastrålning) måste sökas inuti atomkärnan, det vill säga det finns intranukleära energinivåer, vars energi omvandlas till fotoner av gammastrålning. Gammastrålar har utökat spektrumet av kända elektromagnetiska vågor, och alla vågor kortare än 0,01 nm är gammastrålar.
Försök att föreställa dig hur små atomerna är jämfört med storleken på själva molekylerna i detta exempel.
Låt oss fylla gummiboll gas. Om vi antar att en miljon molekyler per sekund lämnar bollen genom en tunn punktering, så kommer det att ta 30 miljarder år för alla molekyler att fly från bollen. Men en molekyl kan innehålla två, tre, eller kanske flera tiotal eller till och med flera tusen atomer!
Modern teknik har gjort det möjligt att fotografera både molekylen och atomen med hjälp av ett speciellt mikroskop. Molekylen fotograferades med en förstoring på 70 miljoner gånger och atomen med 260 miljoner gånger.
Under lång tid trodde forskare att atomen var odelbar. Till och med ett ord atom översatt från grekisk betyder att "odelbar". Långtidsstudier har dock visat att atomer trots sin ringa storlek består av ännu mindre delar ( elementarpartiklar).
Är det inte sant att atomens struktur liknar solsystem ?
V atomens centrum - kärna, runt vilken elektroner rör sig på ett visst avstånd
Kärna- den tyngsta delen av atomen, den innehåller atomens massa.
Kärnan och elektronerna har elektriska laddningar som är motsatta i tecken men lika stora.
Kärnan har en positiv laddning, elektronerna har en negativ laddning, så atomen som helhet är inte laddad.
Kom ihåg
Alla atomer har en kärna och elektroner. Atomer skiljer sig från varandra: genom kärnans massa och laddning; antalet elektroner.
Träning
Räkna antalet elektroner i aluminium, kol, väteatomer. Fyll i tabellen.
|
· Atomens namn |
Antal elektroner i en atom |
|
aluminiumatom |
|
|
kolatom |
|
|
väteatom |
Vill du veta mer om atomens struktur? Läs sedan vidare.
Laddningen av en atoms kärna bestäms av grundämnets ordningsnummer.
till exempel , serienumret för väte är 1 (bestäms från Mendelejevs periodiska system), vilket betyder att laddningen av atomkärnan är +1.
Serienumret för kisel är 14 (bestäms från det periodiska systemet), vilket betyder att laddningen av kiselatomens kärna är +14.
För att en atom ska vara elektriskt neutral måste antalet positiva och negativa laddningar i en atom vara detsamma.
(summa till noll).
Antalet elektroner (negativt laddade partiklar) är lika med laddningen av kärnan (positivt laddade partiklar) och är lika med grundämnets ordningsnummer.
En väteatom har 1 elektron, kisel har 14 elektroner.
Elektroner i en atom rör sig genom energinivåer.
Antalet energinivåer i en atom bestäms av periodtalet, där elementet finns (även bestämt från Mendeleevs periodiska system)
Till exempel är väte ett element i den första perioden, vilket betyder att det har
1 energinivå, och kisel är ett element i den tredje perioden, därför är 14 elektroner fördelade över tre energinivåer. Syre och kol är element i den tredje perioden, så elektroner rör sig längs tre energinivåer.
Träning
1. Vad är kärnans laddning i atomer kemiska grundämnen visas i figuren?
2. Hur många energinivåer finns det i en aluminiumatom?
1 (2 poäng). Fördelningen av elektroner efter energinivåer i kaliumatomen:A. 2e, 8e, 8e, 1e B. . 2:a, 8:a,
18:e, 8:e, 1:a
B. 2e, 1e D. 2e, 8e, 1e
2 (2 poäng). Antalet elektroner på det yttre elektronskiktet av en aluminiumatom:
A. 1 B. 2 C. 3 D.4
3 (2 poäng). Ett enkelt ämne med de mest uttalade metalliska egenskaperna:
A. Kalcium B. Barium C. Strontium G. Radium
4 (2 poäng). Se kemisk bindning i en enkel substans - aluminium:
A. Jonisk B. Kovalent polär
C. Metallisk D. Kovalent icke-polär
5 (2 poäng). Antalet energinivåer för elementen i en undergrupp uppifrån och ned:
A. Ändringar med jämna mellanrum. B. Ändras inte.
B. Ökar. G. Minskar.
6 (2 poäng). Litiumatomen skiljer sig från litiumjonen:
A. 3 bredvid kärnan. B. Antalet elektroner i den yttre energinivån.
B. Antalet protoner. D. Antalet neutroner.
7 (2 poäng). Reagerar minst kraftigt med vatten:
A. Barium. B. Magnesium.
B. Kalcium. G. Strontium
8 (2 poäng). Interagerar inte med svavelsyralösning:
A. Aluminium. B. natrium
B. Magnesium. G. Koppar
9 (2 poäng). Kaliumhydroxid interagerar inte med ett ämne vars formel är:
A. Na2O B. AlCl3
B. Р2O5 D. Zn(NO3)2
10 (2 poäng). En serie där alla ämnen reagerar med järn:
A. Hcl, CO2, CO
B. CO2, HCl, S
B. H2, O2, CaO
G. O2, CuS04, H2S04
11 (9 poäng). Föreslå tre metoder för att framställa natriumhydroxid. Stöd ditt svar med reaktionsekvationer.
12 (6 poäng). Utför en kedja av kemiska omvandlingar, komponera reaktionsekvationerna i molekylära och joniska former, namnge reaktionsprodukterna:
FeCl2 → Fe(OH)2 → FeSO4 → Fe(OH)2
13 (6 poäng). Hur, med hjälp av reagens (ämnen) och zink, för att få sin oxid, bas, salt? Skriv reaktionsekvationerna i molekylform.
14 (4 poäng). Skriv en ekvation för den kemiska reaktionen mellan litium och kväve. Identifiera reduktionsmedlet och oxidationsmedlet i denna reaktion
bestämma genom:
A. gruppnummer;
B. periodnummer;
B. serienummer.
4. Vilka av egenskaperna hos kemiska grundämnen ändras inte i huvudundergrupperna:
Och atomens radie;
B antal elektroner i den yttre nivån;
B. antalet energinivåer.
5. Gemensam struktur för atomer av element med serienummer 7 och 15:
A. antalet elektroner i den yttre nivån, B. kärnans laddning;
B. antal energinivåer.
Upprätta en överensstämmelse mellan symbolen för ett kemiskt element (i angiven ordning) och antalet elektroner i dess atoms yttre energinivå. Från bokstävernaMotsvarande de korrekta svaren kommer du att skapa namnet på installationen, vilket gör att mänskligheten kan känna till atomens struktur ännu djupare (9 bokstäver).
Nummer e per elementsymbol
Energi
Mg Si I F C Ba Sn Ca Br
2 kap 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 poäng). Fördelningen av elektroner efter energinivåer i natriumatomenA. 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 poäng) Periodnummer in Periodiskt system D. I. Mendeleev, där det inte finns några kemiska grundämnen-metaller: A. 1. B. 2. C. 3. D. 4.
3 (3 poäng). Typ av kemisk bindning i ett enkelt kalciumämne:
A. Jonisk. B. Kovalent polär. B. Kovalent icke-polär. G. Metall.
4 (3 poäng). En enkel substans med de mest uttalade metalliska egenskaperna:
A. Aluminium. B. Kisel. B. Magnesium. G. Natrium.
5 (3 poäng). Radien för atomerna i elementen i den 2: a perioden med en ökning av kärnans laddning från en alkalimetall till en halogen: A. Ändrar periodiskt. B. Ändras inte. B. Ökar. G. Minskar.
6 (3 poäng). Magnesiumatomen skiljer sig från magnesiumjonen:
A. Kärnans laddning. B. Partikelns laddning. B. Antalet protoner. D. Antalet neutroner.
7 (3 poäng). Reagerar starkast med vatten:
A. Kalium. B. Litium. B. Natrium. G. Rubidium.
8 (3 poäng). Reagerar inte med utspädd svavelsyra:
A. Aluminium. B. Barium. B. Järn. G. Merkurius.
9 (3 poäng). Berylliumhydroxid interagerar inte med ett ämne vars formel är:
A. NaOH(p p). B. NaCl(p_p). B. HCl (r_r). D. H2SO4.
10 (3 poäng). En serie där alla ämnen reagerar med kalcium:
A. CO2, H2, HC1. B. NaOH, H2O, HCl. B. C12, H2O, H2SO4. G.S, H2SO4, SO3.
DEL B. Uppgifter med fritt svar
11 (9 poäng). Föreslå tre metoder för att framställa järn(II)sulfat. Stöd ditt svar med reaktionsekvationer.
12 (6 poäng). Bestäm ämnena X, Y, Z, skriv ner deras kemiska formler.
Fe(OH)3(t)= X(+HCl)= Y(+NaOH)=Z(t) Fe2O3
13 (6 poäng). Hur, med hjälp av reagens (ämnen) och aluminium, för att få oxid, amfoter hydroxid? Skriv reaktionsekvationerna i molekylform.
14 (4 poäng). Ordna metallerna: koppar, guld, aluminium, bly i ordning efter ökande densitet.
15 (5 poäng). Beräkna massan av metallen som erhålls från 160 g koppar(II)oxid.
Ris. 7. Bildformer och orienteringar
s-,sid-,d-, orbitaler som använder gränsytor.
Kvantnummerm l kallad magnetisk . Det bestämmer det rumsliga arrangemanget av atomomloppsbanan och tar heltalsvärden från - l till + l genom noll, det vill säga 2 l+ 1 värden (tabell 27).
Orbitaler av samma undernivå ( l= const) har samma energi. Ett sådant tillstånd kallas urarta i energi. Så sid-orbital - tre gånger, d- fem gånger, och fär sju gånger degenererade. Gränsytor s-,sid-,d-, orbitaler visas i fig. 7.
s -orbitaler sfäriskt symmetriska för alla n och skiljer sig från varandra endast genom storleken på sfären. Deras maximalt symmetriska form beror på det faktum att kl l= 0 och μ l = 0.
Tabell 27
Antal orbitaler på energisubnivåer
|
Orbitalt kvantnummer |
Magnetiskt kvantnummer |
Antal orbitaler med ett givet värde l |
|
m l | ||
|
–2, –1, 0, +1, +2 | ||
|
–3, –2, –1, 0, +1, +2, +3 |
sid -orbitaler finns på n≥ 2 och l= 1, så det finns tre möjliga orienteringar i rymden: m l= -1, 0, +1. Alla p-orbitaler har ett nodalplan som delar orbitalen i två regioner, så gränsytorna är hantelformade, orienterade i rymden i en vinkel på 90° i förhållande till varandra. Symmetriaxlarna för dem är koordinataxlarna, som är betecknade sid x , sid y , sid z .
d -orbitaler bestäms av kvanttalet l = 2 (n≥ 3), vid vilken m l= –2, –1, 0, +1, +2, det vill säga de kännetecknas av fem varianter av orientering i rymden. d-orbitaler orienterade med blad längs koordinataxlarna betecknas d z² och d x ²– y², och orienterad av bladen längs koordinatvinklarnas bisektrar - d xy , d yz , d xz .
Sju f -orbitaler motsvarande l = 3 (n≥ 4) visas som gränsytor.
kvanttal n, l och m inte helt karakterisera tillståndet för en elektron i en atom. Det har experimentellt fastställts att elektronen har ytterligare en egenskap - spinn. Förenklat kan spin representeras som rotationen av en elektron runt sin egen axel. Spin kvantnummer m s har bara två betydelser m s= ±1/2, som är två projektioner av elektronens rörelsemängd på den valda axeln. elektroner med olika m s indikeras med pilar som pekar upp och ner.
Sekvensen av att fylla atomära orbitaler
Populationen av atomorbitaler (AO) med elektroner utförs enligt principen om minsta energi, Paulia-principen, Hund-regeln, och för många-elektronatomer, Klechkovsky-regeln.
Principen om minsta energi kräver att elektroner befolkar AO i ordning för att öka elektronenergin i dessa orbitaler. Detta återspeglar den allmänna regeln - systemets maximala stabilitet motsvarar minimum av dess energi.
Princip pauli (1925) förbjuder elektroner med samma uppsättning kvanttal att vara i en multielektronatom. Detta betyder att alla två elektroner i en atom (eller molekyl eller jon) måste skilja sig från varandra med värdet av minst ett kvanttal, det vill säga att det inte kan finnas fler än två elektroner med olika spinn (parade elektroner) i en orbital. Varje undernivå innehåller 2 l+ 1 orbitaler som inte innehåller mer än 2(2 l+ 1) elektroner. Av detta följer att kapacitansen s-orbitaler - 2, sid-orbitaler - 6, d-orbitaler - 10 och f-orbitaler - 14 elektroner. Om antalet elektroner för en given l summa från 0 till n– 1, då får vi formeln Bora-Begrava, som bestämmer det totala antalet elektroner i en nivå med en given n:
Denna formel tar inte hänsyn till den interelektroniska interaktionen och upphör att vara giltig när n ≥ 3.
Orbitaler med samma energi (degenererade) fylls enl regel Gunda : elektronkonfigurationen med maximalt spinn har lägst energi. Detta betyder att om det finns tre elektroner i p-orbitalen, så är de ordnade enligt följande: , och det totala spinnet S=3/2, inte så här: , S=1/2.
Klechkovskys styre (principen om minsta energi). I multielektronatomer, som i väteatomen, bestäms elektronens tillstånd av värdena för samma fyra kvanttal, men i det här fallet är elektronen inte bara i kärnans fält, utan också i fältet av andra elektroner. Därför bestäms energin i många-elektronatomer inte bara av principen utan också av orbitalkvantnumret, eller snarare deras summa: energin hos atomära orbitaler ökar när summan ökarn + l; med samma mängd fylls nivån med den mindre förstnoch storl. Energin hos atomära orbitaler ökar enligt serien:
|
1s<2s<2sid<3s<3sid<4s≈3d<4sid<5s≈4d<5sid<6s≈4f≈5d<6sid<7s≈5f≈6d<7sid. |
Så fyra kvanttal beskriver tillståndet för en elektron i en atom och karakteriserar elektronens energi, dess spinn, formen på elektronmolnet och dess orientering i rymden. När en atom går från ett tillstånd till ett annat omstruktureras elektronmolnet, det vill säga värdena på kvanttal förändras, vilket åtföljs av absorption eller utsläpp av energikvanta av atomen.
Vad händer med grundämnenas atomer under kemiska reaktioner? Vilka egenskaper har elementen? Ett svar kan ges på båda dessa frågor: orsaken ligger i strukturen hos den yttre. I vår artikel kommer vi att överväga elektroniken av metaller och icke-metaller och ta reda på förhållandet mellan strukturen på den yttre nivån och egenskaperna hos element.
Särskilda egenskaper hos elektroner
När en kemisk reaktion inträffar mellan molekylerna i två eller flera reagenser sker förändringar i strukturen hos atomernas elektronskal, medan deras kärnor förblir oförändrade. Låt oss först bekanta oss med egenskaperna hos elektroner som ligger på de mest avlägsna nivåerna av atomen från kärnan. Negativt laddade partiklar är ordnade i lager på ett visst avstånd från kärnan och från varandra. Utrymmet runt kärnan där det är mest sannolikt att elektroner finns kallas elektronorbitalen. Cirka 90 % av det negativt laddade elektronmolnet kondenseras i det. Elektronen själv i atomen uppvisar egenskapen dualitet, den kan samtidigt uppträda både som en partikel och som en våg.
Regler för att fylla en atoms elektronskal
Antalet energinivåer som partiklarna befinner sig på är lika med antalet av den period där grundämnet befinner sig. Vad indikerar den elektroniska sammansättningen? Det visade sig att på den yttre energinivån för s- och p-element i huvudundergrupperna av små och stora perioder motsvarar gruppens antal. Till exempel har litiumatomer i den första gruppen, som har två lager, en elektron i det yttre skalet. Svavelatomer innehåller sex elektroner på den sista energinivån, eftersom elementet är beläget i huvudundergruppen av den sjätte gruppen, etc. Om vi talar om d-element, så finns följande regel för dem: antalet externa negativa partiklar är 1 (för krom och koppar) eller 2. Detta förklaras av det faktum att när laddningen av atomkärnan ökar fylls först den inre d-subnivån och de externa energinivåerna förblir oförändrade.
Varför förändras egenskaperna hos element i små perioder?
Perioderna 1, 2, 3 och 7 anses vara små. Den jämna förändringen av egenskaperna hos element när kärnladdningarna ökar, med början från aktiva metaller och slutar med inerta gaser, förklaras av en gradvis ökning av antalet elektroner på den yttre nivån. De första grundämnena i sådana perioder är de vars atomer bara har en eller två elektroner som lätt kan bryta sig loss från kärnan. I detta fall bildas en positivt laddad metalljon.
Amfotera element, såsom aluminium eller zink, fyller sina externa energinivåer med en liten mängd elektroner (1 för zink, 3 för aluminium). Beroende på förhållandena för den kemiska reaktionen kan de uppvisa både egenskaper hos metaller och icke-metaller. Icke-metalliska element av små perioder innehåller från 4 till 7 negativa partiklar på de yttre skalen av deras atomer och kompletterar det till en oktett, vilket attraherar elektroner från andra atomer. Till exempel, en icke-metall med det högsta elektronegativitetsindexet - fluor, har 7 elektroner på det sista lagret och tar alltid en elektron inte bara från metaller utan också från aktiva icke-metalliska element: syre, klor, kväve. Små perioder slutar, såväl som stora, med inerta gaser, vars monoatomiska molekyler har fullständigt fullbordat externa energinivåer upp till 8 elektroner.
Funktioner i strukturen av atomer i stora perioder
De jämna raderna med 4, 5 och 6 perioder består av element vars yttre skal bara innehåller en eller två elektroner. Som vi sa tidigare fyller de d- eller f-undernivåerna i det näst sista lagret med elektroner. Vanligtvis är dessa typiska metaller. Deras fysikaliska och kemiska egenskaper förändras mycket långsamt. Udda rader innehåller sådana element, där de externa energinivåerna är fyllda med elektroner enligt följande schema: metaller - amfotert element - icke-metaller - inert gas. Vi har redan observerat dess manifestation i alla små perioder. Till exempel, i en udda serie av 4 perioder, är koppar en metall, zink är en amfoteren, sedan från gallium till brom förbättras icke-metalliska egenskaper. Perioden avslutas med krypton, vars atomer har ett helt färdigt elektronskal.
Hur förklarar man indelningen av element i grupper?
Varje grupp - och det finns åtta av dem i den korta formen av tabellen, är också indelad i undergrupper, kallade huvud- och sekundärgrupper. Denna klassificering återspeglar de olika positionerna för elektroner på den yttre energinivån för atomerna i grundämnen. Det visade sig att elementen i huvudundergrupperna, till exempel litium, natrium, kalium, rubidium och cesium, den sista elektronen ligger på s-subnivån. Element i den 7:e gruppen av huvudundergruppen (halogener) fyller sin p-subnivå med negativa partiklar.
För representanter för sidoundergrupper, såsom krom, kommer fyllningen av d-subnivån med elektroner att vara typisk. Och för de element som ingår i familjen sker ackumuleringen av negativa laddningar på f-subnivån för den näst sista energinivån. Dessutom sammanfaller gruppnumret som regel med antalet elektroner som kan bilda kemiska bindningar.
I vår artikel tog vi reda på vilken struktur de externa energinivåerna hos atomer av kemiska element har och bestämde deras roll i interatomära interaktioner.
