Денес ќе зборуваме за тоа кое е енергетското ниво на атомот, кога човекот ќе се сретне со овој концепт и каде се применува.
Училишна физика
Луѓето се среќаваат за прв пат природните наукиНа училиште. И ако во седмата година на студирање на децата сè уште им е интересно новото знаење во биологијата и хемијата, тогаш во средно училиште почнуваат да се плашат од нив. Кога ќе дојде редот атомска физика, лекциите од оваа дисциплина веќе влеваат само гадење за неразбирливи задачи. Сепак, вреди да се запамети дека сите откритија кои сега се претворија во здодевни училишни предмети, нетривијална историја и цел арсенал на корисни апликации. Откривањето како функционира светот е како да отворите кутија со нешто интересно внатре: секогаш сакате да го пронајдете тајниот оддел и таму да откриете друго богатство. Денес ќе зборуваме за една од основните физика, структурата на материјата.
Неделив, композитен, квантен
Од старогрчкиот јазик зборот „атом“ е преведен како „неделив, најмал“. Оваа идеја е последица на историјата на науката. Некои антички Грци и Индијанци верувале дека сè во светот е составено од ситни честички.
ВО модерна историјабеа спроведени многу порано од физичките истражувања. Научниците од седумнаесеттиот и осумнаесеттиот век првенствено работеле на зголемување воена моќземја, крал или војвода. А за да се создадат експлозиви и барут, требаше да се разбере од што се состојат. Како резултат на тоа, истражувачите откриле дека некои елементи не можат да се одвојат над одредено ниво. Тоа значи дека постојат најмали носители на хемиски својства.
Но, тие не беа во право. Се покажа дека атомот е композитна честичка, а неговата способност да се менува е од квантна природа. За тоа сведочат и транзициите во енергетските нивоа на атомот.
Позитивни и негативни
На крајот на деветнаесеттиот век, научниците дојдоа блиску до проучување на најмалите честички на материјата. На пример, беше јасно: атомот содржи и позитивно и негативно наелектризирани компоненти. Но, тоа беше непознато: локацијата, интеракцијата и односот на тежината на неговите елементи остана мистерија.
Радерфорд спроведе експеримент за расејување на тенки алфа честички.Тој откри дека во центарот на атомите има тешки позитивни елементи, а многу лесни негативни се наоѓаат на рабовите. Тоа значи дека носители на различни полнежи се честички кои не се слични една на друга. Ова го објасни полнењето на атомите: може да им се додаде некој елемент или да се отстрани. Рамнотежата што ја одржуваше неутралноста на целиот систем беше нарушена, а атомот доби полнеж.
Електрони, протони, неутрони
Подоцна се покажа дека светло-негативните честички се електрони, а тешкото позитивно јадро се состои од два вида нуклеони (протони и неутрони). Протоните се разликувале од неутроните само по тоа што првите биле позитивно наелектризирани и тешки, додека вторите имале само маса. Промената на составот и полнењето на јадрото е тешко: бара неверојатна енергија. Но, атомот многу полесно се дели со електрон. Има повеќе електронегативни атоми кои се повеќе подготвени да „одземат“ електрон, а помалку електронегативни атоми кои се со поголема веројатност да се „откажат“ од него. Така се формира полнежот на атомот: ако има вишок електрони, тогаш тој е негативен, а ако има недостаток, тогаш е позитивен.
Долг живот на универзумот
Но, оваа атомска структура ги збуни научниците. Според тогашната преовладувачка мудрост класична физика, електронот, кој постојано се движел околу јадрото, би требало постојано да емитува електромагнетни бранови. Бидејќи овој процес значи губење на енергија, сите негативни честички наскоро би ја изгубиле својата брзина и би паднале на јадрото. Сепак, универзумот постои многу долго време, а светска катастрофа сè уште не се случила. Парадоксот со тоа што материјата е премногу стара почна да се подготвува.
Боровите постулати
Постулатите на Бор беа во можност да го објаснат несовпаѓањето. Тогаш тоа беа само изјави, скокови во непознатото, кои не беа поткрепени со калкулации или теорија. Според постулатите, имало енергетски нивоа на електрони во атомот. Секоја негативно наелектризирана честичка може да биде само на овие нивоа. Преминот помеѓу орбиталите (како што се нарекуваат нивоата) се врши со скок, во кој се ослободува или апсорбира квантум на електромагнетна енергија.
Планковото откритие за квантот подоцна го објасни ова однесување на електроните.
Светлина и атом
Количината на енергија потребна за транзицијата зависи од растојанието помеѓу енергетските нивоа на атомот. Колку се подалеку еден од друг, толку е поголем емитираниот или апсорбираниот квант.
Како што знаете, светлината е квант електромагнетно поле. Така, кога еден електрон во атомот се движи од повисоко на пониско ниво, тој создава светлина. Во исто време, исто така се применува инверзен закон: Кога електромагнетен бран удира во објект, тој ги возбудува неговите електрони и тие се движат кон повисока орбитала.
Покрај тоа, енергетските нивоа на атомот се индивидуални за секој тип хемиски елемент. Моделот на растојанија помеѓу орбиталите се разликува за водород и злато, волфрам и бакар, бром и сулфур. Затоа, анализата на емисионите спектри на кој било објект (вклучувајќи ги и ѕвездите) недвосмислено одредува кои супстанции се присутни во него и во какви количини.
Овој метод се користи неверојатно широко. Спектрална анализа се користи:
- во криминологијата;
- во контролата на квалитетот на храната и водата;
- во производството на стоки;
- во создавањето на нови материјали;
- во подобрување на технологијата;
- во научни експерименти;
- во проучувањето на ѕвездите.
Оваа листа само грубо покажува колку е корисно откривањето на електронските нивоа во атомот. Електронските нивоа се најгрубите, најголемите. Постојат пофини вибрациски и уште пофини нивоа на ротација. Но, тие се релевантни само за сложени соединенија - молекули и цврсти материи.
Мора да се каже дека структурата на јадрото сè уште не е целосно проучена. На пример, нема одговор на прашањето зошто одреден број протони одговара токму на тој број на неутрони. Научниците го сугерираат тоа атомско јадросодржи и некои аналогни на електронски нивоа. Сепак, ова сè уште не е докажано.
Ориз. 7. Приказ на форми и ориентации
с-,стр-,г-, орбитали кои користат гранични површини.
Квантен бројм л повикани магнетни . Ја одредува просторната локација на атомската орбитала и зема цели броеви од - лдо + лпреку нула, односно 2 л+ 1 вредности (Табела 27).
Орбитали од исто подниво ( л= const) имаат иста енергија. Оваа состојба се нарекува дегенерира во енергија. Значи стр- орбитална - три пати, г- пет пати, и ѓ– седумкратно дегенерирано. Гранични површини с-,стр-,г-, орбиталите се прикажани на сл. 7.
с -орбиталисферично симетрично за било кој nи се разликуваат едни од други само по големината на сферата. Нивната максимално симетрична форма се должи на тоа што кога л= 0 и μ л = 0.
Табела 27
Број на орбитали на енергетските поднивоа
|
Орбитален квантен број |
Магнетен квантен број |
Број на орбитали со дадена вредност л |
|
м л | ||
|
–2, –1, 0, +1, +2 | ||
|
–3, –2, –1, 0, +1, +2, +3 |
стр -орбиталипостојат кога n≥ 2 и л= 1, затоа се можни три опции за ориентација во просторот: м л= –1, 0, +1. Сите p-орбитали имаат нодална рамнина што ја дели орбиталата на два региони, така што граничните површини имаат облик на тегови ориентирани во просторот под агол од 90° една во однос на друга. Оските на симетрија за нив се координатните оски, кои се означени стр x , стр y , стр z .
г -орбиталиопределен со квантен број л = 2 (n≥ 3), при што м л= –2, –1, 0, +1, +2, односно се карактеризираат со пет опции за ориентација во просторот. г-означени се орбитали ориентирани со сечила долж координатните оски г z² и г x ²– y² и сечила ориентирани по симетралите на координатните агли - г xy , г yz , г xz .
Седум ѓ -орбитали, соодветните л = 3 (n≥ 4), се прикажани како гранични површини.
Квантни броеви n, лИ мне ја карактеризираат целосно состојбата на електронот во атомот. Експериментално е утврдено дека електронот има уште едно својство - спин. На поедноставен начин, спинот може да се претстави како ротација на електрон околу сопствена оска. Спин квантен број m с има само две значења м с= ±1/2, што претставува две проекции на аголниот моментум на електронот на избраната оска. Електрони со различни м ссе означени со стрелки кои покажуваат нагоре и надолу.
Низа на пополнување на атомските орбитали
Популацијата на атомски орбитали (АО) од електрони се врши според принципот на најмала енергија, принципот на Паулија, правилото на Хунд, а за атоми со повеќе електрони - правилото Клечковски.
Принцип на најмалку енергија бара електрони да ги населат AOs со цел да се зголеми енергијата на електроните во овие орбитали. Ова го одразува општото правило - максималната стабилност на системот одговара на минимумот од неговата енергија.
Принцип Паули (1925) го забранува присуството на електрони со исто множество квантни броеви во атом на повеќеелектрони. Ова значи дека кои било два електрони во атом (или молекула или јон) мора да се разликуваат едни од други по вредноста на најмалку еден квантен број, односно во една орбитала не може да има повеќе од два електрони со различни спинови (спарени електрони). Секое подниво содржи 2 л+ 1 орбитали што не содржат повеќе од 2(2 л+ 1) електрони. Оттука произлегува дека капацитетот с-орбитали - 2, стр-орбитали - 6, г-орбитали – 10 и ѓ-орбитали – 14 електрони. Ако бројот на електрони за даден лзбир од 0 до n– 1, тогаш ја добиваме формулата Бора -Закопа, кој го одредува вкупниот број на електрони на ниво со дадена n:
Оваа формула не ја зема предвид интеракцијата електрон-електрон и престанува да важи кога n ≥ 3.
Орбиталите со исти енергии (дегенерирани) се пополнуваат во согласност со правило Гунда : Електронската конфигурација со максимален спин има најмала енергија. Ова значи дека ако има три електрони во p-орбиталата, тогаш тие се наоѓаат вака: , и вкупниот спин С=3/2, а не вака: , С=1/2.
Владеењето на Клечковски (принцип на најмала енергија). Во атоми на повеќе електрони, како и во атомот на водород, состојбата на електронот се одредува со вредностите на истите четири квантни броеви, но во овој случај електронот не е само во полето на јадрото, туку и во полето. на други електрони. Затоа, енергијата во атомите на повеќе електрони се определува не само од главниот, туку и од орбиталниот квантен број, поточно од нивниот збир: енергијата на атомските орбитали се зголемува како што се зголемува збиротn + л; ако количината е иста, прво се пополнува нивото со помалотоnи големил. Енергијата на атомските орбитали се зголемува според серијата:
|
1с<2с<2стр<3с<3стр<4с≈3г<4стр<5с≈4г<5стр<6с≈4ѓ≈5г<6стр<7с≈5ѓ≈6г<7стр. |
Значи, четири квантни броеви ја опишуваат состојбата на електронот во атомот и ја карактеризираат енергијата на електронот, неговиот спин, обликот на електронскиот облак и неговата ориентација во вселената. Кога атомот преминува од една состојба во друга, се јавува преструктуирање на електронскиот облак, односно се менуваат вредностите на квантните броеви, што е придружено со апсорпција или емисија на енергетски кванти од атомот.
НИВОА НА ЕНЕРГИЈАТА
| Име на параметарот | Значење |
| Тема на статијата: | НИВОА НА ЕНЕРГИЈАТА |
| Рубрика (тематска категорија) | Образование |
АТОМСКА СТРУКТУРА
1. Развој на теоријата за атомска структура. СО
2. Јадрото и електронската обвивка на атомот. СО
3. Структура на јадрото на атомот. СО
4. Нуклиди, изотопи, масен број. СО
5. Нивоа на енергија.
6. Квантно механичко објаснување на структурата.
6.1. Орбитален модел на атомот.
6.2. Правила за пополнување на орбитали.
6.3. Орбитали со s-електрони (атомски s-орбитали).
6.4. Орбитали со p-електрони (атомски p-орбитали).
6.5. Орбитали со d-f електрони
7. Енергетски поднивоа на атом на повеќеелектрони. Квантни броеви.
НИВОА НА ЕНЕРГИЈАТА
Структурата на електронската обвивка на атомот е одредена од различните енергетски резерви на поединечни електрони во атомот. Во согласност со Боровиот модел на атомот, електроните можат да заземаат позиции во атомот што одговараат на прецизно дефинирани (квантизирани) енергетски состојби. Овие состојби се нарекуваат енергетски нивоа.
Бројот на електрони кои можат да бидат во посебно енергетско ниво се определува со формулата 2n 2, каде што n е бројот на нивото, кој е означен со арапски бројки 1 - 7. Максималното полнење на првите четири енергетски нивоа е c . според формулата 2n 2 е: за првото ниво – 2 електрони, за второто – 8, за третото – 18 и за четвртото ниво – 32 електрони. Максималното полнење на повисоките енергетски нивоа со електрони во атомите на познатите елементи не е постигнато.
Ориз. 1 го прикажува пополнувањето на енергетските нивоа на првите дваесет елементи со електрони (од водород H до калциум Ca, црни кругови). Со пополнување на енергетските нивоа по наведениот редослед, ги добиваме наједноставните модели на атоми на елементите, притоа набљудувајќи го редоследот на полнење (од долу кон горе и од лево кон десно на сликата) додека последниот електрон не покаже на симболот на соодветен елемент.На трето енергетско ниво М(максималниот капацитет е 18 e -) за елементите Na – Ar има само 8 електрони, тогаш почнува да се гради четвртото енергетско ниво Н– на него се појавуваат два електрони за елементите K и Ca. Следните 10 електрони повторно го заземаат нивото М(елементи Sc – Zn (не е прикажано), а потоа нивото N продолжува да се пополнува со уште шест електрони (елементи Ca-Kr, бели кругови).
| Ориз. 1 | Ориз. 2 |
Ако атомот е во основна состојба, тогаш неговите електрони зафаќаат нивоа со минимална енергија, т.е. секој следен електрон ја зазема енергетски најповолната позиција, како на сл. 1. Под надворешно влијание на атомот поврзан со пренос на енергија во него, на пример со загревање, електроните се пренесуваат на повисоки енергетски нивоа (сл. 2). Оваа состојба на атомот обично се нарекува возбудена. Просторот ослободен на пониско енергетско ниво се пополнува (како поволна позиција) со електрон од повисоко енергетско ниво. За време на транзицијата, електронот се откажува од мала количина на енергија, што одговара на енергетската разлика помеѓу нивоата. Како резултат на електронските транзиции, се појавува карактеристично зрачење. Од спектралните линии на апсорбираната (емитирана) светлина може да се направи квантитативен заклучок за енергетските нивоа на атомот.
Во согласност со Боровиот квантен модел на атомот, електрон со одредена енергетска состојба се движи во кружна орбита во атомот. Електроните со иста количина на енергија се наоѓаат на еднакво растојание од јадрото; секое енергетско ниво има свој сет на електрони, кои Бор ги нарекол електронски слој. Меѓутоа, според Бор, електроните од еден слој се движат по сферична површина, електроните од следниот слој се движат по друга сферична површина. сите сфери се впишани една во друга со центар што одговара на атомското јадро.
ЕНЕРГЕТСКИ НИВОА - концепт и видови. Класификација и карактеристики на категоријата „ЕНЕРГЕТСКИ НИВОА“ 2017, 2018 година.
Malyugina 14. Надворешни и внатрешни нивоа на енергија. Комплетност на нивото на енергија.
Дозволете ни накратко да се потсетиме на она што веќе го знаеме за структурата на електронската обвивка на атомите:
ü број на енергетски нивоа на атомот = број на периодот во кој се наоѓа елементот;
ü максималниот капацитет на секое ниво на енергија се пресметува со помош на формулата 2n2
ü надворешната енергетска обвивка не може да содржи повеќе од 2 електрони за елементи од првиот период и повеќе од 8 електрони за елементи од други периоди
Да се вратиме уште еднаш на анализата на шемата за пополнување на енергетските нивоа во елементи на мали периоди:
Табела 1. Нивоа на енергија за полнење
за елементи на мали периоди
Број на период | Број на нивоа на енергија = број на период | Симбол на елементот, неговиот сериски број | Вкупно електрони | Распределба на електроните по енергетски нивоа | Број на група |
|
|
H +1 )1 | +1 N, 1e- | |||||
|
Нд + 2 ) 2 | +2 Не, 2e- | |||||
|
Ли + 3 ) 2 ) 1 | + 3 Ли, 2e-, 1e- | |||||
|
Ве +4 ) 2 )2 | + 4 Биди, 2e-,2 е- | |||||
|
V +5 ) 2 )3 | +5 Б, 2е-, 3е- | |||||
|
C +6 ) 2 )4 | +6 C, 2e-, 4e- | |||||
|
Н + 7 ) 2 ) 5 | + 7 Н, 2e-,5 е- | |||||
|
О + 8 ) 2 ) 6 | + 8 О, 2e-,6 е- | |||||
|
Ф + 9 ) 2 ) 7 | + 9 Ф, 2e-,7 е- | |||||
|
Не + 10 ) 2 ) 8 | + 10 Не, 2e-,8 д- | |||||
|
Na + 11 ) 2 ) 8 )1 | +1 1 Na, 2e-, 8e-, 1e- | |||||
|
Мг + 12 ) 2 ) 8 )2 | +1 2 Мг, 2e-, 8e-, 2 е- | |||||
|
Ал + 13 ) 2 ) 8 )3 | +1 3 Ал, 2e-, 8e-, 3 е- | |||||
|
Си + 14 ) 2 ) 8 )4 | +1 4 Си, 2e-, 8e-, 4 е- | |||||
|
П + 15 ) 2 ) 8 )5 | +1 5 П, 2e-, 8e-, 5 е- | |||||
|
С + 16 ) 2 ) 8 )6 | +1 5 П, 2e-, 8e-, 6 е- | |||||
|
Cl + 17 ) 2 ) 8 )7 | +1 7 Cl, 2e-, 8e-, 7 е- | |||||
18 Ар |
Ар+ 18 ) 2 ) 8 )8 | +1 8 Ар, 2e-, 8e-, 8 е- |
Анализирајте ја табелата 1. Споредете го бројот на електрони во последното енергетско ниво и бројот на групата во која се наоѓа хемискиот елемент.
Дали сте го забележале тоа бројот на електрони во надворешното енергетско ниво на атомите се совпаѓа со бројот на групата, во кој се наоѓа елементот (со исклучок на хелиумот)?
!!! Ова правило е точно самоза елементи главенподгрупи
Секој период од системот завршува со инертен елемент(хелиум Хе, неон Не, аргон Ар). Надворешното енергетско ниво на овие елементи содржи максимален можен број на електрони: хелиум -2, останатите елементи - 8. Тоа се елементи од групата VIII од главната подгрупа. Енергетско ниво слично на структурата на енергетското ниво на инертен гас се нарекува завршено. Ова е еден вид ограничување на силата на нивото на енергија за секој елемент од Периодниот систем. Молекулите на едноставни супстанции - инертни гасови - се состојат од еден атом и се карактеризираат со хемиска инертност, односно практично не влегуваат во хемиски реакции.
За останатите PSHE елементи, нивото на енергија се разликува од нивото на енергија на инертниот елемент; таквите нивоа се нарекуваат недовршена. Атомите на овие елементи се стремат да го завршат надворешното енергетско ниво со давање или примање електрони.
Прашања за самоконтрола
1. Кое енергетско ниво се нарекува надворешно?
2. Кое енергетско ниво се нарекува внатрешно?
3. Кое енергетско ниво се нарекува целосно?
4. Елементи од која група и подгрупа имаат завршено енергетско ниво?
5. Колкав е бројот на електрони во надворешното енергетско ниво на елементите од главните подгрупи?
6. Како елементите на една главна подгрупа се слични во структурата на електронското ниво?
7. Колку електрони во надворешното ниво содржат елементите од а) групата IIA;
б) IVA група; в) VII А група
Погледнете го одговорот
1. Последно
2. Било кој освен последниот
3. Оној што содржи максимален број електрони. И, исто така, надворешното ниво, ако содржи 8 електрони за првиот период - 2 електрони.
4. Група VIIIA елементи (инертни елементи)
5. Број на групата во која се наоѓа елементот
6. Сите елементи на главните подгрупи на надворешното енергетско ниво содржат електрони колку и бројот на групата
7. а) елементите од групата IIA имаат 2 електрони во надворешното ниво; б) елементите на групата IVA имаат 4 електрони; в) Елементите од групата VII А имаат 7 електрони.
Задачи за самостојно решение
1. Идентификувајте го елементот врз основа на следните карактеристики: а) има 2 електронски нивоа, на надворешното - 3 електрони; б) има 3 електронски нивоа, на надворешното - 5 електрони. Запишете ја распределбата на електроните низ енергетските нивоа на овие атоми.
2. Кои два атома имаат ист број на пополнети енергетски нивоа?
Погледнете го одговорот:
1. а) Да ги утврдиме „координатите“ на хемискиот елемент: 2 електронски нивоа – II период; 3 електрони во надворешното ниво – група III А. Ова е бор 5B. Дијаграм на дистрибуција на електрони по нивоа на енергија: 2e-, 3e-
б) III период, VA група, елемент фосфор 15P. Дијаграм на дистрибуција на електрони по нивоа на енергија: 2e-, 8e-, 5e-
2. г) натриум и хлор.
Објаснување: а) натриум: +11 )2)8 )1 (наполнето 2) ←→ водород: +1)1
б) хелиум: +2 )2 (наполнето 1) ←→ водород: водород: +1)1
в) хелиум: +2 )2 (пополнет 1) ←→ неонски: +10 )2)8 (пополнети 2)
*Г)натриум: +11 )2)8 )1 (наполнето 2) ←→ хлор: +17 )2)8 )7 (пополнети 2)
4. Десет. Број на електрони = атомски број
5 в) арсен и фосфор. Атомите сместени во иста подгрупа имаат ист број на електрони.
Објаснувања:
а) натриум и магнезиум (во различни групи); б) калциум и цинк (во иста група, но различни подгрупи); * в) арсен и фосфор (во една, главна, подгрупа) г) кислород и флуор (во различни групи).
7. г) број на електрони во надворешното ниво
8. б) број на енергетски нивоа
9. а) литиум (се наоѓа во групата IA од периодот II)
10. в) силициум (IVA група, III период)
11. б) бор (2 нивоа - IIпериод, 3 електрони во надворешното ниво - IIIAгрупа)
Е.Н.Френкел
Упатство за хемија
Прирачник за оние кои не знаат, но сакаат да научат и да разберат хемија
Дел I. Елементи од општа хемија
(прво ниво на тежина)
Продолжување. Види го почетокот во бр. 13, 18, 23/2007
Поглавје 3. Основни информации за структурата на атомот.
Периодичен закон на Д.И.Менделеев
Запомнете што е атом, од што е направен атом, дали атомот се менува во хемиските реакции.
Атомот е електрично неутрална честичка која се состои од позитивно наелектризирано јадро и негативно наелектризирани електрони.
Бројот на електрони може да се промени во текот на хемиските процеси, но нуклеарниот полнеж секогаш останува ист. Знаејќи ја дистрибуцијата на електроните во атомот (атомска структура), може да се предвидат многу својства на даден атом, како и својства на едноставни и сложени супстанции од кои тој е дел.
Структурата на атомот, т.е. Составот на јадрото и распределбата на електроните околу јадрото може лесно да се одредат со положбата на елементот во периодниот систем.
Во периодичниот систем на Д.И. Менделеев, хемиските елементи се наредени во одредена низа. Оваа низа е тесно поврзана со атомската структура на овие елементи. Секој хемиски елемент во системот е доделен сериски број, дополнително, можете да го наведете бројот на периодот, бројот на групата и типот на подгрупата за него.
Покровител на објавувањето на статијата е онлајн продавницата „Мегамех“. Во продавницата ќе најдете производи од крзно за секој вкус - јакни, елеци и бунди направени од лисица, нутриа, зајак, визон, сребрена лисица, арктичка лисица. Компанијата исто така ви нуди да купите луксузни крзнени производи и да користите услуги за прилагодено кроење. Производи од крзно на големо и мало - од буџетска категорија до луксузна класа, попусти до 50%, 1 година гаранција, испорака низ Украина, Русија, ЗНД и земјите на ЕУ, пикап од изложбениот салон во Кривој Рог, стоки од водечки украински производители, Русија, Турција и Кина. Каталогот на производи, цените, контактите и да добиете совет можете да го погледнете на веб-локацијата која се наоѓа на: „megameh.com“.
Знаејќи ја точната „адреса“ на хемиски елемент - група, подгрупа и број на период, можете недвосмислено да ја одредите структурата на неговиот атом.
Периоде хоризонтален ред на хемиски елементи. Современиот периодичен систем има седум периоди. Првите три периоди се мали, бидејќи тие содржат 2 или 8 елементи:
1-ви период – H, Тој – 2 елементи;
2. период – Ли... Не – 8 елементи;
3-ти период – Na...Ar – 8 елементи.
Други периоди - големо. Секој од нив содржи 2-3 реда елементи:
4-ти период (2 реда) – К...Кр – 18 елементи;
6-ти период (3 реда) – Cs ... Rn – 32 елементи. Овој период вклучува голем број на лантаниди.
Група– вертикален ред хемиски елементи. Има вкупно осум групи. Секоја група се состои од две подгрупи: главна подгрупаИ странична подгрупа. На пример:
Главната подгрупа е формирана од хемиски елементи со кратки периоди (на пример, N, P) и големи периоди (на пример, As, Sb, Bi).
Страничната подгрупа е формирана од хемиски елементи само со долги периоди (на пример, V, Nb,
Та).
Визуелно, овие подгрупи лесно се разликуваат. Главната подгрупа е „висока“, таа започнува од 1-ви или 2-ри периоди. Секундарната подгрупа е „ниска“, почнува од четвртиот период.
Значи, секој хемиски елемент на периодичниот систем има своја адреса: период, група, подгрупа, сериски број.
На пример, ванадиум V е хемиски елемент од четвртиот период, група V, секундарна подгрупа, сериски број 23.
Задача 3.1.Наведете го периодот, групата и подгрупата за хемиски елементи со сериски броеви 8, 26, 31, 35, 54.
Задача 3.2.Наведете го серискиот број и името на хемискиот елемент, ако се знае дека се наоѓа:
а) во 4-ти период, VI група, секундарна подгрупа;
б) во 5. период, IV група, главна подгрупа.
Како може информацијата за положбата на елементот во периодниот систем да се поврзе со структурата на неговиот атом?
Атомот се состои од јадро (имаат позитивно полнење) и електрони (имаат негативен полнеж). Во принцип, атомот е електрично неутрален.
Позитивни атомски нуклеарен полнежеднаков на серискиот број на хемискиот елемент.
Јадрото на атомот е сложена честичка. Речиси целата маса на атомот е концентрирана во јадрото. Бидејќи хемискиот елемент е збир на атоми со ист нуклеарен полнеж, следните координати се означени во близина на симболот на елементот:
Од овие податоци може да се одреди составот на јадрото. Јадрото се состои од протони и неутрони.
Протон стрима маса од 1 (1,0073 аму) и полнеж +1. Неутрон nнема полнеж (неутрален), а неговата маса е приближно еднаква на масата на протонот (1,0087 a.u.m.).
Полнењето на јадрото се одредува со протони. Згора на тоа бројот на протони е еднаков(по големина) полнење на атомското јадро, т.е. сериски број.
Број на неутрони Нопределено со разликата помеѓу количините: „јадрена маса“ Аи „сериски број“ З. Значи, за атом на алуминиум:
Н = А – З = 27 –13 = 14n,
Задача 3.3.Одреди го составот на атомските јадра ако хемискиот елемент е во:
а) 3-ти период, VII група, главна подгрупа;
б) 4-ти период, IV група, секундарна подгрупа;
в) 5-ти период, група I, главна подгрупа.
Внимание! При одредување на масениот број на јадрото на атомот, потребно е да се заокружи атомската маса наведена во периодниот систем. Ова е направено затоа што масите на протонот и неутронот се практично цел број, а масата на електроните може да се занемари.
Ајде да одредиме кое од јадрата подолу припаѓа на истиот хемиски елемент:
А (20 Р + 20n),
Б (19 Р + 20n),
ВО 20 Р + 19n).
Јадрата А и Б припаѓаат на атоми на ист хемиски елемент, бидејќи содржат ист број на протони, т.е. полнежите на овие јадра се исти. Истражувањата покажуваат дека масата на атомот нема значително влијание врз неговите хемиски својства.
Изотопи се атоми на ист хемиски елемент (ист број на протони) кои се разликуваат по маса (различен број на неутрони).
Изотопите и нивните хемиски соединенија се разликуваат едни од други по физички својства, но хемиските својства на изотопите од истиот хемиски елемент се исти. Така, изотопите на јаглерод-14 (14 C) ги имаат истите хемиски својства како јаглерод-12 (12 C), кои се вклучени во ткивата на секој жив организам. Разликата се манифестира само во радиоактивност (изотоп 14 C). Затоа, изотопите се користат за дијагностицирање и лекување на разни болести и за научни истражувања.
Да се вратиме на описот на структурата на атомот. Како што е познато, јадрото на атомот не се менува во хемиските процеси. Што се менува? Вкупниот број на електрони во атомот и распределбата на електроните се променливи. Општо број на електрони во неутрален атомНе е тешко да се одреди - тој е еднаков на серискиот број, т.е. полнење на атомското јадро:
Електроните имаат негативен полнеж од –1, а нивната маса е занемарлива: 1/1840 од масата на протонот.
Негативно наелектризираните електрони се одбиваат едни со други и се на различни растојанија од јадрото. При што електроните кои имаат приближно еднаква количина на енергија се наоѓаат на приближно еднакво растојание од јадрото и формираат енергетско ниво.
Бројот на нивоа на енергија во атомот е еднаков на бројот на периодот во кој се наоѓа хемискиот елемент. Нивоата на енергија се конвенционално означени на следниов начин (на пример, за Al):
Задача 3.4.Определете го бројот на нивоа на енергија во атомите на кислород, магнезиум, калциум и олово.
Секое енергетско ниво може да содржи ограничен број електрони:
Првиот нема повеќе од два електрони;
Вториот нема повеќе од осум електрони;
Третиот нема повеќе од осумнаесет електрони.
Овие бројки покажуваат дека, на пример, второто енергетско ниво може да има 2, 5 или 7 електрони, но не може да има 9 или 12 електрони.
Важно е да се знае дека без оглед на бројот на нивото на енергија вклучен надворешно ниво(последниот) не може да има повеќе од осум електрони. Надворешното ниво на енергија од осум електрони е најстабилно и се нарекува целосно. Ваквите нивоа на енергија се наоѓаат во најнеактивни елементи - благородни гасови.
Како да се одреди бројот на електрони во надворешното ниво на преостанатите атоми? Постои едноставно правило за ова: број на надворешни електрониеднакво на:
За елементите на главните подгрупи - бројот на групата;
За елементите на страничните подгрупи не може да биде повеќе од два.
На пример (сл. 5):
Задача 3.5.Наведете го бројот на надворешни електрони за хемиски елементи со атомски броеви 15, 25, 30, 53.
Задача 3.6.Најдете хемиски елементи во периодниот систем чии атоми имаат завршено надворешно ниво.
Многу е важно правилно да се одреди бројот на надворешните електрони, бидејќи со нив се поврзани најважните својства на атомот. Така, во хемиските реакции, атомите се стремат да стекнат стабилно, целосно надворешно ниво (8 д). Затоа, атомите кои имаат малку електрони на нивното надворешно ниво претпочитаат да ги дадат.
Се нарекуваат хемиски елементи чии атоми се способни само да донираат електрони метали. Очигледно, треба да има малку електрони на надворешното ниво на металниот атом: 1, 2, 3.
Ако има многу електрони во надворешното енергетско ниво на атомот, тогаш таквите атоми имаат тенденција да прифаќаат електрони додека не се заврши надворешното енергетско ниво, т.е. до осум електрони. Таквите елементи се нарекуваат неметали.
Прашање. Дали хемиските елементи на секундарните подгрупи се метали или неметали? Зошто?
Одговор: Металите и неметалите од главните подгрупи во периодниот систем се одделени со линија која може да се повлече од бор до астатин. Над оваа линија (и на линијата) се неметали, подолу - метали. Сите елементи на страничните подгрупи се појавуваат под оваа линија.
Задача 3.7.Определи дали се метали или неметали: фосфор, ванадиум, кобалт, селен, бизмут. Користете ја позицијата на елементот во периодниот систем на хемиски елементи и бројот на електрони во надворешната обвивка.
За да ја составите дистрибуцијата на електроните на преостанатите нивоа и поднивоа, треба да го користите следниов алгоритам.
1. Определи го вкупниот број на електрони во атомот (по атомски број).
2. Определете го бројот на нивоа на енергија (по број на период).
3. Определи го бројот на надворешни електрони (по тип на подгрупа и број на група).
4. Наведете го бројот на електрони на сите нивоа освен на претпоследното.
На пример, според ставовите 1-4 за атомот на манган се одредува:
Вкупно 25 д; дистрибуирани (2 + 8 + 2) = 12 д; Тоа значи дека на третото ниво има: 25 – 12 = 13 д.
Добивме дистрибуција на електрони во атомот на манган:
Задача 3.8.Разработете го алгоритмот со изготвување дијаграми на структурата на атомите за елементите бр. 16, 26, 33, 37. Наведете дали се метали или неметали. Објаснете го вашиот одговор.
При составувањето на горенаведените дијаграми за структурата на атомот, не зедовме предвид дека електроните во атомот заземаат не само нивоа, туку и одредени поднивоасекое ниво. Видовите поднивоа се означени со латински букви: с, стр, г.
Бројот на можни поднивоа е еднаков на бројот на нивоата.Првото ниво се состои од едно
с-подниво. Второто ниво се состои од две поднивоа - сИ Р. Третото ниво - од три поднивоа - с, стрИ г.
Секое подниво може да содржи строго ограничен број електрони:
на поднивото s – не повеќе од 2e;
на p-поднивото - не повеќе од 6e;
на поднивото d – не повеќе од 10e.
Поднивоата од истото ниво се пополнуваат по строго дефиниран редослед: сстрг.
Така, Р-поднивото не може да почне да се пополнува ако не е пополнето с-подниво на дадено енергетско ниво итн. Врз основа на ова правило, не е тешко да се создаде електронска конфигурација на атомот на манган:
Општо земено електронска конфигурација на атомотманганот е напишан на следниов начин:
25 Mn 1 с 2 2с 2 2стр 6 3с 2 3стр 6 3г 5 4с 2 .
Задача 3.9. Направете електронски конфигурации на атомите за хемиски елементи бр. 16, 26, 33, 37.
Зошто е неопходно да се создадат електронски конфигурации на атомите? Со цел да се утврдат својствата на овие хемиски елементи. Треба да се запомни само дека валентни електрони.
Валентните електрони се во надворешното енергетско ниво и се нецелосни
г-подниво на преднадворешното ниво.
Ајде да го одредиме бројот на валентни електрони за манган:
или скратено: Mn... 3 г 5 4с 2 .
Што може да се определи со формулата за електронска конфигурација на атомот?
1. Кој елемент е ова - метал или неметал?
Манганот е метал бидејќи надворешното (четврто) ниво содржи два електрони.
2. Кој процес е карактеристичен за металот?
Атомите на манган секогаш се откажуваат само од електроните во реакциите.
3. Од кои електрони и колку ќе се откаже атомот на манган?
Во реакциите, атомот на манган дава два надворешни електрони (тие се најдалеку од јадрото и најслабо се привлекуваат од него), како и пет надворешни електрони г-електрони. Вкупниот број на валентни електрони е седум (2 + 5). Во овој случај, осум електрони ќе останат на третото ниво на атомот, т.е. се формира завршено надворешно ниво.
Сите овие аргументи и заклучоци може да се рефлектираат со помош на дијаграм (сл. 6):
Добиените конвенционални полнежи на атомот се нарекуваат оксидациски состојби.
Со оглед на структурата на атомот, на сличен начин може да се покаже дека типичните оксидациони состојби за кислородот се –2, а за водородот +1.
Прашање. Со кој хемиски елемент може манганот да формира соединенија, земајќи ги предвид неговите оксидациски состојби добиени погоре?
ОДГОВОР: Само со кислород, бидејќи неговиот атом има оксидациона состојба со спротивен полнеж. Формули на соодветните манган оксиди (овде оксидационите состојби одговараат на валентностите на овие хемиски елементи):
Структурата на атомот на манган сугерира дека манганот не може да има повисок степен на оксидација, бидејќи во овој случај би било неопходно да се допре до стабилното, сега завршено, преднадворешно ниво. Затоа, оксидационата состојба +7 е највисока, а соодветниот Mn 2 O 7 оксид е највисокиот манган оксид.
За да ги консолидирате сите овие концепти, разгледајте ја структурата на атомот на телуриум и некои од неговите својства:
Како неметал, атом Те може да прифати 2 електрони пред да го заврши надворешното ниво и да се откаже од „дополнителните“ 6 електрони:
Задача 3.10.Нацртај ги електронските конфигурации на атомите Na, Rb, Cl, I, Si, Sn. Определете ги својствата на овие хемиски елементи, формулите на нивните наједноставни соединенија (со кислород и водород).
Практични заклучоци
1. Во хемиските реакции учествуваат само валентни електрони, кои можат да бидат само во последните две нивоа.
2. Атомите на металот можат да донираат само валентни електрони (сите или неколку), прифаќајќи позитивни состојби на оксидација.
3. Атомите на неметали можат да прифатат електрони (до осум исчезнати), притоа стекнувајќи негативни оксидациски состојби и да се откажат од валентни електрони (сите или неколку), додека тие добиваат позитивни оксидациски состојби.
Сега да ги споредиме својствата на хемиските елементи на една подгрупа, на пример натриум и рубидиум:
На...3 с 1 и Rb...5 с 1 .
Што е заедничко за атомските структури на овие елементи? На надворешното ниво на секој атом, еден електрон е активни метали. Метална активносте поврзана со способноста да се откаже од електроните: колку полесно атомот се откажува од електроните, толку поизразени се неговите метални својства.
Што ги задржува електроните во атомот? Нивната привлечност до срж. Колку електроните се поблиску до јадрото, толку посилно ги привлекува јадрото на атомот, толку е потешко да се „откинат“.
Врз основа на ова, ќе одговориме на прашањето: кој елемент - Na или Rb - полесно се откажува од надворешниот електрон? Кој елемент е поактивен метал? Очигледно, рубидиум, бидејќи неговите валентни електрони се подалеку од јадрото (и помалку цврсто се држат за јадрото).
Заклучок. Во главните подгрупи, од горе до долу, металните својства се зголемуваат, бидејќи Радиусот на атомот се зголемува, а валентните електрони се помалку привлечени кон јадрото.
Да ги споредиме својствата на хемиските елементи од групата VIIa: Cl...3 с 2 3стр 5 и јас...5 с 2 5стр 5 .
Двата хемиски елементи се неметали, бидејќи Недостасува еден електрон за да се заврши надворешното ниво. Овие атоми активно ќе го привлечат електронот што недостасува. Покрај тоа, колку посилно неметалниот атом го привлекува електронот што недостасува, толку поизразени се неговите неметални својства (способноста да прифаќа електрони).
Што предизвикува привлекување на електрон? Поради позитивниот полнеж на атомското јадро. Покрај тоа, колку електронот е поблиску до јадрото, толку е посилно нивното меѓусебно привлекување, толку е поактивен неметалот.
Прашање. Кој елемент има поизразени неметални својства: хлорот или јод?
ОДГОВОР: Очигледно, со хлор, бидејќи неговите валентни електрони се наоѓаат поблиску до јадрото.
Заклучок. Активноста на неметалите во подгрупите се намалува од врвот до дното, бидејќи Радиусот на атомот се зголемува и на јадрото му станува се потешко да ги привлече електроните што недостасуваат.
Да ги споредиме својствата на силициумот и калајот: Si...3 с 2 3стр 2 и Sn...5 с 2 5стр 2 .
Надворешното ниво на двата атома има четири електрони. Сепак, овие елементи во периодниот систем се наоѓаат на спротивните страни на линијата што ги поврзува борот и астатинот. Затоа, силиконот, чиј симбол се наоѓа над линијата B–At, има поизразени неметални својства. Напротив, калајот, чиј симбол е под линијата B–At, покажува посилни метални својства. Ова се објаснува со фактот дека во атом на калај четири валентни електрони се отстранети од јадрото. Затоа, додавањето на четирите електрони што недостасуваат е тешко. Во исто време, ослободувањето на електрони од петтото енергетско ниво се случува прилично лесно. За силикон, двата процеса се можни, при што доминира првиот (прифаќање на електрони).
Заклучоци за поглавје 3.Колку помалку надворешни електрони има во атомот и колку тие се подалеку од јадрото, толку се посилни металните својства.
Колку повеќе надворешни електрони има во атомот и колку се поблиску до јадрото, толку повеќе неметални својства се појавуваат.
Врз основа на заклучоците формулирани во ова поглавје, може да се состави „карактеристика“ за секој хемиски елемент од периодниот систем.
Опис на имотот Алгоритам
хемиски елемент по својата положба
во периодниот систем
1. Нацртај дијаграм на структурата на атомот, т.е. определи го составот на јадрото и дистрибуцијата на електроните низ енергетските нивоа и поднивоа:
Одреди го вкупниот број на протони, електрони и неутрони во атомот (по атомски број и релативна атомска маса);
Определи го бројот на нивоа на енергија (по број на период);
Одреди го бројот на надворешни електрони (по тип на подгрупа и број на група);
Наведете го бројот на електрони во сите енергетски нивоа освен претпоследното;
2. Определи го бројот на валентни електрони.
3. Определи кои својства - метални или неметални - се поизразени кај даден хемиски елемент.
4. Определи го бројот на дадени (примени) електрони.
5. Определете ја највисоката и најниската состојба на оксидација на хемискиот елемент.
6. Направете хемиски формули за наједноставните соединенија со кислород и водород за овие состојби на оксидација.
7. Определи ја природата на оксидот и создаде равенка за неговата реакција со вода.
8. За супстанциите наведени во став 6, креирајте равенки на карактеристични реакции (види Поглавје 2).
Задача 3.11.Користејќи ја горната шема, креирајте описи на атомите на сулфур, селен, калциум и стронциум и својствата на овие хемиски елементи. Какви општи својства покажуваат нивните оксиди и хидроксиди?
Ако сте ги завршиле вежбите 3.10 и 3.11, тогаш лесно е да се забележи дека не само атомите на елементите од истата подгрупа, туку и нивните соединенија имаат заеднички својства и сличен состав.
Периодичен закон на Д.И. Менделеев:својствата на хемиските елементи, како и својствата на едноставните и сложените супстанции формирани од нив, периодично зависат од полнењето на јадрата на нивните атоми.
Физичко значење на периодичниот закон: својствата на хемиските елементи периодично се повторуваат бидејќи периодично се повторуваат конфигурациите на валентни електрони (распределбата на електроните на надворешното и претпоследното ниво).
Така, хемиските елементи од истата подгрупа имаат иста дистрибуција на валентни електрони и, според тоа, слични својства.
На пример, групата пет хемиски елементи има пет валентни електрони. Во исто време, во хемиски атоми елементи на главните подгрупи– сите валентни електрони се во надворешното ниво: ... ns 2 н.п. 3 каде n– број на период.
Кај атомите елементи на страничните подгрупиИма само 1 или 2 електрони во надворешното ниво, останатите се внатре г-подниво на преднадворешно ниво: ... ( n – 1)г 3 ns 2 каде n– број на период.
Задача 3.12.Составете кратки електронски формули за атомите на хемиските елементи бр. 35 и 42, а потоа составете ја распределбата на електроните во овие атоми според алгоритмот. Погрижете се вашето предвидување да се оствари.
Вежби за поглавје 3
1. Формулирајте дефиниции за поимите „период“, „група“, „подгрупа“. Што имаат заедничко хемиските елементи што го сочинуваат: а) период? б) група; в) подгрупа?
2. Што се изотопи? Кои својства - физички или хемиски - ги имаат изотопите исти својства? Зошто?
3. Формулирајте го периодичниот закон на Д.И. Менделеев. Објасни го неговото физичко значење и илустрирај го со примери.
4. Кои се металните својства на хемиските елементи? Како се менуваат во група и во одреден период? Зошто?
5. Кои се неметалните својства на хемиските елементи? Како се менуваат во група и во одреден период? Зошто?
6. Напишете кратки електронски формули за хемиските елементи бр. 43, 51, 38. Потврдете ги вашите претпоставки опишувајќи ја структурата на атомите на овие елементи користејќи го горенаведениот алгоритам. Наведете ги својствата на овие елементи.
7. Според кратки електронски формули
а) ...4 с 2 4p 1 ;
б) ...4 г 1 5с 2 ;
во 3 г 5 4s 1
определи ја положбата на соодветните хемиски елементи во периодниот систем на Д.И.Менделев. Наведете ги овие хемиски елементи. Потврдете ги вашите претпоставки со опишување на структурата на атомите на овие хемиски елементи според алгоритмот. Наведете ги својствата на овие хемиски елементи.
Продолжува
