CO TO SĄ PODPOZIOMY ENERGII I JAK SĄ ONE REPREZENTOWANE? - NAUKA - 2025

W podwarstwy energii w atomie są sposobem, w którym elektrony są zorganizowane w powłok elektronowych, ich rozmieszczenie w cząsteczki lub atomu. Te podpoziomy energii nazywane są orbitalami.

Organizacja elektronów na podpoziomach umożliwia chemiczne kombinacje różnych atomów, a także określa ich położenie w układzie okresowym pierwiastków.

Elektrony są ułożone w powłokach elektronowych atomu w określony sposób przez kombinację stanów kwantowych. W momencie zajęcia jednego z tych stanów przez elektron, pozostałe elektrony muszą być w innym stanie.

Wprowadzenie

Każdy pierwiastek chemiczny w układzie okresowym składa się z atomów, które z kolei składają się z neutronów, protonów i elektronów. Elektrony to ujemnie naładowane cząstki, które znajdują się wokół jądra dowolnego atomu, rozmieszczone na orbitali elektronów.

Orbitale elektronów to objętość przestrzeni, w której elektron ma 95% szans na spotkanie. Istnieją różne rodzaje orbitali o różnych kształtach. Na każdym orbicie mogą znajdować się maksymalnie dwa elektrony. Na pierwszym orbicie atomu występuje największe prawdopodobieństwo znalezienia elektronów.

Orbitale są oznaczone literami s, p, d i f, to znaczy ostro, zasada, rozproszenie i fundamentalne, i łączą się, gdy atomy łączą się, tworząc większą cząsteczkę. W każdej powłoce atomu znajdują się te kombinacje orbitali.

Na przykład w warstwie 1 atomu znajdują się orbitale S, w warstwie 2 orbitale S i P, w warstwie 3 atomu orbitale S, P i D, a na końcu w warstwie 4 atomu są wszystkie Orbitale S, P, D i F.

Również w orbitalach znajdujemy różne podpoziomy, które z kolei mogą przechowywać więcej elektronów. Orbitale na różnych poziomach energii są do siebie podobne, ale zajmują różne obszary w przestrzeni.

Pierwszy orbital i drugi orbital mają takie same cechy jak orbital S, mają radialne węzły, mają większe prawdopodobieństwo objętości kulistej i mogą pomieścić tylko dwa elektrony. Jednak znajdują się one na różnych poziomach energetycznych, a zatem zajmują różne przestrzenie wokół jądra.

Lokalizacja w układzie okresowym pierwiastków

Każda z konfiguracji elektronicznych elementów jest unikalna, dlatego wyznaczają one ich położenie w układzie okresowym pierwiastków. Ta pozycja jest określona przez okres każdego pierwiastka, a jego liczbę atomową przez liczbę elektronów, które posiada atom pierwiastka.

Dlatego kluczowe znaczenie ma wykorzystanie układu okresowego do określenia konfiguracji elektronów w atomach. Elementy są podzielone na grupy zgodnie z ich konfiguracjami elektronicznymi w następujący sposób:

Każdy orbital jest reprezentowany w określonych blokach w układzie okresowym pierwiastków. Na przykład blok orbitali S to obszar metali alkalicznych, pierwsza grupa w tabeli, w której znajduje się sześć pierwiastków: lit (Li), rubid (Rb), potas (K), sód (Na), frans ( Fr) i cez (Cs), a także wodór (H), który nie jest metalem, ale gazem.

Ta grupa pierwiastków ma elektron, który często jest łatwo tracony, tworząc dodatnio naładowany jon. Są to metale najbardziej aktywne i najbardziej reaktywne.

Wodór w tym przypadku jest gazem, ale znajduje się w grupie 1 układu okresowego pierwiastków, ponieważ ma również tylko jeden elektron. Wodór może tworzyć jony z pojedynczym ładunkiem dodatnim, ale wyciągnięcie jego pojedynczego elektronu wymaga znacznie więcej energii niż usunięcie elektronów z innych metali alkalicznych. Podczas tworzenia związków wodór zwykle generuje wiązania kowalencyjne.

Jednak pod ekstremalnie wysokim ciśnieniem wodór zmienia się w metaliczny i zachowuje się jak pozostałe pierwiastki w swojej grupie. Dzieje się to na przykład w jądrze planety Jowisz.

Grupa 2 odpowiada metalom ziem alkalicznych, ponieważ ich tlenki mają właściwości alkaliczne. Wśród pierwiastków z tej grupy znajdziemy magnez (Mg) i wapń (Ca). Jego orbitale również należą do poziomu S.

Metale przejściowe, które odpowiadają grupom od 3 do 12 w układzie okresowym, mają orbitale typu D.

Pierwiastki z grupy 13 do 18 w tabeli odpowiadają orbitalom P. I wreszcie pierwiastki znane jako lantanowce i aktynowce mają orbitale o nazwie F.

Lokalizacja elektronów na orbitali

Elektrony znajdują się w orbitali atomu jako sposób na zmniejszenie energii. Dlatego jeśli będą dążyć do zwiększenia energii, elektrony wypełnią główne poziomy orbity, oddalając się od jądra atomu.

Należy wziąć pod uwagę, że elektrony mają wewnętrzną właściwość zwaną spinem. Jest to koncepcja kwantowa, która określa między innymi spin elektronu na orbicie. Co jest niezbędne do określenia Twojej pozycji na podpoziomach energii.

Reguły określające położenie elektronów na orbitali atomu są następujące:

• Zasada Aufbau: Elektrony wchodzą najpierw na orbitale o najniższej energii. Zasada ta opiera się na diagramach poziomów energetycznych niektórych atomów.

• Zasada wykluczenia Pauliego: orbital atomowy może opisywać co najmniej dwa elektrony. Oznacza to, że tylko dwa elektrony o różnym spinie elektronu mogą zajmować orbital atomowy.

Oznacza to, że orbital atomowy jest stanem energetycznym.

• Zasada Hunda: kiedy elektrony zajmują orbitale o tej samej energii, elektrony najpierw wejdą na puste orbitale. Oznacza to, że elektrony preferują spiny równoległe na oddzielnych orbitach podpoziomów energii.

Elektrony wypełnią wszystkie orbitale na podpoziomach, zanim napotkają przeciwne spiny.

Specjalne konfiguracje elektroniczne

Istnieją również atomy ze specjalnymi przypadkami podpoziomów energii. Kiedy dwa elektrony zajmują ten sam orbital, nie tylko muszą mieć różne spiny (jak wskazuje zasada wykluczenia Pauliego), ale sprzężenie elektronów nieznacznie podnosi energię.

W przypadku podpoziomów energetycznych połowa pełnego i pełna pełna podpoziom zmniejszają energię atomu. Prowadzi to do większej stabilności atomu.

Bibliografia

1. Konfiguracja elektronów. Odzyskany z Wikipedia.com.
2. Wprowadzenie do konfiguracji elektronicznych. Odzyskany z chem.libretexts.org.
3. Orbitale i obligacje. Odzyskany z chem.fsu.edu.
4. Układ okresowy, główne elementy grupy. Odzyskany z newworldencyclopedia.org.
5. Zasady konfiguracji elektrycznej. Odzyskany z sartep.com.
6. Elektroniczna konfiguracja elementów. Odzyskany z science.uwaterloo.ca.
7. Spin elektronów. Odzyskany z hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.