Dæmispurningar um atómbyggingu og lotukerfið
Pendahuluan
Uppbygging frumeinda og lotukerfið eru grundvallarhugtök í efnafræði sem mynda grunninn að því að skilja eiginleika og hegðun ýmissa frumefna. Í þessari grein munum við ræða dæmi um vandamál sem tengjast uppbyggingu frumeinda og lotukerfinu, sem og fjalla um þau ítarlega.
Atómbygging
Dæmispurning 1: Rafeindaskipan
Spurning: Ákvarðið rafeindaskipan kalsíumatómsins (Ca) sem hefur sætistölunúmerið 20.
Umræða:
Kalsíum hefur sætistöluna 20, sem þýðir að það hefur 20 rafeindir. Til að ákvarða rafeindaskipan þess þurfum við að dreifa rafeindunum samkvæmt Aufbau-reglunni, sem fyllir svigrúm frá lægsta orkustigi til hæsta orkustigs.
1. 1s^2 (2 rafeindir)
2. 2s^2 (2 rafeindir)
3. 2p^6 (6 rafeindir)
4. 3s^2 (2 rafeindir)
5. 3p^6 (6 rafeindir)
6. 4s^2 (2 rafeindir)
Þannig er rafeindaskipan kalsíums (Ca) 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2.
Dæmispurning 2: Skammtatölur
Spurning: Ákvarðið skammtatölugildi síðustu rafeindarinnar í súrefnisatóminu (O) sem hefur sætistöluna 8.
Umræða:
Súrefni hefur sætistölu 8, þannig að rafeindaskipan þess er:
1s^2 2s^2 2p^4
Síðasta rafeindin í súrefni er í 2p svigrúmi. Við þurfum að ákvarða skammtatölu þessarar rafeinda:
– Aðalkvanttala (n): 2 (því hún er á öðru hvolfi)
– Asímútskammtatala (l): 1 (vegna p-svigrúms)
– Segulkvantumatala (m_l): -1, 0, +1 (p-braut getur haft þrjár stefnur)
– Spunakvanttala (m_s): +1/2 eða -1/2 (rafeindir geta haft tvær spunastefnur)
Fyrir síðustu rafeindina í 2p^4 eru rafeindirnar fylltar samkvæmt reglu Hunds, þannig að þær munu taka eina af m_l stefnunum. Til dæmis, fyrir m_l stefnuna = 0, eru skammtatölurnar:
– n = 2
– l = 1
– ml = 0
– m_s = +1/2 eða -1/2 (fer eftir snúningi rafeindarinnar)
Lotukerfið
Dæmispurning 3: Reglubundnar eiginleikar frumefna
Spurning: Berið saman stærð natríumatóma (Na) og klóratóma (Cl) og gefið skýringu á stærðarmunnum.
Umræða:
Natríum og klór eru í sama tímabili (tímabil 3) en í mismunandi flokkum:
– Na er í hópi 1
– Cl er í hópi 17
Stærð frumeinda (radíus frumeinda) minnkar frá vinstri til hægri yfir tímabil vegna þess að aukning á kjarnahleðslu (fleiri róteindir) leiðir til sterkari togkrafts á rafeindir í sama hvolfi. Þetta veldur því að rafeindahvolfin dragast nær kjarnanum.
Þannig er stærð natríumatóms (Na) stærra en klóratóms (Cl) vegna þess að Na er staðsett fyrr í tímabilinu. Með öðrum orðum, gildisrafeindirnar í Na eru meira dreifðar en í Cl, þannig að Na hefur stærri atómradíus.
Dæmispurning 4: Oxunartala
Spurning: Ákvarðið oxunartölu brennisteinsþáttarins í H2SO4.
Umræða:
Til að ákvarða oxunartölu brennisteins í brennisteinssýru (H₂SO₄) fylgjum við reglum um ákvörðun oxunartölu:
– Vetni (H) hefur almennt oxunartölu +1.
– Súrefni (O) hefur almennt oxunartölu -2.
Gerum ráð fyrir að oxunartala brennisteins í H₂SO₄ sé x. Samkvæmt reglunni verður þá heildarfjöldi oxunartalna í einni sameind að vera jafn heildarhleðslu sameindarinnar (sem er hlutlaus er 0):
Upphæð:
2(H) + 1(S) + 4(O) = 2(+1) + x + 4(-2) = 2 + x – 8 = 0
Að reikna x:
2 + x – 8 = 0
x – 6 = 0
x = +6
Þannig að oxunartala brennisteins (S) í H₂SO₄ er +6.
Efnafræðileg hvarfgirni
Dæmispurning 5: Hvarfgirni
Spurning: Hvers vegna er flúor (F) hvarfgjarnara en klór (Cl)?
Umræða:
Hvarfgirni halógena (flokkur 17) hefur tilhneigingu til að minnka með hækkandi atómtölu. Flúor er hvarfgjarnara en klór af nokkrum ástæðum sem tengjast atómbyggingu:
1. Jónunarorka:
Flúor hefur hærri jónunarorku en klór, sem þýðir að það er auðveldara fyrir flúoratóma að laða að rafeindir frá öðrum atómum.
2. Rafeindasækni:
Flúor hefur mjög mikla rafeindasækni, sem þýðir að það hefur tilhneigingu til að taka upp rafeindir auðveldlegar en klór.
3. Atómstærð:
Flúor hefur minni atómstærð en klór. Gilensrafeindirnar í flúori eru nær kjarnanum, þannig að rafstöðueiginleikar nýju rafeindanna eru meiri.
Þessir þrír þættir saman auka því getu flúors til að hafa samskipti við önnur efni, sem gerir það hvarfgjarnara en klór.
Niðurstaða
Að skilja frumeindabyggingu og lotukerfið er lykilatriði í efnafræði. Í þessari grein höfum við fjallað um ýmis dæmi ásamt ítarlegum útskýringum. Þar á meðal eru rafeindaskipan, skammtatölur, lotubundnir eiginleikar frumefna, oxunartölur og efnahvarfgirni. Með góðri þekkingu á þessum hugtökum getum við betur skilið eiginleika og hegðun hinna ýmsu frumefna í alheiminum.
