Атом құрылымы мен элементтердің периодтық кестесін талқылайтын мысал сұрақтар
Пендахулуан
Атом құрылымы және элементтердің периодтық кестесі - химиядағы әртүрлі элементтердің қасиеттері мен мінез-құлқын түсінудің негізін құрайтын негізгі ұғымдар. Бұл мақалада біз атом құрылымы мен элементтердің периодтық кестесіне қатысты мәселелердің мысалдарын талқылаймыз, сондай-ақ оларды егжей-тегжейлі талқылаймыз.
Атомдық құрылым
1-мысал: Электрондық конфигурация
Сұрақ: Атомдық нөмірі 20 болатын кальций (Ca) атомының электрондық конфигурациясын анықтаңыз.
Талқылау:
Кальцийдің атомдық саны 20, яғни оның 20 электроны бар. Оның электрондық конфигурациясын анықтау үшін электрондарды ең төменгі энергия деңгейінен ең жоғары энергия деңгейіне дейін орбитальдарды толтыратын Ауфбау принципіне сәйкес тарату керек.
1. 1s^2 (2 электрон)
2. 2s^2 (2 электрон)
3. 2p^6 (6 электрон)
4. 3s^2 (2 электрон)
5. 3p^6 (6 электрон)
6. 4s^2 (2 электрон)
Сонымен, кальцийдің (Ca) электрондық конфигурациясы 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2.
2-мысал: Кванттық сандар
Сұрақ: Оттегі атомындағы (O) 8 атомдық нөмірі бар соңғы электронның кванттық сан мәнін анықтаңыз.
Талқылау:
Оттегінің атомдық нөмірі 8, сондықтан оның электрондық конфигурациясы:
1s^2 2s^2 2p^4
Оттегідегі соңғы электрон 2p орбитальда орналасқан. Біз бұл электронның кванттық санын анықтауымыз керек:
– Бас кванттық сан (n): 2 (өйткені ол екінші қабатта орналасқан)
– Азимуталды кванттық сан (l): 1 (p орбитальға байланысты)
– Магниттік кванттық сан (m_l): -1, 0, +1 (p орбитасы үш бағытқа ие болуы мүмкін)
– Спин квант саны (m_s): +1/2 немесе -1/2 (электрондардың екі спиндік бағыты болуы мүмкін)
2p^4 ішіндегі соңғы электрон үшін электрондар Хунд ережесіне сәйкес толтырылады, сондықтан олар m_l бағыттарының бірін алады. Мысалы, m_l = 0 бағыты үшін кванттық сандар келесідей:
– n = 2
– l = 1
– m_l = 0
– m_s = +1/2 немесе -1/2 (электронның спиніне байланысты)
Элементтердің периодтық кестесі
3-мысал: Элементтердің периодтық қасиеттері
Сұрақ: Натрий (Na) атомдарының мөлшерін хлор (Cl) атомымен салыстырыңыз және өлшемдерінің айырмашылығының себебін түсіндіріңіз.
Талқылау:
Натрий мен хлор бір периодта (3-ші периодта), бірақ әртүрлі топтарда орналасқан:
– Na 1-топта
– Cl 17-топта
Атом өлшемі (атом радиусы) период бойы солдан оңға қарай азаяды, себебі ядролық зарядтың артуы (протондардың көбеюі) сол қабықтағы электрондардың күштірек тартылуына әкеледі. Бұл электрон қабықтарының ядроға жақындауына әкеледі.
Осылайша, натрий (Na) атомының өлшемі хлордың (Cl) өлшемінен үлкенірек, себебі Na периодтың басында орналасқан. Басқаша айтқанда, Na валенттік электрондары Cl-ге қарағанда алысырақ орналасқан, сондықтан Na атом радиусы үлкенірек.
4-мысал: Тотығу дәрежесі
Сұрақ: H2SO4 құрамындағы күкірт элементінің тотығу дәрежесін анықтаңыз.
Талқылау:
Күкірт қышқылындағы (H₂SO₄) күкірттің тотығу дәрежесін анықтау үшін тотығу дәрежесін анықтау ережелерін орындаймыз:
– Сутегінің (H) тотығу дәрежесі әдетте +1 болады.
– Оттегінің (O) тотығу дәрежесі әдетте -2 болады.
H₂SO₄ құрамындағы күкірттің тотығу дәрежесі x деп есептейік. Онда ережеге сәйкес бір молекуладағы тотығу дәрежелерінің жалпы саны молекуланың жалпы зарядына тең болуы керек (бейтарап заряд 0-ге тең):
Сомасы:
2(H) + 1(S) + 4(O) = 2(+1) + x + 4(-2) = 2 + x – 8 = 0
x есептеу:
2 + x – 8 = 0
x – 6 = 0
x = +6
Сонымен, H₂SO₄ құрамындағы күкірттің (S) тотығу дәрежесі +6-ға тең.
Химиялық реактивтілік
5-мысал: Реактивтілік
Сұрақ: Неліктен фтор (F) хлорға (Cl) қарағанда реактивтірек?
Талқылау:
Галогендердің (17-топ) реактивтілігі атомдық санының артуымен төмендейді. Фтор атом құрылымына байланысты бірнеше себептерге байланысты хлорға қарағанда реактивтірек:
1. Иондану энергиясы:
Фтордың хлорға қарағанда иондану энергиясы жоғары, яғни фтор атомдарының басқа атомдардан электрондарды тартуы оңайырақ.
2. Электрондардың жақындығы:
Фтордың электронға жақындығы өте жоғары, яғни ол хлорға қарағанда электрондарды оңайырақ қабылдайды.
3. Атомдық өлшемі:
Фтордың атомдық өлшемі хлорға қарағанда кішірек. Фтордағы валенттік электрондар ядроға жақын орналасқан, сондықтан жаңа электрондарға электростатикалық тартылыс күші көбірек.
Сонымен, бұл үш фактор бірге фтордың басқа заттармен әрекеттесу қабілетін арттырады, бұл оны хлорға қарағанда реактивті етеді.
Қорытынды
Атом құрылымын және элементтердің периодтық кестесін түсіну химияда өте маңызды. Бұл мақалада біз егжей-тегжейлі түсіндірмелермен қатар әртүрлі мысал есептерін қарастырдық. Оларға электрон конфигурациялары, кванттық сандар, элементтердің периодтық қасиеттері, тотығу сандары және химиялық реактивтілік жатады. Осы ұғымдарды жақсы түсінген кезде біз ғаламдағы әртүрлі элементтердің қасиеттері мен мінез-құлқын жақсырақ түсіне аламыз.
