Atominė struktūra ir periodinė elementų lentelė
Pendahuluanas
Chemijos pasaulyje labai svarbu suprasti atominę struktūrą ir periodinę elementų lentelę. Išsamus šių dviejų aspektų supratimas leidžia mokslininkams paaiškinti įvairias materijos savybes ir elgesį. Kaip ir kasdienio gyvenimo patirties, priežasčių ir modelių supratimas leidžia mums numatyti chemines reakcijas, fizines savybes ir elementų elgesį visatoje, taip ir atominės struktūros bei periodinės elementų lentelės supratimas padeda mums numatyti chemines reakcijas, fizines savybes ir elementų elgesį visatoje.
Atominė struktūra
Atomai yra pagrindiniai materijos vienetai, sudarantys viską aplink mus. Atomai sudaryti iš trijų pagrindinių subatominių dalelių: protonų, neutronų ir elektronų. Protonai ir neutronai sudaro branduolį, o elektronai skrieja aplink branduolį tam tikromis orbitomis elektronų debesyje.
Protonų
Protonai yra teigiamai įkrautos dalelės, randamos atomo branduolyje. Protonų skaičius branduolyje lemia elemento tapatybę, vadinamą jo atominiu numeriu. Pavyzdžiui, anglies atomas turi šešis protonus, o deguonis – aštuonis. Protonų masė taip pat yra artima vienam atominiam masės vienetui (u).
neutronas
Neutronai yra neįkrautos dalelės, randamos atomo branduolyje. Jų masė beveik tokia pati kaip protonų. Nors jie neturi įtakos atomo krūviui, neutronų skaičius branduolyje gali turėti įtakos atomo stabilumui ir nulemti jo izotopus. Izotopai yra elemento variantai, turintys tą patį protonų skaičių, bet skirtingą neutronų skaičių.
elektronas
Elektronai yra neigiamai įkrautos dalelės, kurios skrieja aplink atomo branduolį tam tikromis orbitomis arba energijos lygmenimis. Elektronai turi labai mažą masę, palyginti su protonais ir neutronais. Elektronų pasiskirstymas atome, arba elektronų konfigūracija, lemia to elemento chemines savybes. Išoriniai elektronai (valentingi elektronai) vaidina lemiamą vaidmenį formuojant cheminius ryšius.
Atominis modelis
Nuo seniausių laikų mokslininkai kūrė įvairius modelius atomų sandarai paaiškinti. Nuo paprastojo Daltono atomo modelio iki Thomsono atomo teorijos, kuri elektronus įsivaizdavo kaip „razinų bandeles“, ir Rutherfordo modelio, kuris pristatė atomo branduolio sąvoką. Šiandien plačiausiai pripažįstamas šiuolaikinis atomo modelis yra kvantinės mechanikos modelis, kurį pristatė Erwinas Schrödingeris ir Werneris Heisenbergas.
Kvantinės mechanikos modelis
Kvantinės mechanikos modelis yra patobulintas Boro atomo modelis. Šiame modelyje elektronai juda ne tam tikromis orbitomis, o orbitalėmis – matematinėmis funkcijomis, apibrėžiančiomis elektrono radimo trimatėje erdvėje tikimybę. Šios orbitalės turi skirtingas formas ir energijas, vadinamas posluoksniais (s, p, d, f).
Periodinė nepermatoma sistema
Periodinė elementų lentelė arba periodinė sistema yra elementų išdėstymas pagal jų atominį skaičių, elektronų konfigūraciją ir chemines savybes. Šiandieninė periodinė elementų lentelė yra įvairių tyrėjų, ypač Dmitrijaus Mendelejevo ir Henry Mosley, atliktų patobulinimų rezultatas.
Periodinės lentelės istorija
Dmitrijus Mendelejevas buvo rusų chemikas, pirmasis sudaręs periodinę elementų lentelę 1869 m., remdamasis atominiu svoriu (atomine mase) ir cheminėmis savybėmis. Mendelejevas numatė neatrastų elementų egzistavimą ir jų vietą lentelėje, ir vėliau šis teiginys buvo įrodytas. Vėliau Henry Mosley patobulino Mendelejevo lentelę, tiksliau išdėstydamas elementus pagal atominį skaičių (protonų skaičių).
Periodinės lentelės struktūra
Periodinė elementų lentelė yra padalinta į laikotarpius ir grupes.
laikotarpis
Periodas yra horizontali eilutė periodinėje lentelėje. Elementai, esantys tame pačiame periode, turi tą patį elektronų sluoksnių skaičių – nuo 1 (vandenilis ir helis) iki 7 (transuraniniai elementai).
Grupė
Grupė yra vertikalus stulpelis periodinėje lentelėje. Grupės elementai turi tą pačią valentingumo elektronų konfigūraciją, todėl jie turi panašias chemines savybes. Grupės skirstomos į dvi dideles dalis: pagrindinę grupę (A grupė) ir pereinamąją grupę (B grupė).
Pagrindinė klasė
Pagrindinės grupės apima 1 (IA) – 18 (VIIIA) grupes, kurioms priklauso tokie elementai kaip šarminiai metalai, šarminių žemių metalai, halogenai ir taurieji dujos. Kiekvieno elemento cheminės savybės šiose grupėse priklauso nuo valentinių elektronų skaičiaus.
– 1 grupė: Šarmai: apima vandenilį, litį, natrį, kalį ir kt. Tai labai reaktyvūs metalai, turintys vieną valentingumo elektroną.
– 2 grupė: Šarminių žemių metalai: apima berilį, magnį, kalcį ir kt. Jie taip pat yra labai reaktyvūs ir turi du valentingumo elektronus.
– 17 grupė: Halogenai: Apima fluorą, chlorą, bromą ir kt. Tai labai reaktyvūs nemetalai, turintys septynis valentingumo elektronus.
– 18 grupė: Inertinės dujos: apima helį, neoną, argoną ir kt. Jos yra inertiškos ir retai reaguoja, nes turi aštuonis pilnus valentingumo elektronus.
Pereinamoji grupė
Pereinamoji grupė apima 3–12 grupių elementus, kurie paprastai yra metalai, pasižymintys išskirtinėmis fizinėmis savybėmis, tokiomis kaip kietumas, elektrinis ir šilumos laidumas bei aukšta lydymosi temperatūra. Šių elementų valentingumo elektronai yra d ir f posluoksniuose.
Periodinės elementų savybės
Elementų periodinės savybės yra elementų elgsenos tendencijos arba modeliai periodinėje lentelėje. Kai kurios svarbios periodinės savybės apima:
Atominis spindulys
Atomo spindulys yra atstumas nuo branduolio iki tolimiausio elektrono. Atomo spindulys periodo metu linkęs mažėti iš kairės į dešinę, nes didėjantis branduolio krūvis traukia elektronus arčiau. Tačiau atomo spindulys didėja iš viršaus į apačią per grupę dėl elektronų apvalkalų pridėjimo.
Jonizacijos energija
Jonizacijos energija yra energija, reikalinga elektronui pašalinti iš atomo dujinėje būsenoje. Jonizacijos energija periodo metu didėja iš kairės į dešinę, nes stipresnis branduolio krūvis stipriau traukia elektronus. Ir atvirkščiai, jonizacijos energija mažėja iš viršaus į apačią grupėje, nes išoriniuose sluoksniuose esantys elektronai yra toliau nuo branduolio ir mažiau stipriai surišti.
Elektronegatyvumas
Elektronegatyvumas yra atomo gebėjimas pritraukti elektronus cheminiu ryšiu. Elektronegatyvumas periode didėja iš kairės į dešinę, o grupėje mažėja iš viršaus į apačią.
Elektronų afinitetas
Elektronų afinitetas yra energijos pokytis, įvykstantis, kai atomas gauna elektroną. Elektronų afinitetas periodo metu tampa neigiamesnis iš kairės į dešinę ir mažiau neigiamas iš viršaus į apačią.
Išvada
Išsamus atominės struktūros ir periodinės elementų lentelės supratimas yra esminis chemijos dalykas. Atominė struktūra leidžia suprasti esminį subatominių dalelių išsidėstymą ir savybes, o periodinė elementų lentelė suteikia pagrindą elementų savybėms klasifikuoti ir numatyti. Suprasdami abu aspektus, mes ne tik įgyjame išsamių įžvalgų apie materiją, bet ir gebame pritaikyti šias žinias tyrimuose, pramonėje ir technologijose.
