Piemēru jautājumi par atomu struktūru un elementu periodisko tabulu
Pendahuluan
Atomu struktūra un elementu periodiskā tabula ir ķīmijas pamatjēdzieni, kas veido pamatu dažādu elementu īpašību un uzvedības izpratnei. Šajā rakstā mēs apspriedīsim ar atomu struktūru un elementu periodisko tabulu saistītu problēmu piemērus, kā arī detalizēti tās apspriedīsim.
Atomu struktūra
1. piemēra jautājums: elektronu konfigurācija
Jautājums: Nosakiet kalcija (Ca) atoma, kura atomskaitlis ir 20, elektronu konfigurāciju.
Diskusija:
Kalcija atomskaitlis ir 20, kas nozīmē, ka tam ir 20 elektroni. Lai noteiktu tā elektronu konfigurāciju, mums ir jāsadala elektroni saskaņā ar Aufbau principu, kas aizpilda orbitāles no zemākā enerģijas līmeņa līdz augstākajam enerģijas līmenim.
1. 1s^2 (2 elektroni)
2. 2s^2 (2 elektroni)
3. 2p^6 (6 elektroni)
4. 3s^2 (2 elektroni)
5. 3p^6 (6 elektroni)
6. 4s^2 (2 elektroni)
Tātad kalcija (Ca) elektronu konfigurācija ir 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2.
2. jautājuma piemērs: Kvantu skaitļi
Jautājums: Nosakiet skābekļa atoma (O) pēdējā elektrona kvantu skaitļa vērtību, kura atomskaitlis ir 8.
Diskusija:
Skābekļa atomskaitlis ir 8, tāpēc tā elektronu konfigurācija ir:
1s^2 2s^2 2p^4
Pēdējais elektrons skābeklī atrodas 2p orbitālē. Mums jānosaka šī elektrona kvantu skaitlis:
– Galvenais kvantu skaitlis (n): 2 (jo tas atrodas otrajā apvalkā)
– Azimutālais kvantu skaitlis (l): 1 (p orbitāles dēļ)
– Magnētiskais kvantu skaitlis (m_l): -1, 0, +1 (p orbītai var būt trīs orientācijas)
– Spin kvantu skaitlis (m_s): +1/2 vai -1/2 (elektroniem var būt divas spin orientācijas)
Pēdējā elektrona aizpildīšanai salikumā 2p^4 elektroni ir piepildīti saskaņā ar Hunda likumu, tāpēc tie ieņems vienu no m_l orientācijām. Piemēram, orientācijai m_l = 0 kvantu skaitļi ir:
– n = 2
– l = 1
– m_l = 0
– m_s = +1/2 vai -1/2 (atkarībā no elektrona spina)
Periodiskā nekontrolējamā sistēma
3. piemēra jautājums: elementu periodiskās īpašības
Jautājums: Salīdziniet nātrija (Na) atomu izmērus ar hlora (Cl) atomu izmēriem un sniedziet iemeslu izmēru atšķirībai.
Diskusija:
Nātrijs un hlors atrodas vienā periodā (3. periodā), bet dažādās grupās:
– Na pieder 1. grupai
– Cl ietilpst 17. grupā
Atoma izmērs (atoma rādiuss) perioda laikā samazinās no kreisās uz labo pusi, jo kodola lādiņa palielināšanās (vairāk protonu) rada spēcīgāku elektronu pievilkšanu tajā pašā elektronu apvalkā. Tas izraisa elektronu apvalku pievilkšanu tuvāk kodolam.
Tādējādi nātrija (Na) atoma izmērs ir lielāks nekā hlora (Cl) atoma izmērs, jo Na atrodas agrāk periodā. Citiem vārdiem sakot, Na valences elektroni ir vairāk izvietoti viens no otra nekā Cl elektroni, tāpēc Na ir lielāks atoma rādiuss.
4. piemēra jautājums: Oksidācijas skaitlis
Jautājums: Nosakiet sēra elementa oksidācijas pakāpi H2SO4.
Diskusija:
Lai noteiktu sēra oksidācijas pakāpi sērskābē (H₂SO₄), mēs ievērojam oksidācijas pakāpes noteikšanas noteikumus:
– Ūdeņraža (H) oksidācijas pakāpe parasti ir +1.
– Skābekļa (O) oksidācijas pakāpe parasti ir -2.
Pieņemsim, ka sēra oksidācijas pakāpe H₂SO₄ ir x. Tad saskaņā ar likumu kopējam oksidācijas pakāpju skaitam vienā molekulā jābūt vienādam ar molekulas kopējo lādiņu (kas neitrālā stāvoklī ir 0):
Summa:
2(H) + 1(S) + 4(O) = 2(+1) + x + 4(-2) = 2 + x – 8 = 0
Aprēķinot x:
2 + x – 8 = 0
x - 6 = 0
x = +6
Tātad sēra (S) oksidācijas pakāpe H₂SO₄ ir +6.
Ķīmiskā reaģētspēja
5. jautājuma piemērs: Reaģētspēja
Jautājums: Kāpēc fluors (F) ir reaģētspējīgāks nekā hlors (Cl)?
Diskusija:
Halogēnu (17. grupa) reaģētspējai ir tendence samazināties, palielinoties atomskaitlim. Fluors ir reaģētspējīgāks par hloru vairāku ar atomu struktūru saistītu iemeslu dēļ:
1. Jonizācijas enerģija:
Fluoram ir augstāka jonizācijas enerģija nekā hloram, kas nozīmē, ka fluora atomiem ir vieglāk piesaistīt elektronus no citiem atomiem.
2. Elektronu afinitāte:
Fluoram ir ļoti augsta elektronu afinitāte, kas nozīmē, ka tas mēdz iegūt elektronus vieglāk nekā hlors.
3. Atomu izmērs:
Fluoram ir mazāks atoma izmērs nekā hloram. Fluora valences elektroni atrodas tuvāk kodolam, tāpēc elektrostatiskā pievilkšanās jaunajiem elektroniem ir lielāka.
Tātad šie trīs faktori kopā palielina fluora spēju mijiedarboties ar citām vielām, padarot to reaģējošāku nekā hlors.
Secinājums
Atomu struktūras un elementu periodiskās tabulas izpratne ir ļoti svarīga ķīmijā. Šajā rakstā esam aplūkojuši dažādas problēmu piemērus kopā ar detalizētiem skaidrojumiem. Tie ietver elektronu konfigurācijas, kvantu skaitļus, elementu periodiskās īpašības, oksidācijas skaitļus un ķīmisko reaktivitāti. Labi pārzinot šos jēdzienus, mēs varam labāk izprast dažādu elementu īpašības un uzvedību Visumā.
