Struktura substancji była interesująca dla ludzi odkąd pojawiła się okazja, by nie martwić się o jedzenie i badać otaczający nas świat. Takie zjawiska jak susze, powodzie, błyskawice przerażały ludzkość. Nieznajomość ich wyjaśnień zrodziła wiarę w różnych złych bogów wymagających ofiar. Dlatego ludzie zaczęli badać zjawiska naturalne, dążąc do ich przewidywania i zagłębiania się w strukturę substancji. Zbadali strukturę atomu i wprowadzili następujące dwa ważne pojęcia w chemii: poziom energii i podpoziom.
Warunki wstępne odkrycia najmniejszych substancji chemicznych
Starożytni Grecy domyślali się małych cząstek, które tworzą substancje. Dokonali dziwnego odkrycia: marmurowe schody, które wiele osób przeszło przez kilkadziesiąt lat, zmieniły swój kształt! Doprowadziło to do wniosku, że stopa przeszłości zabiera ze sobą kawałek kamienia. Zjawisko to jest dalekie od zrozumienia istnienia poziomu energii w chemii, ale właśnie zto wszystko zaczęło się. Nauka zaczęła się stopniowo rozwijać i zagłębiać w strukturę pierwiastków chemicznych i ich związków.
Początek badania struktury atomu
Atom został odkryty na początku XX wieku poprzez eksperymenty z elektrycznością. Uznano go za elektrycznie obojętny, ale zawierał dodatnie i ujemne cząstki składowe. Naukowcy chcieli poznać ich rozmieszczenie w atomie. Zaproponowano kilka modeli, z których jeden miał nawet nazwę „bułka z rodzynkami”. Brytyjski fizyk Ernest Rutherford przeprowadził eksperyment, który wykazał, że dodatnie jądro znajduje się w centrum atomu, a ładunek ujemny znajduje się w małych elektronach krążących wokół niego.
Odkrycie poziomu energii w chemii było wielkim przełomem w badaniu struktury substancji i zjawisk.
Poziom energetyczny
Podczas badania właściwości substancji chemicznych okazało się, że każdy pierwiastek ma swój własny poziom. Na przykład tlen ma jeden schemat budowy, a azot zupełnie inny, chociaż liczba ich atomów różni się tylko o jeden. Czym więc jest poziom energii? Są to warstwy elektronowe składające się z elektronów, które powstają ze względu na różną siłę ich przyciągania do jądra atomu. Jedne są bliżej, inne dalej. Oznacza to, że górne elektrony „naciskają” na dolne.
Liczba poziomów energetycznych w chemii jest równa liczbie okresu w układzie okresowym D. I. Mendelejewa. Największą liczbę elektronów znajdujących się na danym poziomie energetycznym określa następujący wzór: 2n2, gdzie n to numer poziomu. Tak więc nie więcej niż dwa elektrony mogą znajdować się na pierwszym poziomie energii, nie więcej niż osiem na drugim, osiemnaście na trzecim i tak dalej.
Każdy atom ma poziom najdalej od swojego jądra. Jest to skrajność, czyli ostatnia, i nazywana jest zewnętrznym poziomem energii. Liczba elektronów na nim dla elementów głównych podgrup jest równa numerowi grupy.
Aby zbudować diagram atomu i jego poziomów energetycznych w chemii, musisz postępować zgodnie z następującym planem:
- określ liczbę wszystkich elektronów atomu danego pierwiastka, która jest równa jego numerowi seryjnemu;
- określ liczbę poziomów energii według numeru okresu;
- określ liczbę elektronów na każdym poziomie energii.
Zobacz poniżej przykłady poziomów energii niektórych pierwiastków.
Podpoziomy energetyczne
W atomach, oprócz poziomów energetycznych, istnieją również podpoziomy. Na każdym poziomie, w zależności od liczby znajdujących się na nim elektronów, wypełniane są określone podpoziomy. Na podstawie sposobu wypełnienia podpoziomu rozróżnia się cztery rodzaje elementów:
- S-elementy. Wypełnione są podpoziomy s, które mogą zawierać nie więcej niż dwa elektrony. Obejmują one pierwsze dwie pozycje z każdego okresu;
- P-elementy. W tych pierwiastkach na podpoziomie p może znajdować się nie więcej niż sześć elektronów;
- D-elementy. Należą do nich elementy dużych okresów (dekad) znajdujących się między s- ip-elementy;
- F-elementy. Wypełnienie podpoziomu f występuje w aktynowcach i lantanowcach zlokalizowanych w szóstym i siódmym okresie.
