Medžiagų struktūra žmonėms buvo įdomi nuo tada, kai atsirado galimybė nesirūpinti maistu ir tyrinėti mus supantį pasaulį. Tokie reiškiniai kaip sausros, potvyniai, žaibai, išgąsdino žmoniją. Jų paaiškinimų nežinojimas paskatino tikėti įvairiais piktais dievais, reikalaujančiais aukų. Štai kodėl žmonės pradėjo tyrinėti gamtos reiškinius, stengdamiesi juos nuspėti, gilintis į medžiagų sandarą. Jie ištyrė atomo struktūrą ir pristatė šias dvi svarbias chemijos sąvokas: energijos lygį ir polygį.
Priešlaidos norint atrasti mažiausias chemines medžiagas
Senovės graikai atspėjo apie mažas daleles, iš kurių susidaro medžiagos. Jie padarė keistą atradimą: marmuriniai laipteliai, kuriais per kelis dešimtmečius praėjo daug žmonių, pakeitė savo formą! Tai leido daryti išvadą, kad praeities pėda pasiima kažkokį akmens gabalą. Šis reiškinys toli gražu nesupranta energijos lygio egzistavimo chemijoje, bet būtent suviskas prasidėjo. Mokslas pradėjo palaipsniui vystytis ir gilintis į cheminių elementų ir jų junginių struktūrą.
Atomo sandaros tyrimo pradžia
Atomas buvo atrastas XX amžiaus pradžioje eksperimentuojant su elektra. Jis buvo laikomas elektriškai neutraliu, tačiau turėjo teigiamų ir neigiamų sudedamųjų dalelių. Mokslininkai norėjo išsiaiškinti jų pasiskirstymą atomo viduje. Buvo pasiūlyti keli modeliai, iš kurių vienas netgi turėjo pavadinimą „razinų bandelė“. Britų fizikas Ernestas Rutherfordas atliko eksperimentą, kuris parodė, kad teigiamas branduolys yra atomo centre, o neigiamas krūvis yra aplink jį besisukančiuose mažuose elektronuose.
Energijos lygio atradimas chemijoje buvo didelis proveržis tiriant medžiagų ir reiškinių struktūrą.
Energijos lygis
Tiriant cheminių medžiagų savybes paaiškėjo, kad kiekvienas elementas turi savo lygius. Pavyzdžiui, deguonis turi vieną struktūros schemą, o azotas – visiškai kitokią, nors jų atomų skaičiai skiriasi tik vienu. Taigi, kas yra energijos lygis? Tai elektroniniai sluoksniai, susidedantys iš elektronų, kurie susidaro dėl skirtingo jų traukos atomo branduoliui stiprumo. Vieni yra arčiau, kiti – toliau. Tai yra, viršutiniai elektronai „spaudžia“apatinius.
Energijos lygių skaičius chemijoje yra lygus periodo skaičiui D. I. Mendelejevo periodinėje lentelėje. Didžiausias elektronų skaičius, esantis tam tikrame energijos lygyje, nustatomas pagal šią formulę: 2n2, kur n yra lygio skaičius. Taigi pirmame energijos lygyje gali būti ne daugiau kaip du elektronai, antrajame – ne daugiau kaip aštuoni, trečiame – aštuoniolika ir pan.
Kiekvienas atomas turi toliausiai nuo jo branduolio esantį lygį. Tai kraštutinis, arba paskutinis, ir vadinamas išoriniu energijos lygiu. Ant jo esančių elektronų skaičius pagrindinių pogrupių elementams yra lygus grupės skaičiui.
Norėdami sudaryti atomo ir jo energijos lygių diagramą chemijoje, turite laikytis šio plano:
- nustatykite visų tam tikro elemento atomo elektronų skaičių, kuris yra lygus jo eilės numeriui;
- nustatykite energijos lygių skaičių pagal periodo numerį;
- nustatykite elektronų skaičių kiekviename energijos lygyje.
Žiūrėkite toliau kai kurių elementų energijos lygių pavyzdžius.
Energijos polygiai
Atomuose, be energijos lygių, yra ir polygiai. Kiekviename lygyje, priklausomai nuo jame esančių elektronų skaičiaus, užpildomi tam tikri sublygiai. Pagal tai, kaip užpildomas polygis, išskiriami keturi elementų tipai:
- S elementai. Užpildyti s polygiai, kuriuose gali būti ne daugiau kaip du elektronai. Tai apima pirmuosius du elementus iš kiekvieno laikotarpio;
- P elementai. Šiuose elementuose p polygyje gali būti ne daugiau kaip šeši elektronai;
- D elementai. Tai apima didelių laikotarpių (dešimtmečių) elementus, esančius tarp s- irp-elementai;
- F elementai. F polygio užpildymas vyksta aktiniduose ir lantaniduose, esančiuose šeštajame ir septintajame perioduose.
