Structura substanțelor a fost interesantă pentru oameni de când a apărut oportunitatea de a nu-ți face griji cu privire la hrană și de a studia lumea din jurul nostru. Fenomene precum secetele, inundațiile, fulgerele au îngrozit omenirea. Necunoașterea explicațiilor lor a dat naștere credinței în diferiți zei răi care necesită sacrificii. De aceea oamenii au început să studieze fenomenele naturale, străduindu-se să le prezică și să aprofundeze în structura substanțelor. Au studiat structura atomului și au introdus următoarele două concepte importante în chimie: nivelul energetic și subnivelul.
Precondiții pentru descoperirea celor mai mici substanțe chimice
Grecii antici au ghicit despre particulele mici care alcătuiesc substanțele. Au făcut o descoperire ciudată: treptele de marmură, pe care multe persoane au trecut de-a lungul mai multor decenii, și-au schimbat forma! Acest lucru a condus la concluzia că piciorul trecutului ia cu el o bucată de piatră. Acest fenomen este departe de a înțelege existența unui nivel energetic în chimie, dar tocmai cutotul a început. Știința a început să se dezvolte progresiv și să se aprofundeze în structura elementelor chimice și a compușilor acestora.
Începutul studiului structurii atomului
Atom a fost descoperit la începutul secolului al XX-lea prin experimente cu electricitate. Era considerat neutru din punct de vedere electric, dar avea particule constitutive pozitive și negative. Oamenii de știință au vrut să afle distribuția lor în interiorul atomului. Au fost propuse mai multe modele, dintre care unul chiar avea denumirea de „chiflă cu stafide”. Fizicianul britanic Ernest Rutherford a efectuat un experiment care a arătat că un nucleu pozitiv este situat în centrul atomului, iar sarcina negativă se află în electronii mici care se rotesc în jurul lui.
Descoperirea nivelului de energie în chimie a reprezentat o mare descoperire în studiul structurii substanțelor și fenomenelor.
Nivel de energie
În timpul studiului proprietăților substanțelor chimice, s-a dovedit că fiecare element are propriile sale niveluri. De exemplu, oxigenul are o schemă de structură, în timp ce azotul are una complet diferită, deși numărul atomilor lor diferă doar cu unul. Deci, ce este un nivel de energie? Acestea sunt straturi electronice, formate din electroni, care se formează datorită puterii diferite a atracției lor față de nucleul unui atom. Unii sunt mai aproape, în timp ce alții sunt mai departe. Adică, electronii superiori „apasă” pe cei inferiori.
Numărul de niveluri de energie din chimie este egal cu numărul perioadei din Tabelul periodic al lui D. I. Mendeleev. Cel mai mare număr de electroni care se află într-un anumit nivel de energie este determinat de următoarea formulă: 2n2, unde n este numărul nivelului. Astfel, nu pot fi localizați mai mult de doi electroni pe primul nivel de energie, nu mai mult de opt pe al doilea, optsprezece pe al treilea și așa mai departe.
Fiecare atom are un nivel cel mai îndepărtat de nucleul său. Este extremul sau ultimul și se numește nivelul de energie exterior. Numărul de electroni de pe el pentru elementele subgrupurilor principale este egal cu numărul grupului.
Pentru a construi o diagramă a unui atom și a nivelurilor sale de energie în chimie, trebuie să urmați acest plan:
- determină numărul tuturor electronilor unui atom dintr-un anumit element, care este egal cu numărul său de serie;
- determinați numărul de niveluri de energie după numărul perioadei;
- determină numărul de electroni din fiecare nivel de energie.
Vezi mai jos exemple de niveluri de energie ale unor elemente.
Subniveluri de energie
În atomi, pe lângă nivelurile de energie, există și subniveluri. La fiecare nivel, în funcție de numărul de electroni de pe acesta, anumite subniveluri sunt umplute. Din modul în care este umplut subnivelul, se disting patru tipuri de elemente:
- S-elemente. Subnivelurile s sunt umplute, care nu pot conține mai mult de doi electroni. Acestea includ primele două articole din fiecare perioadă;
- P-elemente. În aceste elemente, nu pot exista mai mult de șase electroni situati pe subnivelul p;
- D-elemente. Acestea includ elemente de perioade mari (decenii) situate între s- şielemente p;
- F-elemente. Umplerea subnivelului f are loc în actinide și lantanide situate în perioadele a șasea și a șaptea.
