ЩО ТАКЕ ПІДРІВНІ ЕНЕРГІЇ ТА ЯК ВОНИ ПРЕДСТАВЛЕНІ? - НАУКА - 2025

У подуровнях енергії в атомі є способом , в якому електрони організовані в електронних оболонках, їх розподіл в молекулі або атомі. Ці енергетичні підрівні називаються орбіталями.

Організація електронів в підрівні - це те, що дозволяє хімічні комбінації різних атомів, а також визначає їх положення в Періодичній таблиці елементів.

Електрони певним чином розташовуються в електронних оболонках атома комбінацією квантових станів. У момент, коли один із цих станів зайнятий електроном, інші електрони повинні знаходитися в іншому стані.

Вступ

Кожен хімічний елемент періодичної таблиці складається з атомів, які в свою чергу складаються з нейтронів, протонів та електронів. Електрони - негативно заряджені частинки, які знаходяться навколо ядра будь-якого атома, розподілені по орбіталях електронів.

Орбіталі електронів - це об'єм простору, де електрон має 95% шансу зустрітися. Існують різні типи орбіталей, з різною формою. Максимум два електрони можуть бути розташовані в кожній орбіталі. Перша орбітала атома - там, де найбільша ймовірність знайти електрони.

Орбіталі позначаються літерами s, p, d і f, тобто гострим, принциповим, дифузним і фундаментальним, і вони поєднуються, коли атоми з'єднуються разом, утворюючи більшу молекулу. У кожній оболонці атома є ці комбінації орбіталей.

Наприклад, в шарі 1 атома є S орбіталі, в шарі 2 - S і P орбіталі, всередині шару 3 атома є S, P і D орбіталі і, нарешті, у шарі 4 атома є всі S, P, D і F орбіталі.

Також на орбіталях ми знаходимо різні підрівні, які в свою чергу можуть зберігати більше електронів. Орбіталі на різних рівнях енергії схожі між собою, але займають різні простори в просторі.

Перша орбітальна і друга орбітальна мають ті ж характеристики, що і орбіта S, вони мають радіальні вузли, мають більшу ймовірність сферичного об’єму і можуть утримувати лише два електрони. Однак вони розташовані на різних рівнях енергії і, таким чином, займають різні простори навколо ядра.

Розташування в періодичній таблиці елементів

Кожна з електронних конфігурацій елементів є унікальною, тому вони визначають їх положення в періодичній таблиці елементів. Ця позиція визначається періодом кожного елемента та його атомним номером кількістю електронів, якими володіє атом елемента.

Таким чином, ключовим є використання періодичної таблиці для визначення конфігурації електронів в атомах. Елементи поділяються на групи відповідно до їх електронних конфігурацій:

Кожна орбіталь представлена ​​в конкретних блоках у періодичній таблиці елементів. Наприклад, блоком S орбіталей є область лужних металів, перша група в таблиці і де знайдено шість елементів літію (Li), рубідію (Rb), калію (K), натрію (Na), францію ( Fr) і цезій (Cs), а також водень (H), який є не металом, а газом.

Ця група елементів має електрон, який часто легко втрачається, утворюючи позитивно заряджений іон. Вони є найактивнішими металами і найбільш реакційноздатними.

Водень у цьому випадку є газом, але він знаходиться в групі 1 періодичної таблиці елементів, оскільки він також має лише один електрон. Водень може утворювати іони з одним позитивним зарядом, але для витягування його єдиного електрона потрібно набагато більше енергії, ніж видалення електронів з інших лужних металів. Утворюючи сполуки, водень зазвичай генерує ковалентні зв’язки.

Однак під надзвичайно високим тиском водень перетворюється на металік і поводиться, як і решта елементів його групи. Це відбувається, наприклад, всередині ядра планети Юпітер.

Група 2 відповідає лужноземельним металам, оскільки їх оксиди мають лужно-властиві. Серед елементів цієї групи ми знаходимо магній (Mg) та кальцій (Са). Її орбіталі також належать до рівня S.

Перехідні метали, які відповідають групам 3 - 12 у Періодичній таблиці, мають орбіталі типу D.

Елементи, що переходять від групи 13 до 18 у таблиці, відповідають орбіталям Р. І нарешті елементи, відомі як лантаніди та актиніди, мають орбіталі з назвою F.

Розташування електронів на орбіталях

На орбіталях атома електрони знаходяться як спосіб зниження енергії. Тому, якщо вони прагнуть збільшити енергію, електрони заповнять основні орбітальні рівні, віддаляючись від ядра атома.

Потрібно враховувати, що електрони мають властивість, відому як спін. Це квантове поняття, яке визначає, крім усього іншого, спина електрона всередині орбіталі. Що важливо для визначення вашої позиції в енергетичних підрівнях.

Правила, що визначають положення електронів на орбіталях атома, такі:

• Принцип Ауфбау: Електрони спочатку виходять на орбіталі з найменшою енергією. Цей принцип заснований на схемах енергетичних рівнів певних атомів.

• Принцип виключення Паулі: атомна орбіталь може описати щонайменше два електрони. Це означає, що лише два електрони з різним спіном електронів можуть займати атомну орбіталь.

Це означає, що атомна орбіталь - це енергетичний стан.

• Правило Гунда: Коли електрони займають орбіталі тієї самої енергії, електрони спочатку вийдуть на порожні орбіталі. Це означає, що електрони віддають перевагу паралельним спінам на окремих орбітах енергетичних підрівнів.

Електрони заповнять усі орбіталі в підрівні, перш ніж зустріти протилежні спини.

Спеціальні електронні конфігурації

Також є атоми з особливими випадками енергетичних підрівнів. Коли два електрона займають одну й ту саму орбіталь, вони повинні мати не тільки різні спини (як зазначено в принципі виключення Паулі), але і зв'язок електронів трохи піднімає енергію.

У разі енергетичних підрівнів, наполовину повний і повний повний підрівень знижують енергію атома. Це призводить атом до більшої стійкості.

Список літератури

1. Конфігурація електронів. Відновлено з Wikipedia.com.
2. Електронні конфігурації Вступ. Відновлено з chem.libretexts.org.
3. Орбіталі та облігації. Відновлено з chem.fsu.edu.
4. Періодична таблиця, основні елементи групи. Відновлено з сайту newworldencyclopedia.org.
5. Принципи електричної конфігурації. Відновлено з сайту sartep.com.
6. Електронна конфігурація елементів. Відновлено з science.uwaterloo.ca.
7. Електронний спін. Відновлюється від гіперфізики.phy-astr.gsu.edu.