מבנה החומרים מעניין אנשים מאז שנוצרה ההזדמנות לא לדאוג לאוכל וללמוד את העולם שסביבנו. תופעות כמו בצורת, שיטפונות, ברק, האנושות המבועתת. אי ידיעת ההסברים שלהם הובילה לאמונה באלים רעים שונים הדורשים קורבנות. לכן אנשים התחילו לחקור תופעות טבע, בשאיפה לחזות אותן ולהתעמק במבנה החומרים. הם חקרו את מבנה האטום והציגו את שני המושגים החשובים הבאים בכימיה: רמת אנרגיה ותת-רמה.
דרישות מוקדמות לגילוי הכימיקלים הקטנים ביותר
היוונים הקדמונים ניחשו לגבי החלקיקים הקטנים המרכיבים חומרים. הם גילו תגלית מוזרה: מדרגות השיש, שאנשים רבים עברו עליהן במשך כמה עשורים, שינו את צורתן! זה הוביל למסקנה שרגלי העבר לוקחים איתה איזו פיסת אבן. תופעה זו רחוקה מלהבין את קיומה של רמת אנרגיה בכימיה, אלא דווקא עםהכל התחיל. המדע החל להתפתח בהדרגה ולהתעמק במבנה של יסודות כימיים ותרכובותיהם.
תחילת המחקר של מבנה האטום
אטום התגלה בתחילת המאה ה-20 באמצעות ניסויים בחשמל. הוא נחשב לנייטרלי מבחינה חשמלית, אך היו לו חלקיקים מרכיבים חיוביים ושליליים. מדענים רצו לגלות את התפלגותם בתוך האטום. הוצעו כמה דגמים, לאחד מהם אף היה השם "לחמניית צימוקים". הפיזיקאי הבריטי ארנסט רתרפורד ערך ניסוי שהראה שגרעין חיובי ממוקם במרכז האטום, והמטען השלילי נמצא באלקטרונים הקטנים שמסתובבים סביבו.
גילוי רמת האנרגיה בכימיה היווה פריצת דרך גדולה בחקר המבנה של חומרים ותופעות.
רמת אנרגיה
במהלך חקר תכונות הכימיקלים התברר שלכל יסוד יש רמות משלו. לדוגמה, לחמצן יש ערכת מבנה אחת, בעוד לחנקן יש מבנה שונה לחלוטין, אם כי מספר האטומים שלהם שונה רק באחד. אז מהי רמת אנרגיה? אלו הן שכבות אלקטרוניות, המורכבות מאלקטרונים, שנוצרות עקב עוצמת המשיכה השונה שלהן לגרעין האטום. חלקם קרובים יותר, בעוד אחרים רחוקים יותר. כלומר, האלקטרונים העליונים "לוחצים" על התחתונים.
מספר רמות האנרגיה בכימיה שווה למספר התקופה בטבלה המחזורית של D. I. Mendeleev. המספר הגדול ביותר של אלקטרונים שנמצאים ברמת אנרגיה נתונה נקבע על ידי הנוסחה הבאה: 2n2, כאשר n הוא מספר הרמה.לפיכך, לא ניתן לאתר יותר משני אלקטרונים ברמת האנרגיה הראשונה, לא יותר משמונה בשנייה, שמונה עשר בשלישית, וכן הלאה.
לכל אטום יש רמה הכי רחוקה מהגרעין שלו. זה הקיצוני, או האחרון, והוא נקרא רמת האנרגיה החיצונית. מספר האלקטרונים שעליו עבור אלמנטים של תת הקבוצות הראשיות שווה למספר הקבוצה.
כדי לבנות דיאגרמה של אטום ורמות האנרגיה שלו בכימיה, עליך לפעול לפי התוכנית הזו:
- קבע את מספר כל האלקטרונים של אטום של יסוד נתון, השווה למספרו הסידורי;
- קבע את מספר רמות האנרגיה לפי מספר תקופה;
- קבע את מספר האלקטרונים בכל רמת אנרגיה.
ראה להלן דוגמאות לרמות האנרגיה של חלק מהאלמנטים.
תת-רמות אנרגיה
באטומים, בנוסף לרמות האנרגיה, יש גם תת-רמות. בכל רמה, בהתאם למספר האלקטרונים שעליה, מתמלאות תת-רמות מסוימות. מאופן מילוי רמת המשנה, מובחנים ארבעה סוגי אלמנטים:
- S-elements. תת-רמות ה-s מלאות, שיכולות להכיל לא יותר משני אלקטרונים. אלה כוללים את שני הפריטים הראשונים מכל תקופה;
- P-elements. ביסודות אלה, לא יכולים להיות יותר משישה אלקטרונים הממוקמים על תת-ה-p;
- D-elements. אלה כוללים אלמנטים של תקופות גדולות (עשורים) הממוקמים בין s- לp-elements;
- F-elements. מילוי תת-ה-f מתרחש באקטינידים ולנטאנידים הממוקמים בתקופה השישית והשביעית.
