Σάββατο, 5 Δεκεμβρίου 2015

ΜΑΘΗΜΑ 6: Ηλεκτρονιακή Δομή του Ατόμου (Α' Λυκείου)


Χαλλόου!!!

Σ'αυτό το μάθημα θα δούμε πώς τοποθετούμε τα ηλεκτρόνια που περιφέρονται γύρω από τον πυρήνα του ατόμου σε καθορισμένους χώρους, που λέγονται ηλεκτρονιακές στοιβάδες!

Γενικά, σε ένα άτομο, τα ηλεκτρόνια κινούνται σε διαφορετικούς χώρους γύρω από τον πυρήνα του. Τα ηλεκτρόνια που κινούνται στον ίδιο χώρο, απέχουν περίπου το ίδιο από τον πυρήνα και έχουν την ίδια περίπου ενέργεια. Πάμε στον 1ο ορισμό λοιπόν:

Στοιβάδα ή φλοιός ή ενεργειακή στάθμη ονομάζεται το σύνολο των ηλεκτρονίων που κινούνται στην ίδια περίπου απόσταση από τον πυρήνα και έχουν την ίδια περίπου ενέργεια.

Ηλεκτρονιακές Στοιβάδες
Σε ένα άτομο, ανάλογα με το πόσα ηλεκτρόνια κινούνται γύρω από τον πυρήνα του, μπορεί να υπάρχουν μέχρι 7 ηλεκτρονιακές στοιβάδεςΟι στοιβάδες έχουν τα νικνέημς τους για να καταλαβαίνουμε ποια είναι ποια. Ξεκινώντας από αυτήν που βρίσκεται πιο κοντά στον πυρήνα τα ονόματά τους είναι τα εξής:
K, L, M, N, O, P, Q

Η διπλανή εικόνα δείχνει στο περίπου τις πρώτες στοιβάδες γύρω από τον πυρήνα ενός ατόμου. Λέω "στο περίπου" γιατί οι στοιβάδες δεν είναι κυκλικές και καθορισμένες τροχιές ηλεκτρονίων γύρω από τον πυρήνα. Για παράδειγμα, ένα ηλεκτρόνιο της στοιβάδας L μπορεί να βρεθεί οπουδήποτε μέσα στη στοιβάδα L και δεν ακολουθεί συγκεκριμένη τροχιά. Ένας επιστήμονας, ο Bohr, είχε σχεδιάσει ένα πρότυπο για το άτομο, στο οποίο τα ηλεκτρόνια κινούνται σε κυκλικές τροχιές γύρω από τον πυρήνα (όπως η Γη γύρω από τον Ήλιο), αλλά το πρότυπό του αργότερα απορρίφθηκε και χρησιμοποιείται μόνο για ασκήσεις κυκλικών κινήσεων και ενεργειών στη Φυσική και στη Χημεία.

Ενέργεια Ηλεκτρονίων
Τα ηλεκτρόνια που βρίσκονται πιο κοντά στον πυρήνα, δηλαδή τα ηλεκτρόνια της στοιβάδας Κ, έλκονται ισχυρά από αυτόν κι έτσι τα συγκρατεί ο πυρήνας σταθερά γύρω από το άτομο. Επομένως, δε χρειάζεται να έχουν πολλή ενέργεια για σταθερότητα.

Τα ηλεκτρόνια της στοιβάδας L βρίκονται πιο μακρυά από τον πυρήνα, οι ελκτικές δυνάμεις είναι πιο ασθενείς κι έτσι αυτά τα ηλεκτρόνια πρέπει να έχουν περισσότερη ενέργεια για να παραμένουν σταθερά γύρω από το άτομο.

Προφανώς, όσο απομακρυνόμαστε από τον πυρήνα, οι ελκτικές δυνάμεις εξασθενούν, άρα τα ηλεκτρόνια έχουν όλο και περισσότερη ενέργεια.

Άρα, μεγάλη απόσταση από πυρήνα σημαίνει μικρή έλξη ηλεκτρονίων που σημαίνει πολλή ενέργεια. Ισχύει λοιπόν για τις ηλεκτρονιακές στοιβάδες:

EK < EL < EM < EN < EO < EP < EQ
όπου Ε: ενέργεια στοιβάδας.

Κύριος Κβαντικός Αριθμός, n
Οι ηλεκτρονιακές στοιβάδες, εκτός από τα ονοματάκια τους, έχουν και νούμερα για να τις αναγνωρίζουμε καλύτερα! Κυκλοφορούν με φουλ έξτραζ!

Σε κάθε ηλεκτρονιακή στοιβάδα αντιστοιχεί και ένας αριθμός, ο οποίος ονομάζεται κύριος κβαντικός αριθμός και συμβολίζεται με το λατινικό γράμμα n.

Η στοιβάδα Κ που είναι η έχει κύριο κβαντικό αριθμό 1, η L που είναι η έχει κύριο κβαντικό αριθμό 2 και πάει λέγοντας! Εύκολο!

Αριθμός Ηλεκτρονίων Στοιβάδων
Κάθε στοιβάδα χωράει συγκεκριμένο αριθμό ηλεκτρονίων, δεν μπορούμε να τοποθετήσουμε ένα καζάνι ηλεκτρόνια όπου γουστάρουμε!

Η στοιβάδα, η Κ δηλαδή, με n=1, επειδή είναι πολύ κοντά στον πυρήνα και είναι σχετικά μικρή, χωράει μόνο μέχρι 2 ηλεκτρόνια. Η L με n=2 χωράει μέχρι 8 ηλεκτρόνια, αφού είναι πιο μακριά από τον πυρήνα και καταλαμβάνει περισσότερο χώρο. Υπάρχει ένα τυπάκι για να βρίσκουμε πόσα ηλεκτρόνια χωράει κάθε στοιβάδα:


e = 2n2
Όπου n: κύριος κβαντικός αριθμός στοιβάδας

Παράδειγμα
Πόσα ηλεκτρόνια χωράει η στοιβάδα Μ;

Η στοιβάδα Μ είναι η 3η στοιβάδα (Κ, L, M), άρα έχει κύριο κβαντικό αριθμό n=3. Από τον τύπο στο κίτρινο κουτάκι παραπάνω, βάζουμε όπου n το 3 και κάνουμε τις πραξούλες μας:

e = 2∙32
e = 2∙9
e = 18 ηλεκτρόνια

ΠΡΟΣΟΧΗ: Ο τύπος στο κίτρινο κουτάκι ισχύει μόνο για τις 4 πρώτες στοιβάδες, δηλαδή ισχύει για τις στοιβάδες Κ, L, M και Ν. Τι ισχύει για τις επόμενες στοιβάδες, θα μάθετε εσείς που θα ασχοληθείτε με τη Χημεία στην Γ' Λυκείου σε 2 χρονάκια!

Δείτε λοιπόν, το παρακάτω πινακάκι, το οποίο περιέχει κάποια βασικά πράγματα:

Στοιβάδα
Κύριος Κβαντικός Αριθμός, n
Ενεργειακή Στάθμη
Μέγιστος Αριθμός Ηλεκτρονίων, 2n2
Κ
n = 1
E1
2∙12 = 2
L
n = 2
E2
2∙22 = 8
M
n = 3
E3
2∙32 = 18
N
n = 4
E4
2∙42 = 32
O
n = 5
E5
P
n = 6
E6
Q
n = 7
E7

Κατανομή Ηλεκτρονίων σε Στοιβάδες
Αυτή η παράγραφος είναι ίσως μια από τις πιο σημαντικές στην ύλη της Χημείας της Α' Λυκείου! Δεν υπάρχει περίπτωση να αποφύγετε άσκηση στις εξετάσεις με κατανομή ηλεκτρονίων σε στοιβάδες! Να χαίρεστε, γιατί είναι εξαιρετικά εύκολο θεματάκι και μπορείτε να τσιμπήσετε βαθμούληδες σε άνεση!

Για να τοποθετήσουμε τα ηλεκτρόνια ενός χημικού στοιχείου σε στοιβάδες ακολουθούμε κάποιους κανόνες, που κάνουν τις ασκήσεις να μοιάζουν με κουίζ! Πώς εργαζόμαστε για να το κάνουμε αυτό;

  • Από τον ατομικό αριθμό Ζ του ατόμου ενός χημικού στοιχείου, ο οποίος δείχνει τον αριθμό πρωτονίων, βρίσκουμε τα ηλεκτρόνιά του (Ζ=p=e σε ηλεκτρικά ουδέτερα άτομα).
  • Ξεκινάμε από τη στοιβάδα Κ (την πιο κοντινή στον πυρήνα) και τοποθετούμε ηλεκτρόνια) Μόλις βάλουμε 2 ηλεκτρόνια στην Κ, συνεχίζουμε στην L, η οποία χωράει μέχρι 8. Μόλις γεμίσει και η L, συνεχίζουμε στην επόμενη μέχρι να μας τελειώσουν τα ηλεκτρόνια.
  • Πρέπει να προσέξουμε όμως το εξής: Η εξωτερική στοιβάδα (όποια και να είναι) δεν επιτρέπεται να έχει πάνω από 8 ηλεκτρόνια, εκτός αν είναι η Κ που χωράει μέχρι 2.
  • Η προτελευταία στοιβάδα (όποια και να είναι) θα παίρνει από 8 μέχρι 18 ηλεκτρόνια, εκτός αν είναι η Κ που χωράει μέχρι 2. Αυτός ο κανόνας ισχύει μόνο για την Α' Λυκείου!

Παραδείγματα
Να γίνει η κατανομή των ηλεκτρονίων σε στοιβάδες για τα επόμενα άτομα:
7N (άζωτο), 16S (θείο), 19K (κάλιο), 20Ca (ασβέστιο)

7N: Ζ=7, άρα 7 πρωτόνια που σημαίνει 7 ηλεκτρόνια. Η κατανομή των ηλεκτρονίων του Ν σε στοιβάδες είναι: Κ(2) L(5)

16S: Ζ=16, p=16, e=16, άρα: K(2) L(8) M(6)

19K: Ζ=19, p=19, e=19, άρα:  K(2) L(8) M(8) N(1)
Εδώ, η στοιβάδα Μ χωράει μέχρι 18 ηλεκτρόνια, όμως αν της βάλουμε 9 ηλεκτρόνια θα είναι τελευταία και ο κανόνας λέει πως η τελευταία στοιβάδα δεν μπορεί να έχει πάνω από 8 ηλεκτρόνια. Άρα βάζουμε 8 στην Μ και το τελευταίο ηλεκτρόνιο το τοποθετούμε στην Ν.

20Ca: Ζ=20, p=20, e=20, άρα:  Κ(2) L(8) M(8) N(2)

Αφού συμπληρώσουμε τις στοιβάδες Κ και L, μας μένουν 10 ηλεκτρόνια. Οι κανόνες λένε ότι στην προτελευταία στοιβάδα μπορούμε να βάλουμε 8 ή 18 ηλεκτρόνια και στην τελευταία μέχρι 8. Άρα βάζουμε 8 ηλεκτρόνια στην Μ και 2 ηλεκτρόνια στην Ν και είμαστε άρχοντες.


Κατανομή Ηλεκτρονίων σε Στοιβάδες για Ιόντα
Όταν έχουμε ένα ιόν και θέλουμε να κάνουμε την κατανομή των ηλεκτρονίων του σε στιβάδες, προσέχουμε το φορτίο του για να υπολογίσουμε τον αριθμό των ηλεκτρονίων του.
Κατιόντα (+): Το θετικό φορτίο μάς δείχνει πόσα ηλεκτρόνια έχουν φύγει από το άτομο.
Ανιόντα (–): Το αρνητικό φορτίο μάς δείχνει πόσα ηλεκτρόνια έχουν έρθει το άτομο.

Παραδείγματα
Να γίνει η κατανομή των ηλεκτρονίων σε στοιβάδες για τα επόμενα ιόντα:
12Mg2+ (κατιόν μαγνησίου), 17Cl (ανιόν χλωρίου)

12Mg2+: Το μαγνήσιο έχει χάσει 2 ηλεκτρόνια, άρα αντί για 12 που θα έπρεπε να έχει, έχει 10. Η ηλεκτρονιακή δομή των ηλεκτρονίων του σε στοιβάδες είναι: K(2) L(8).
17Cl: Το χλώριο έχει πάρει 1 ηλεκτρόνιο, άρα αντί για 17, έχει 18. Επομένως, η ηλεκτρονιακή δομή του είναι: Κ(2) L(8) M(8).


Σημείωση: Εμείς θα παίξουμε με ιόντα που θα έχουν πάντα 8 ηλεκτρόνια στην εξωτερική τους στοιβάδα.

Αυτά για σήμερα, γκάυζ εντ γκερλζ!!!
Μπορείτε να κατεβάσετε τις σημειώσεις αυτού του μαθήματος πατώντας στο επόμενο λινκ:



Σιι γιου λέιτερ!!!
Τα Πάντα Είναι Χημεία!!!

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου

Αφήστε το μηνυματάκι σας! ;)