Rafræn dreifing er grundvallarhugtak í efnafræði og eðlisfræði og til að ná tökum á henni þarf góðan skilning á undirliggjandi meginreglum. Til þess að prófa þekkingu þína og efla færni þína höfum við útbúið röð 12 rafrænna dreifingaræfinga. Í þessari grein munum við kanna hverja þessara æfinga í smáatriðum, með áherslu á hagnýtingu þeirra og gefa skýrar og hnitmiðaðar skýringar á úrlausn þeirra. Vertu tilbúinn til að skora á skilning þinn á þessu lykilatriði og bæta rafræna dreifingarfærni þína!
1. Inngangur að rafrænni dreifingu í skammtafræði
Rafeindadreifingin í skammtafræðinni er grundvallarhugtak til að skilja hvernig rafeindir eru skipulagðar í kringum kjarna frumeindarinnar. Í þessum hluta munum við kanna grundvallarreglur þessa efnis og læra hvernig á að beita þeim í mismunandi tilvikum.
Fyrsta skrefið til að skilja rafeindadreifingu er að skilja Pauli útilokunarregluna, sem segir að engar tvær rafeindir í sama atómi geti haft nákvæmlega sama mengi skammtatölu. Þetta þýðir að rafeindir verða að taka mismunandi orkustig og undirstig í atómi.
Í öðru lagi er mikilvægt að kynna sér reglu Aufbaus sem segir til um röðina þar sem svigrúm eru fyllt í atóm. Þessi regla hjálpar okkur að ákvarða í hvaða röð rafeindir dreifast í mismunandi orkustigum og undirstigum. Til dæmis vitum við að stig 1 fyllist fyrir stig 2, og svo framvegis.
2. Grunnhugtök rafdreifingar í efnafræði
Rafræn dreifing í efnafræði er grundvallaratriði til að skilja uppbyggingu og hegðun atóma og sameinda. Þessi dreifing ákvarðar hvernig rafeindirnar eru skipulagðar í kringum atómkjarnann, eftir ákveðnum reglum og meginreglum. Í þessum hluta munum við kanna nokkur grundvallarhugtök um rafræna dreifingu í efnafræði.
Eitt af grundvallarhugtökum í rafrænni dreifingu er Aufbau meginreglan, sem segir að rafeindum er bætt við lægri orku svigrúm fyrst áður en orkumeiri svigrúm fyllast. Þetta þýðir að rafeindirnar eru fylltar í röð eftir vaxandi orku, eftir brautarmyndinni og virða reglu Hunds, sem segir að rafeindir fylli svigrúmin hver fyrir sig og samhliða áður en þau eru pöruð.
Til að tákna rafræna dreifingu atóms er rafeindastillingin notuð sem sýnir hvernig rafeindunum er dreift í mismunandi orkustig og undirstig. Til dæmis er rafeindastilling súrefnisatómsins 1s² 2s² 2p⁴, sem gefur til kynna að það hafi 2 rafeindir á 1s stigi, 2 rafeindir á 2s stigi og 4 rafeindir í 2p stigi.
3. Hvað eru rafrænar dreifingaræfingar og hvers vegna eru þær mikilvægar?
Rafræn dreifingaræfingar eru grundvallartæki í efnafræði til að skilja hvernig rafeindir eru skipulagðar í atómi. Þessar æfingar gera okkur kleift að bera kennsl á rafeindastillingu hvers frumefnis og skilja hvernig svigrúmin eru fyllt af rafeindum.
Rafræn dreifing er mikilvæg vegna þess að hún gerir okkur kleift að spá fyrir um efna- og eðlisfræðilega eiginleika frumefna. Með því að þekkja rafræna uppsetningu frumefnis getum við ákvarðað hvarfvirkni þess, getu þess til að mynda efnatengi og hegðun þess í mismunandi umhverfi.
Það eru mismunandi aðferðir til að leysa þessar æfingar, en þær fylgja allar röð algengra skrefa. Í fyrsta lagi verður þú að þekkja reglurnar um að fylla sporbrautir, eins og Aufbau regluna, Pauli útilokunarregluna og Hunds regluna. Rafeindastillingin er síðan skipulögð á skýringarmynd eða með því að nota bókstafa- og tölustafi. Að lokum er athugað að dreifingin sé í samræmi við áfyllingarreglur og að heildarfjöldi rafeinda sé réttur.
4. Skoraðu á þekkingu þína: 12 rafrænar dreifingaræfingar til að prófa færni þína
Í þessum hluta kynnum við 12 krefjandi rafrænar dreifingaræfingar sem munu reyna á efnafræðikunnáttu þína. Hver þessara æfinga mun skora á þig að beita þekkingu þinni um dreifingu rafeinda á mismunandi stigum og undirstigum atóms. Þeir munu ekki aðeins hjálpa þér að endurskoða grunnatriðin, heldur munu þeir einnig þjálfa þig í að leysa rafræn dreifingarvandamál. á áhrifaríkan hátt.
Fyrir hverja æfingu munum við útvega þér a skref fyrir skref ítarlega hvernig eigi að leysa vandamálið. Að auki munum við gefa þér ráð og dæmi til að auðvelda skilning þinn. Ef þú þarft fljótlega yfirferð yfir grunnatriði rafrænnar dreifingar geturðu notað gagnvirku námskeiðin okkar sem gefa þér heildaryfirsýn yfir efnið.
Að auki mælum við með því að nota verkfæri eins og lotutöflur og Lewis skýringarmyndir til að sjá rafræna dreifingu betur. Þessi verkfæri munu hjálpa þér að bera kennsl á fjölda rafeinda á hverju stigi og undirstigi nákvæmlega. Mundu að lykillinn að því að leysa þessar æfingar er að greina vandlega rafræna uppsetningu hvers atóms og fylgja þeim meginreglum sem settar eru fram með Aufbau meginreglunni, reglu Hunds og reglunni um hámarks snúningsfjölda.
5. Æfing 1: Rafræn dreifing vetnisatómsins
Í þessari æfingu munum við læra að ákvarða rafeindadreifingu vetnisatómsins. Rafeindadreifingin segir okkur hvernig rafeindir dreifast í mismunandi orkustigum og undirstigum atómsins. Þetta er mikilvægt til að skilja eiginleika og hegðun vetnis.
Til að ákvarða rafeindadreifingu vetnisatómsins verðum við að fylgja nokkrum skrefum. Í fyrsta lagi verðum við að vita atómnúmer vetnis, sem er 1. Síðan getum við notað reglu Aufbaus, sem segir að rafeindir fylli lægstu orkustig fyrst, í samræmi við meginreglu Hunds um hámarksfjölda.
Við byrjum á því að fylla stig 1, sem getur innihaldið allt að 2 rafeindir. Næsta stig er stig 2, sem getur einnig haldið allt að 2 rafeindum. Að lokum getur stig 3 innihaldið allt að 8 rafeindir. Með því að nota þessar upplýsingar getum við ákvarðað heildar rafræn dreifingu vetnisatómsins.
6. Æfing 2: Rafræn dreifing kolefnisatómsins
Kolefnisatómið er eitt mikilvægasta frumefnið í lífrænni efnafræði. Rafræn dreifing þess ákvarðar hvernig kolefnisatóm sameinast öðrum frumefnum. Til að ákvarða rafeindadreifingu kolefnisatómsins þarf að fara eftir sumum lykilskref.
Fyrst af öllu er mikilvægt að muna að kolefnisatómið hefur 6 rafeindir. Þessar rafeindir eru dreifðar í mismunandi orkustigum sem kallast skeljar. Fyrsta orkustigið, eða skel 1, getur innihaldið allt að 2 rafeindir. Annað orkustig, eða skel 2, getur innihaldið allt að 8 rafeindir. Til að ákvarða rafeindadreifingu kolefnisatómsins verður að fylla þessar skeljar í röð eftir aukinni orku.
Kolefnisatómið hefur eftirfarandi rafeindadreifingu: 1s2 2s2 2p2. Þetta þýðir að fyrstu 2 rafeindirnar finnast í skel 1, í 1s sporbrautinni. Næstu 2 rafeindir finnast í skel 2, í 2s sporbrautinni. Síðustu 2 rafeindirnar finnast í skel 2, í 2p sporbrautinni. Þessi rafeindadreifing segir okkur hvernig rafeindunum er raðað í mismunandi sporbrautir kolefnisatómsins.
7. Æfing 3: Rafræn dreifing klórjónarinnar
Til að ákvarða rafeindadreifingu klórjónarinnar verðum við fyrst að muna að klórjónin, Cl-, hefur fengið rafeind, sem þýðir það Það hefur nú umfram neikvæða hleðslu. Þetta hefur áhrif á hvernig rafeindir dreifast um orkustig atómsins. Hér að neðan er skref fyrir skref hvernig á að leysa þetta vandamál:
1. Þekkja atómnúmer klórs á lotukerfinu. Atómnúmer klórs er 17, sem þýðir að það hefur 17 rafeindir í upprunalegu hlutlausu ástandi.
2. Eftir að hafa fengið eina rafeind hefur klór nú 18 rafeindir samtals. Til að ákvarða rafeindadreifingu skaltu hafa í huga að rafeindir fylla orkustig í ákveðinni röð: 2, 8, 8, 1. Þetta þýðir að fyrstu 2 rafeindirnar fylla orkustig 1, næstu 8 fylla orkustig 2. af orku 8 , næstu 3 fylla orkustig 4 og síðasta rafeind tekur orkustig XNUMX. Athugaðu að hærri orkustig eru lengra frá kjarnanum og hafa meiri getu til að halda rafeindum.
3. Þess vegna væri rafræn dreifing klórjónarinnar eftirfarandi: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6. Þessi niðurstaða segir okkur að klór hefur samtals 18 rafeindir sem dreifast í mismunandi orkustigum. Að auki, með því að verða jón með hleðslu upp á -1, öðlast hún meiri stöðugleika vegna fullkominnar fyllingar á ysta orkustigi hennar.
8. Æfing 4: Rafræn dreifing súrefnisatómsins
Súrefnisatómið hefur atómnúmerið 8, sem gefur til kynna að það hafi 8 rafeindir í rafrænni stillingu. Til að ákvarða rafræna dreifingu súrefnisatómsins verðum við að fylgja skref-fyrir-skref ferli. Í fyrsta lagi verðum við að muna að rafeindum er dreift á mismunandi orkustig, þekkt sem skeljar. Fyrsta skelin næst kjarnanum getur innihaldið allt að 2 rafeindir, önnur allt að 8 rafeindir og sú þriðja allt að 8 rafeindir.
Fyrir súrefnisatómið byrjum við á því að fylla skelina sem er næst kjarnanum, sem er fyrsta skel. Við setjum 2 rafeindir í þessa skel. Síðan förum við yfir í næstu skel og setjum þær 6 rafeindir sem eftir eru. Þetta gefur okkur rafeindadreifingu upp á 2 í fyrra lagi og 6 í öðru lagi. Ein leið til að tákna þetta er að skrifa rafræna stillingu súrefnis sem 1s2 2s2 2p4.
Hægt er að sjá rafræna dreifingu súrefnisatómsins sem uppsetningu þar sem rafeindirnar fylla mismunandi skeljar og undirskel samkvæmt reglu Aufbaus. Það er mikilvægt að nefna að þessi rafræn dreifing hjálpar okkur að skilja hvernig neikvæð hleðsla rafeinda er skipulögð innan súrefnisatómsins og hvernig þær hafa samskipti við önnur frumeindir í efnatengjum. Að hafa þessar upplýsingar er nauðsynlegt til að skilja efnafræðilega aðferðir og eiginleika súrefnis í mismunandi efnahvörfum.
9. Æfing 5: Rafræn dreifing járnjónarinnar (Fe2+)
Í þessari æfingu munum við læra að ákvarða rafræna dreifingu járnjónarinnar (Fe2+). Járn er umbreytingarþáttur og hægt er að ákvarða rafræna uppsetningu þess með því að nota aufbau regluna og Pauli útilokunarregluna.
Til að byrja með verðum við að muna að járn hefur atómnúmerið 26, sem þýðir að það hefur 26 rafeindir. Með því að missa tvær rafeindir til að mynda Fe2+ jónina mun rafræn dreifing hennar breytast.
Fyrsta skrefið er að skrifa rafræna uppsetningu hlutlausa járnatómsins. Þetta er gert með því að nota orkustigsmyndina eða reglu Aufbaus. Rafræn uppsetning hlutlauss Fe er 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6. Nú verðum við að taka með í reikninginn að járn(II) jónin hefur misst tvær rafeindir, þannig að við verðum að útrýma ystu rafeindunum, eftir Pauli útilokunarreglunni. Rafræn dreifing verður 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6. Þessi rafræn dreifing er rafræn dreifing járn(II) jónarinnar..
10. Æfing 6: Rafræn dreifing kalsíumjónarinnar (Ca2+)
Í þessari æfingu verður rafræn dreifing kalsíumjónarinnar (Ca2+) greind. Til að leysa þetta vandamál er nauðsynlegt að skilja rafræna uppsetningu kalsíums og hvernig því er breytt í jákvæða jón.
Kalsíum hefur lotunúmerið 20, sem þýðir að það hefur 20 rafeindir í hlutlausu ástandi. Rafræn uppsetning kalsíums í grunnstöðu þess er 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2. Hins vegar, þegar kalsíum tapar tveimur rafeindum til að mynda Ca2+ jónina breytist rafræn dreifing hennar.
Þegar við týnum rafeindunum tveimur úr 4s skelinni verður rafeindadreifing kalsíumjónarinnar 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6. Þetta þýðir að kalsíumjónin hefur rafeindabyggingu svipað og eðgasið argon. Með því að skilja þessa rafrænu dreifingu getum við skilið hegðun og eiginleika kalsíumjónarinnar í efnahvörfum og í samspili hennar við aðrar efnategundir.
11. Dreifing 7: Rafræn dreifing köfnunarefnisatómsins
Til að leysa rafeindadreifingaræfinguna fyrir köfnunarefnisatómið verðum við að fylgja nokkrum lykilskrefum. Í fyrsta lagi er mikilvægt að muna að köfnunarefnisatómið hefur atómnúmerið 7, sem þýðir að það hefur 7 rafeindir.
Næsta skref er að ákvarða í hvaða röð svigrúmin eru fyllt. Til að gera þetta notum við aufbau meginregluna sem segir að svigrúm séu fyllt í hækkandi röð orku. Síðan er rafeindunum dreift í svigrúmin eftir aufbau meginreglunni þar til rafeindirnar eru uppurnar.
Þegar um köfnunarefni er að ræða byrjum við á því að fylla 1s sporbrautina sem getur að hámarki geymt 2 rafeindir. Næst fyllum við 2s sporbrautina með 2 rafeindum til viðbótar. Næst fyllum við p svigrúmin þrjú (2px, 2py og 2pz) með hinum 3 rafeindum sem eftir eru. Að lokum athugum við að við höfum notað 7 tiltækar rafeindir og höfum fyllt allar svigrúmin frá lægstu til hæstu orku.
12. Æfing 8: Rafræn dreifing brennisteinsatómsins
Brennisteinn er efnafræðilegt frumefni með atómnúmerið 16 og táknið S. Til að ákvarða rafeindadreifingu brennisteinsatómsins er nauðsynlegt að þekkja uppbyggingu atómsins og rafeindastillingu. Rafeindastilling brennisteins er fengin með því að fylgja reglu Aufbau skýringarmyndarinnar, sem segir að rafeindir atóms séu fylltar í vaxandi röð orku.
Fyrsta skrefið til að ákvarða rafeindadreifingu brennisteinsatómsins er að vita atómnúmer þess, sem í þessu tilfelli er 16. Þaðan þarf að úthluta rafeindunum á mismunandi orkustig: stig 1 getur innihaldið allt að 2 rafeindir, stig 2 allt að 8 rafeindir og stig 3 upp í 6 rafeindir. Eftir þessari reglu er rafeindum úthlutað frá hæstu til lægstu orku þar til atómnúmerinu er náð.
Þegar um brennistein er að ræða getur rafræn dreifing verið táknuð sem hér segir: 1s22s22p63s23p4. Þetta gefur til kynna að stig 1 inniheldur 2 rafeindir, stig 2 inniheldur 8 rafeindir, stig 3 inniheldur 2 rafeindir í s undirstigi og 4 rafeindir í p undirstigi. Það er mikilvægt að hafa í huga að fjöldi rafeinda í hverju stigi verður að vera jöfn atómnúmeri frumefnisins.
13. Æfing 9: Rafræn dreifing magnesíumjónarinnar (Mg2+)
Þegar magnesíumjónin (Mg2+) hefur verið mynduð er mikilvægt að þekkja rafræna dreifingu hennar til að skilja betur Eignirnar hans efni. Rafræn dreifingin lýsir því hvernig rafeindir dreifast í mismunandi skeljum og undirskeljum atóms eða jónar. Þegar um er að ræða magnesíumjón, getum við ákvarðað rafræna dreifingu hennar með því að nota meginregluna um að smíða eða fá rafræna uppsetningu.
Magnesíumjónin (Mg2+) hefur jákvæða hleðslu 2+, sem þýðir að hún hefur misst tvær rafeindir miðað við hlutlausa magnesíumatómið. Þetta gefur til kynna að það hafi nú 10 rafeindir í stað upprunalegu 12. Til að ákvarða rafræna dreifingu Mg2+ verðum við að úthluta þessum 10 rafeindum á mismunandi skeljar og undirskel samkvæmt byggingarreglunni.
Við byrjum á því að tengja rafeindirnar á innstu skelina, sem er sú fyrsta (n = 1). Þar sem rafeindir fylla í hækkandi röð orku, er fyrstu rafeindinni úthlutað á 1s undirstigið. Síðan er næstu átta rafeindunum úthlutað í aðra skelina (n = 2), á 2s og 2p undirstigið. Hins vegar, þar sem magnesíumjónin hefur misst tvær rafeindir, eigum við aðeins tvær rafeindir eftir til að úthluta. Þessar eru settar í 2s undirstigið, þannig að 2p undirstigið er tómt. Þess vegna er rafdreifing magnesíumjónarinnar (Mg2+) 1s2 2s2.
14. Æfing 10: Rafræn dreifing litíumatómsins
Litíumatómið hefur ákveðna rafeindastillingu sem ákvarðar hvernig rafeindir þess dreifast í mismunandi orkustigum og undirstigum. Til að ákvarða þessa rafrænu dreifingu getum við notað Aufbau regluna og Hund reglurnar og hámarksfjölda jafnorkureglur.
Hægt er að ákvarða rafræna uppsetningu litíumatómsins með því að fylgja eftirfarandi skrefum:
1. Ákveðið atómnúmer litíums, sem er 3. Þetta segir okkur að litíumatómið hefur þrjár rafeindir.
2. Finndu rafeindirnar í mismunandi orkustigum og undirstigum. Fyrsta orkustigið, þekkt sem K stig, getur innihaldið að hámarki 2 rafeindir, en annað orkustig, þekkt sem L stig, getur innihaldið að hámarki 8 rafeindir.
3. Settu fyrst rafeindirnar í K stiginu. Litíum hefur eina rafeind í K stiginu.
4. Settu þær rafeindir sem eftir eru í stigi L. Litíum hefur tvær rafeindir í stigi L.
5. Rafræn dreifing litíumatómsins er 1s² 2s¹. Þetta gefur til kynna að litíum hafi eina rafeind í K-stigi og tvær rafeindir í L-stigi.
Það er mikilvægt að hafa í huga að rafræn dreifing litíumatómsins fylgir reglum skammtafræðinnar, sem segja okkur hvernig mismunandi orkustig og undirstig eru fyllt. Rafræn uppsetning litíums veitir okkur upplýsingar um dreifingu rafeinda þess og stöðugleika þess í jörðu.
Í stuttu máli eru rafrænu dreifingaræfingarnar sem kynntar eru grundvallaratriði til að prófa og styrkja þekkingu þína á þessu mikilvæga sviði efnafræði. Í gegnum þau hefur þú fengið tækifæri til að kynnast þeim reglum sem gilda um dreifingu rafeinda á mismunandi stigum og undirstigum atóma.
Með því að leysa þessar æfingar hefur þú getað prófað hæfni þína til að beita grundvallarreglum rafrænnar dreifingar eins og Aufbau-reglu, Pauli-útilokunarreglu og Hund-reglu. Að auki hefur þú lært að nota lotukerfið til að ákvarða fjölda rafeinda á hverju stigi og undirstigi.
Það er mikilvægt að undirstrika að rafræn dreifing skiptir sköpum til að skilja eiginleika og hegðun efnafræðilegra frumefna. Með því að ná tökum á hugtökum og færni sem tengjast þessum æfingum verður þú tilbúinn til að auka skilning þinn á frumeindabyggingu og efnafræði almennt.
Mundu að stöðugar æfingar og lausnaræfingar eru lykillinn að því að efla þekkingu þína. Við mælum með því að þú haldir áfram að kanna svipaðar æfingar og kafa ofan í aðra þætti sem tengjast rafrænni dreifingu. Þetta gerir þér kleift að bæta færni þína og þróa traustan grunn á sviði svo mikilvægt eins og efnafræði.
Að lokum, að leysa þessar rafrænu dreifingaræfingar hefur gefið þér tækifæri til að prófa þekkingu þína og færni á þessu mikilvæga sviði efnafræði. Með því að halda áfram að æfa og kanna þetta efni ertu á leiðinni til að verða sérfræðingur í rafrænni dreifingu og styrkja grunn þinn í efnafræði almennt.
Ég er Sebastián Vidal, tölvuverkfræðingur með brennandi áhuga á tækni og DIY. Ennfremur er ég skapari tecnobits.com, þar sem ég deili kennsluefni til að gera tækni aðgengilegri og skiljanlegri fyrir alla.