הפצה אלקטרונית היא מושג בסיסי בכימיה ובפיזיקה, והשליטה בה דורשת הבנה מוצקה של העקרונות הבסיסיים. על מנת לבחון את הידע שלך ולחזק את כישוריך, הכנו סדרה של 12 תרגילי הפצה אלקטרוניים. במאמר זה, נחקור כל אחד מהתרגילים הללו בפירוט, תוך התמקדות ביישומם המעשי ונספק הסברים ברורים ותמציתיים לפתרון שלהם. התכונן לאתגר את ההבנה שלך בנושא מפתח זה ולשפר את כישורי ההפצה האלקטרונית שלך!
1. מבוא להפצה אלקטרונית בתורת הקוונטים
התפלגות האלקטרונים בתורת הקוונטים היא מושג בסיסי להבנת האופן שבו אלקטרונים מאורגנים סביב הגרעין באטום. בחלק זה, נחקור את העקרונות הבסיסיים של נושא זה ונלמד כיצד ליישם אותם במקרים שונים.
הצעד הראשון בהבנת התפלגות האלקטרונים הוא להבין את עקרון ההרחקה של פאולי, הקובע שאין לשני אלקטרונים באותו אטום בדיוק אותה קבוצה של מספרים קוונטיים. המשמעות היא שהאלקטרונים חייבים לתפוס רמות אנרגיה ותת-רמות שונות באטום.
שנית, חשוב להכיר את הכלל של Aufbau, הקובע את הרצף שבו ממלאים אורביטלים באטום. כלל זה עוזר לנו לקבוע את הסדר שבו אלקטרונים מופצים ברמות האנרגיה וברמות המשנה השונות. לדוגמה, אנו יודעים שרמה 1 מתמלאת לפני רמה 2, וכן הלאה.
2. מושגי יסוד של הפצה אלקטרונית בכימיה
הפצה אלקטרונית בכימיה היא כלי בסיסי להבנת המבנה וההתנהגות של אטומים ומולקולות. התפלגות זו קובעת כיצד האלקטרונים מאורגנים סביב גרעין האטום, בהתאם לכללים ועקרונות מסוימים. בחלק זה, נחקור כמה מושגים בסיסיים על הפצה אלקטרונית בכימיה.
אחד המושגים הבסיסיים בהפצה אלקטרונית הוא עיקרון Aufbau, הקובע שאלקטרונים מתווספים למסלולי אנרגיה נמוכים תחילה לפני מילוי אורביטלים באנרגיה גבוהה יותר. המשמעות היא שהאלקטרונים מתמלאים לפי סדר הגדלת האנרגיה, בהתאם לתרשים האורביטלי ומכבד את הכלל של הונד, הקובע שאלקטרונים ממלאים את האורביטלים בנפרד ובמקביל לפני הזיווג.
כדי לייצג את ההתפלגות האלקטרונית של אטום, נעשה שימוש בתצורה האלקטרונית, המראה כיצד האלקטרונים מתפזרים ברמות האנרגיה וברמות המשנה השונות. לדוגמה, התצורה האלקטרונית של אטום החמצן היא 1s² 2s² 2p⁴, מה שמצביע על כך שיש לו 2 אלקטרונים ברמת 1s, 2 אלקטרונים ברמת 2s ו-4 אלקטרונים ברמת 2p.
3. מהם תרגילי הפצה אלקטרוניים ולמה הם חשובים?
תרגילי הפצה אלקטרונית הם כלי בסיסי בכימיה כדי להבין כיצד אלקטרונים מאורגנים באטום. תרגילים אלו מאפשרים לנו לזהות את התצורה האלקטרונית של כל אלמנט ולהבין כיצד האורביטלים מתמלאים באלקטרונים.
ההתפלגות האלקטרונית חשובה מכיוון שהיא מאפשרת לנו לחזות את התכונות הכימיות והפיזיקליות של יסודות. על ידי הכרת התצורה האלקטרונית של יסוד, נוכל לקבוע את התגובתיות שלו, את יכולתו ליצור קשרים כימיים ואת התנהגותו בסביבות שונות.
ישנן שיטות שונות לפתור את התרגילים הללו, אך כולן עוקבות אחר סדרה של שלבים נפוצים. ראשית, עליך להכיר את הכללים למילוי אורביטלים, כגון הכלל של Aufbau, עקרון ההרחקה של פאולי וכלל הונד. לאחר מכן תצורת האלקטרונים מאורגנת על דיאגרמה או באמצעות סימון אותיות ומספרים. לבסוף, בודקים שהחלוקה תואמת את כללי המילוי ושהמספר הכולל של האלקטרונים נכון.
4. אתגר את הידע שלך: 12 תרגילי הפצה אלקטרוניים לבדיקת כישוריך
בחלק זה, אנו מציגים 12 תרגילי הפצה אלקטרוניים מאתגרים אשר יבחנו את כישורי הכימיה שלך. כל אחד מהתרגילים הללו יאתגר אותך ליישם את הידע שלך על התפלגות אלקטרונים ברמות ותת-הרמות השונות של אטום. לא רק שהם יעזרו לך לסקור את היסודות, אלא הם גם יעניקו לך תרגול בפתרון בעיות הפצה אלקטרונית. ביעילות.
עבור כל אחד מהתרגילים נספק לך א Paso Paso מפורט כיצד לפתור את הבעיה. בנוסף, ניתן לך טיפים ודוגמאות כדי להקל על ההבנה שלך. אם אתה צריך סקירה מהירה של היסודות של הפצה אלקטרונית, אתה יכול להשתמש במדריכים האינטראקטיביים שלנו, שיתנו לך סקירה מלאה של הנושא.
בנוסף, אנו ממליצים להשתמש בכלים כגון טבלאות מחזוריות ודיאגרמות לואיס כדי לדמיין את ההפצה האלקטרונית בצורה ברורה יותר. כלים אלה יעזרו לך לזהות במדויק את מספר האלקטרונים בכל רמה ותת-רמה. זכרו שהמפתח לפתרון התרגילים הללו הוא לנתח בקפידה את התצורה האלקטרונית של כל אטום ולעקוב אחר העקרונות שנקבעו על ידי עקרון האאופבאו, חוק האנד וכלל ריבוי הספין המרבי.
5. תרגיל 1: חלוקה אלקטרונית של אטום המימן
בתרגיל זה נלמד לקבוע את ההתפלגות האלקטרונית של אטום המימן. ההתפלגות האלקטרונית מספרת לנו כיצד אלקטרונים מופצים ברמות האנרגיה וברמות המשנה השונות של האטום. זה חשוב להבנת התכונות וההתנהגות של מימן.
כדי לקבוע את ההתפלגות האלקטרונית של אטום המימן, עלינו לבצע כמה שלבים. ראשית, עלינו לדעת את המספר האטומי של מימן, שהוא 1. לאחר מכן, נוכל להשתמש בכלל של Aufbau, הקובע שאלקטרונים ממלאים תחילה את רמות האנרגיה הנמוכות ביותר, בהתאם לעקרון הריבוי המקסימלי של הונד.
נתחיל במילוי רמה 1 שיכולה להכיל עד 2 אלקטרונים. הרמה הבאה היא רמה 2, שיכולה להכיל גם עד 2 אלקטרונים. לבסוף, רמה 3 יכולה להכיל עד 8 אלקטרונים. באמצעות מידע זה, אנו יכולים לקבוע את ההתפלגות האלקטרונית המלאה של אטום המימן.
6. תרגיל 2: חלוקה אלקטרונית של אטום הפחמן
אטום הפחמן הוא אחד היסודות החשובים ביותר בכימיה אורגנית. החלוקה האלקטרונית שלו קובעת את האופן שבו אטומי פחמן מתחברים עם יסודות אחרים. כדי לקבוע את ההתפלגות האלקטרונית של אטום הפחמן, יש לעקוב אחר חלק צעדים מרכזיים.
קודם כל, חשוב לזכור שבאטום הפחמן יש 6 אלקטרונים. אלקטרונים אלו מופצים ברמות אנרגיה שונות הנקראות קונכיות. רמת האנרגיה הראשונה, או מעטפת 1, יכולה להכיל עד 2 אלקטרונים. רמת האנרגיה השנייה, או מעטפת 2, יכולה להכיל עד 8 אלקטרונים. כדי לקבוע את ההתפלגות האלקטרונית של אטום הפחמן, יש למלא קליפות אלה לפי סדר הגדלת האנרגיה.
לאטום הפחמן יש את ההתפלגות האלקטרונית הבאה: 1s2 2s2 2p2. המשמעות היא ש-2 האלקטרונים הראשונים נמצאים במעטפת 1, במסלול 1s. 2 האלקטרונים הבאים נמצאים במעטפת 2, במסלול 2s. 2 האלקטרונים האחרונים נמצאים במעטפת 2, במסלול 2p. התפלגות אלקטרונית זו מספרת לנו כיצד האלקטרונים מסודרים באורביטלים השונים של אטום הפחמן.
7. תרגיל 3: חלוקה אלקטרונית של יון הכלור
כדי לקבוע את ההתפלגות האלקטרונית של יון הכלור, עלינו לזכור תחילה שיון הכלור, Cl-, צבר אלקטרון, מה שאומר ש כעת יש לו עודף של מטען שלילי. זה משפיע על האופן שבו אלקטרונים מופצים על פני רמות האנרגיה של האטום. להלן שלב אחר שלב כיצד לפתור הבעיה הזו:
1. זהה את המספר האטומי של הכלור בטבלה המחזורית. המספר האטומי של הכלור הוא 17, כלומר יש לו 17 אלקטרונים במצבו הנייטרלי המקורי.
2. לאחר השגת אלקטרון אחד, לכלור יש כעת 18 אלקטרונים בסך הכל. כדי לקבוע את התפלגות האלקטרונים, זכור כי אלקטרונים ממלאים רמות אנרגיה בסדר מסוים: 2, 8, 8, 1. זה אומר ש-2 האלקטרונים הראשונים ממלאים את רמת האנרגיה 1, 8 הבאים ממלאים את רמת האנרגיה 2. של אנרגיה 8 , 3 הבאים ממלאים את רמת האנרגיה 4 והאלקטרון האחרון תופס את רמת האנרגיה XNUMX. שימו לב שרמות אנרגיה גבוהות יותר רחוקות מהגרעין ויש להן יכולת גדולה יותר להחזיק אלקטרונים.
3. לכן, ההתפלגות האלקטרונית של יון הכלור תהיה הבאה: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6. תוצאה זו אומרת לנו שלכלור יש בסך הכל 18 אלקטרונים המפוזרים ברמות אנרגיה שונות. בנוסף, על ידי הפיכתו ליון עם מטען של -1, הוא מקבל יציבות רבה יותר עקב מילוי מלא של רמת האנרגיה החיצונית שלו.
8. תרגיל 4: חלוקה אלקטרונית של אטום החמצן
לאטום החמצן יש מספר אטומי של 8, מה שמצביע על כך שיש לו 8 אלקטרונים בתצורה האלקטרונית שלו. כדי לקבוע את ההתפלגות האלקטרונית של אטום החמצן, עלינו לבצע תהליך שלב אחר שלב. קודם כל, עלינו לזכור שהאלקטרונים מופצים ברמות אנרגיה שונות, המכונות קונכיות. הקליפה הראשונה הקרובה ביותר לגרעין יכולה להכיל עד 2 אלקטרונים, השנייה עד 8 אלקטרונים, והשלישית עד 8 אלקטרונים.
עבור אטום החמצן, אנו מתחילים במילוי הקליפה הקרובה ביותר לגרעין, שהיא הקליפה הראשונה. אנו מניחים 2 אלקטרונים בקליפה זו. לאחר מכן, אנו עוברים לקליפה הבאה ומניחים את 6 האלקטרונים הנותרים. זה נותן לנו התפלגות אלקטרונים של 2 בשכבה הראשונה ו-6 בשכבה השנייה. אחת הדרכים לייצג זאת היא לכתוב את התצורה האלקטרונית של חמצן כ-1s2 2s2 2p4.
ניתן להמחיש את ההתפלגות האלקטרונית של אטום החמצן כתצורה שבה האלקטרונים ממלאים את הקונכיות ותת הקונכיות השונות לפי הכלל של Aufbau. חשוב להזכיר שהחלוקה האלקטרונית הזו עוזרת לנו להבין כיצד המטען השלילי של האלקטרונים מאורגן בתוך אטום החמצן וכיצד הם מתקשרים עם אטומים אחרים בקשרים כימיים. מידע זה חיוני כדי להבין את המנגנונים הכימיים והתכונות של חמצן בתגובות כימיות שונות.
9. תרגיל 5: חלוקה אלקטרונית של יון הברזל (Fe2+)
בתרגיל זה נלמד לקבוע את ההתפלגות האלקטרונית של יון הברזל (Fe2+). ברזל הוא אלמנט מעבר וניתן לקבוע את התצורה האלקטרונית שלו באמצעות כלל ה-aufbau ועקרון ההרחקה של פאולי.
כדי להתחיל, עלינו לזכור שלברזל יש מספר אטומי של 26, כלומר יש לו 26 אלקטרונים. על ידי איבוד שני אלקטרונים ליצירת יון Fe2+, ההתפלגות האלקטרונית שלו תשתנה.
הצעד הראשון הוא לכתוב את התצורה האלקטרונית של אטום הברזל הנייטרלי. זה נעשה באמצעות דיאגרמת רמת האנרגיה או הכלל של Aufbau. התצורה האלקטרונית של Fe ניטרלי היא 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6. כעת, עלינו לקחת בחשבון שיון הברזל(II) איבד שני אלקטרונים, ולכן עלינו לחסל את האלקטרונים החיצוניים ביותר, בהתאם לעקרון ההרחקה של פאולי. ההפצה האלקטרונית שתתקבל תהיה 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6. הפצה אלקטרונית זו היא ההפצה האלקטרונית של יון הברזל(II)..
10. תרגיל 6: חלוקה אלקטרונית של יון הסידן (Ca2+)
בתרגיל זה תנתח ההתפלגות האלקטרונית של יון הסידן (Ca2+). כדי לפתור בעיה זו, יש צורך להבין את התצורה האלקטרונית של סידן וכיצד הוא הופך ליון חיובי.
לסידן יש מספר אטומי של 20, כלומר יש לו 20 אלקטרונים במצבו הנייטרלי. התצורה האלקטרונית של סידן במצב היסוד שלו היא 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2. עם זאת, כאשר סידן מאבד שני אלקטרונים ליצירת יון Ca2+, ההתפלגות האלקטרונית שלו משתנה.
כאשר אנו מאבדים את שני האלקטרונים ממעטפת ה-4s, ההתפלגות האלקטרונית של יון הסידן הופכת ל-1s2 2s2 2p6 3s2 3p6. המשמעות היא שליון הסידן יש מבנה אלקטרוני הדומה לזה של הגז האציל ארגון. על ידי הבנת התפלגות אלקטרונית זו, אנו יכולים להבין את ההתנהגות והתכונות של יון הסידן בתגובות כימיות ובאינטראקציה שלו עם מינים כימיים אחרים.
11. תרגיל 7: חלוקה אלקטרונית של אטום החנקן
כדי לפתור את תרגיל חלוקת האלקטרונים עבור אטום החנקן, עלינו לבצע כמה שלבים מרכזיים. ראשית, חשוב לזכור שלאטום החנקן יש מספר אטומי של 7, כלומר יש לו 7 אלקטרונים.
השלב הבא הוא לקבוע את סדר מילוי האורביטלים. לשם כך, אנו משתמשים בעקרון האאופבאו, הקובע שהאורביטלים מתמלאים בסדר עולה של אנרגיה. לאחר מכן, האלקטרונים מופצים באורביטלים בהתאם לעקרון האאופבאו עד למיצוי האלקטרונים.
במקרה של חנקן, אנו מתחילים במילוי מסלול ה-1s, שיכול להכיל מקסימום 2 אלקטרונים. לאחר מכן, נמלא את מסלול ה-2s ב-2 אלקטרונים נוספים. לאחר מכן, נמלא את שלושת האורביטלים של p (2px, 2py ו-2pz) ב-3 האלקטרונים הנותרים. לבסוף, אנו בודקים שהשתמשנו ב-7 האלקטרונים הזמינים ומילאנו את כל האורביטלים מהאנרגיה הנמוכה ביותר ועד הגבוהה ביותר.
12. תרגיל 8: חלוקה אלקטרונית של אטום הגופרית
גופרית היא יסוד כימי עם מספר אטומי 16 וסמל S. כדי לקבוע את ההתפלגות האלקטרונית של אטום הגופרית, יש צורך לדעת את מבנה האטום ואת התצורה האלקטרונית. התצורה האלקטרונית של גופרית מתקבלת על ידי ביצוע הכלל של דיאגרמת Aufbau, הקובעת שהאלקטרונים של אטום מתמלאים בסדר הולך וגדל של אנרגיה.
הצעד הראשון לקביעת ההתפלגות האלקטרונית של אטום הגופרית הוא לדעת את המספר האטומי שלו, שבמקרה זה הוא 16. משם יש לשייך את האלקטרונים לרמות האנרגיה השונות: רמה 1 יכולה להכיל עד 2 אלקטרונים, רמה 2 עד 8 אלקטרונים ורמה 3 עד 6 אלקטרונים. בעקבות כלל זה, אלקטרונים מוקצים מהאנרגיה הגבוהה ביותר לנמוכה ביותר עד הגעה למספר האטומי.
במקרה של גופרית, ניתן לייצג את ההתפלגות האלקטרונית באופן הבא: 1s22s22p63s23p4. זה מצביע על כך שרמה 1 מכילה 2 אלקטרונים, רמה 2 מכילה 8 אלקטרונים, רמה 3 מכילה 2 אלקטרונים בתת-רמת s ו-4 אלקטרונים בתת-רמה p. חשוב לציין שמספר האלקטרונים בכל רמה חייב להיות שווה למספר האטומי של היסוד.
13. תרגיל 9: חלוקה אלקטרונית של יון המגנזיום (Mg2+)
לאחר שנוצר יון המגנזיום (Mg2+), חשוב להכיר את התפוצה האלקטרונית שלו כדי להבין טוב יותר הנכסים שלו כימיקלים. ההתפלגות האלקטרונית מתארת כיצד אלקטרונים מופצים בקליפות ובתת-הקליפות השונות של אטום או יון. במקרה של יון המגנזיום, נוכל לקבוע את התפלגותו האלקטרונית באמצעות עקרון הבנייה או השגת התצורה האלקטרונית.
ליון המגנזיום (Mg2+) יש מטען חיובי של 2+, כלומר איבד שני אלקטרונים בהשוואה לאטום המגנזיום הנייטרלי. זה מרמז שיש לו כעת 10 אלקטרונים במקום 12 המקוריים. כדי לקבוע את ההתפלגות האלקטרונית של Mg2+, עלינו להקצות את 10 האלקטרונים הללו לקליפות ותת-הקליפות השונות לפי עקרון הבנייה.
נתחיל בהקצאת האלקטרונים לקליפה הפנימית ביותר, שהיא הראשונה (n = 1). מכיוון שהאלקטרון ממלא בסדר עולה של אנרגיה, האלקטרון הראשון מוקצה לרמת המשנה 1s. לאחר מכן, שמונת האלקטרונים הבאים מוקצים לקליפה השנייה (n = 2), לרמות המשנה של 2s ו-2p. עם זאת, מכיוון שיון המגנזיום איבד שני אלקטרונים, נותרו לנו רק שני אלקטרונים להקצות. אלה ממוקמים ברמת המשנה 2s, ומשאירים את רמת המשנה 2p ריקה. לכן, ההתפלגות האלקטרונית של יון המגנזיום (Mg2+) היא 1s2 2s2.
14. תרגיל 10: חלוקה אלקטרונית של אטום הליתיום
לאטום הליתיום יש תצורה אלקטרונית ספציפית הקובעת כיצד האלקטרונים שלו מתפזרים ברמות האנרגיה וברמות המשנה השונות. כדי לקבוע את ההתפלגות האלקטרונית הזו, נוכל להשתמש בכללי Aufbau וכללי הונד ובריבוי המרבי של כללי אנרגיה שווים.
ניתן לקבוע את התצורה האלקטרונית של אטום הליתיום על ידי ביצוע השלבים הבאים:
1. קבע את המספר האטומי של ליתיום, שהוא 3. זה אומר לנו שלאטום הליתיום יש שלושה אלקטרונים.
2. אתר את האלקטרונים ברמות האנרגיה וברמות המשנה השונות. רמת האנרגיה הראשונה, המכונה רמת K, יכולה להכיל מקסימום 2 אלקטרונים, בעוד שרמת האנרגיה השנייה, המכונה רמת L, יכולה להכיל מקסימום 8 אלקטרונים.
3. תחילה הנח את האלקטרונים ברמת K. לליתיום יש אלקטרון בודד ברמת K.
4. מניחים את שאר האלקטרונים ברמת L. לליתיום יש שני אלקטרונים ברמת L.
5. ההתפלגות האלקטרונית של אטום הליתיום היא 1s² 2s¹. זה מצביע על כך שלליתיום יש אלקטרון אחד ברמת K ושני אלקטרונים ברמת L.
חשוב לציין שההפצה האלקטרונית של אטום הליתיום פועלת בהתאם לכללי מכניקת הקוונטים, האומרים לנו כיצד מתמלאות רמות האנרגיה ותת-הרמות השונות. התצורה האלקטרונית של ליתיום מספקת לנו מידע על התפלגות האלקטרונים שלו ויציבותו במצב הקרקע שלו.
לסיכום, תרגילי ההפצה האלקטרונית המוצגים הם כלי בסיסי לבדיקה ולחיזוק הידע שלך בתחום מכריע זה של כימיה. דרכם, הייתה לכם הזדמנות להכיר את הכללים השולטים בחלוקת האלקטרונים ברמות ותת-הרמות השונות של האטומים.
על ידי פתרון התרגילים הללו, הצלחת לבחון את יכולתך ליישם את העקרונות הבסיסיים של ההפצה האלקטרונית, כגון הכלל של Aufbau, עקרון ההדרה של פאולי וכלל הונד. בנוסף, למדת להשתמש בטבלה המחזורית כדי לקבוע את מספר האלקטרונים בכל רמה ותת-רמה.
חשוב להדגיש שהחלוקה האלקטרונית היא חיונית להבנת התכונות וההתנהגות של יסודות כימיים. על ידי שליטה במושגים ובכישורים הקשורים לתרגילים אלה, תהיו מוכנים לקדם את ההבנה שלכם במבנה האטומי והכימיה בכלל.
זכור כי תרגול מתמיד ותרגילי פתרון הם המפתח לחיזוק הידע שלך. אנו ממליצים להמשיך ולחקור תרגילים דומים ולהתעמק בהיבטים אחרים הקשורים להפצה אלקטרונית. זה יאפשר לך לשפר את כישוריך ולפתח בסיס איתן בתחום כה חשוב כמו כימיה.
לסיכום, פתרון תרגילי הפצה אלקטרוניים אלה נתן לך את ההזדמנות לבחון את הידע והכישורים שלך בתחום חיוני זה של כימיה. על ידי המשך לתרגל ולחקור נושא זה, אתה תהיה בדרך להיות מומחה בהפצה אלקטרונית ולחזק את הבסיס שלך בכימיה בכלל.
אני סבסטיאן וידאל, מהנדס מחשבים שנלהב מטכנולוגיה ועשה זאת בעצמך. יתר על כן, אני היוצר של tecnobits.com, שבו אני משתף הדרכות כדי להפוך את הטכנולוגיה לנגישה ומובנת יותר עבור כולם.