Elektronická distribúcia je základným konceptom v chémii a fyzike a jej zvládnutie si vyžaduje dôkladné pochopenie základných princípov. Aby sme si otestovali svoje vedomosti a upevnili svoje zručnosti, pripravili sme sériu 12 cvičení elektronickej distribúcie. V tomto článku podrobne preskúmame každé z týchto cvičení, zameriame sa na ich praktickú aplikáciu a poskytneme jasné a stručné vysvetlenia ich riešenia. Pripravte sa na spochybnenie svojho chápania tejto kľúčovej témy a zlepšite svoje zručnosti v oblasti elektronickej distribúcie!
1. Úvod do elektrónovej distribúcie v kvantovej teórii
Distribúcia elektrónov v kvantovej teórii je základným konceptom pre pochopenie toho, ako sú elektróny organizované okolo jadra v atóme. V tejto časti preskúmame základné princípy tejto témy a naučíme sa, ako ich aplikovať v rôznych prípadoch.
Prvým krokom k pochopeniu distribúcie elektrónov je pochopenie Pauliho vylučovacieho princípu, ktorý hovorí, že žiadne dva elektróny v tom istom atóme nemôžu mať presne rovnakú sadu kvantových čísel. To znamená, že elektróny musia v atóme zaberať rôzne energetické úrovne a podúrovne.
Po druhé, je dôležité zoznámiť sa s Aufbauovým pravidlom, ktoré uvádza postupnosť, v ktorej sú orbitály vyplnené v atóme. Toto pravidlo nám pomáha určiť poradie, v ktorom sú elektróny distribuované v rôznych energetických úrovniach a podúrovniach. Napríklad vieme, že úroveň 1 sa vypĺňa pred úrovňou 2 atď.
2. Základné pojmy elektronickej distribúcie v chémii
Elektronická distribúcia v chémii je základným nástrojom na pochopenie štruktúry a správania atómov a molekúl. Toto rozloženie určuje, ako sú elektróny organizované okolo atómového jadra podľa určitých pravidiel a princípov. V tejto časti preskúmame niektoré základné pojmy o elektronickej distribúcii v chémii.
Jedným zo základných konceptov v elektronickej distribúcii je Aufbauov princíp, ktorý hovorí, že elektróny sa najskôr pridávajú do orbitálov s nižšou energiou a až potom sa naplnia orbitály s vyššou energiou. To znamená, že elektróny sa plnia v poradí so zvyšujúcou sa energiou, podľa orbitálneho diagramu a rešpektujúc Hundovo pravidlo, ktoré hovorí, že elektróny vyplňujú orbitály jednotlivo a paralelne pred párovaním.
Na znázornenie elektronickej distribúcie atómu sa používa elektronická konfigurácia, ktorá ukazuje, ako sú elektróny distribuované v rôznych energetických úrovniach a podúrovniach. Napríklad elektrónová konfigurácia atómu kyslíka je 1s² 2s² 2p⁴, čo znamená, že má 2 elektróny na úrovni 1s, 2 elektróny na úrovni 2s a 4 elektróny na úrovni 2p.
3. Čo sú elektronické distribučné cvičenia a prečo sú dôležité?
Cvičenia elektronickej distribúcie sú základným nástrojom v chémii na pochopenie toho, ako sú elektróny organizované v atóme. Tieto cvičenia nám umožňujú identifikovať elektronickú konfiguráciu každého prvku a pochopiť, ako sú orbitály naplnené elektrónmi.
Elektronická distribúcia je dôležitá, pretože nám umožňuje predpovedať chemické a fyzikálne vlastnosti prvkov. Poznaním elektrónovej konfigurácie prvku vieme určiť jeho reaktivitu, schopnosť vytvárať chemické väzby a správanie v rôznych prostrediach.
Existujú rôzne metódy riešenia týchto cvičení, ale všetky sa riadia sériou spoločných krokov. Najprv musíte poznať pravidlá vypĺňania orbitálov, ako je Aufbauovo pravidlo, Pauliho vylučovací princíp a Hundovo pravidlo. Konfigurácia elektrónov je potom usporiadaná do diagramu alebo pomocou písmenovej a číselnej notácie. Nakoniec sa skontroluje, či rozdelenie vyhovuje pravidlám plnenia a či je celkový počet elektrónov správny.
4. Vyzvite svoje vedomosti: 12 cvičení elektronickej distribúcie, ktoré otestujú vaše zručnosti
V tejto časti predstavujeme 12 náročných cvičení elektronickej distribúcie, ktoré preveria vaše chemické zručnosti. Každé z týchto cvičení vás vyzve, aby ste aplikovali svoje znalosti o distribúcii elektrónov v rôznych úrovniach a podúrovniach atómu. Nielenže vám pomôžu zopakovať si základy, ale dajú vám aj prax pri riešení problémov s elektronickou distribúciou. účinne.
Ku každému z cvičení vám poskytneme a krok za krokom podrobný spôsob riešenia problému. Okrem toho vám poskytneme tipy a príklady, ktoré vám uľahčia pochopenie. Ak si potrebujete rýchlo zopakovať základy elektronickej distribúcie, môžete využiť naše interaktívne návody, ktoré vám poskytnú úplný prehľad o danej téme.
Okrem toho odporúčame použiť nástroje ako periodické tabuľky a Lewisove diagramy na jasnejšiu vizualizáciu elektronickej distribúcie. Tieto nástroje vám pomôžu presne identifikovať počet elektrónov v každej úrovni a podúrovni. Pamätajte, že kľúčom k vyriešeniu týchto cvičení je starostlivá analýza elektronickej konfigurácie každého atómu a dodržiavanie princípov stanovených Aufbauovým princípom, Hundovým pravidlom a pravidlom maximálnej multiplicitnej rotácie.
5. Cvičenie 1: Elektrónová distribúcia atómu vodíka
V tomto cvičení sa naučíme určiť elektrónové rozloženie atómu vodíka. Elektronická distribúcia nám hovorí, ako sú elektróny distribuované v rôznych energetických úrovniach a podúrovniach atómu. To je dôležité pre pochopenie vlastností a správania vodíka.
Na určenie elektronickej distribúcie atómu vodíka musíme vykonať niekoľko krokov. Najprv musíme poznať atómové číslo vodíka, ktoré je 1. Potom môžeme použiť Aufbauovo pravidlo, ktoré hovorí, že elektróny napĺňajú najskôr najnižšie energetické hladiny podľa Hundovho princípu maximálnej multiplicity.
Začneme naplnením úrovne 1, ktorá môže obsahovať až 2 elektróny. Ďalšou úrovňou je úroveň 2, ktorá tiež pojme až 2 elektróny. Nakoniec úroveň 3 môže obsahovať až 8 elektrónov. Pomocou týchto informácií môžeme určiť úplné elektronické rozloženie atómu vodíka.
6. Cvičenie 2: Elektronická distribúcia atómu uhlíka
Atóm uhlíka je jedným z najdôležitejších prvkov organickej chémie. Jeho elektronická distribúcia určuje spôsob, akým sa atómy uhlíka kombinujú s inými prvkami. Na určenie elektronickej distribúcie atómu uhlíka je potrebné dodržiavať niektoré kľúčové kroky.
V prvom rade je dôležité si uvedomiť, že atóm uhlíka má 6 elektrónov. Tieto elektróny sú distribuované v rôznych energetických úrovniach nazývaných škrupiny. Prvá energetická hladina alebo obal 1 môže obsahovať až 2 elektróny. Druhá energetická hladina alebo obal 2 môže obsahovať až 8 elektrónov. Na určenie elektrónovej distribúcie atómu uhlíka musia byť tieto škrupiny naplnené v poradí zvyšujúcej sa energie.
Atóm uhlíka má nasledujúce elektronické rozdelenie: 1s2 2s2 2p2. To znamená, že prvé 2 elektróny sa nachádzajú v obale 1, v orbitále 1s. Ďalšie 2 elektróny sa nachádzajú v obale 2, v orbitále 2s. Posledné 2 elektróny sa nachádzajú v obale 2, v orbitále 2p. Táto elektronická distribúcia nám hovorí, ako sú elektróny usporiadané v rôznych orbitáloch atómu uhlíka.
7. Cvičenie 3: Elektronická distribúcia iónu chlóru
Aby sme určili elektronické rozloženie iónu chlóru, musíme si najprv uvedomiť, že ión chlóru, Cl-, získal elektrón, čo znamená, že Teraz má prebytok záporného náboja. To ovplyvňuje spôsob distribúcie elektrónov na energetických úrovniach atómu. Nižšie je krok za krokom, ako to vyriešiť tento problém:
1. Identifikujte atómové číslo chlóru v periodickej tabuľke. Atómové číslo chlóru je 17, čo znamená, že má 17 elektrónov v pôvodnom neutrálnom stave.
2. Po získaní jedného elektrónu má teraz chlór spolu 18 elektrónov. Na určenie distribúcie elektrónov majte na pamäti, že elektróny napĺňajú energetické úrovne v špecifickom poradí: 2, 8, 8, 1. To znamená, že prvé 2 elektróny napĺňajú energetickú úroveň 1, ďalších 8 napĺňa energetickú úroveň 2. energie 8 , ďalších 3 naplní energetickú hladinu 4 a posledný elektrón zaberá energetickú hladinu XNUMX. Všimnite si, že vyššie energetické hladiny sú ďalej od jadra a majú väčšiu kapacitu udržať elektróny.
3. Elektronická distribúcia iónu chlóru by preto bola nasledovná: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6. Tento výsledok nám hovorí, že chlór má celkovo 18 elektrónov rozmiestnených v rôznych energetických hladinách. Navyše tým, že sa stane iónom s nábojom -1, získa väčšiu stabilitu vďaka úplnému naplneniu svojej najvzdialenejšej energetickej hladiny.
8. Cvičenie 4: Elektronická distribúcia atómu kyslíka
Atóm kyslíka má atómové číslo 8, čo znamená, že má vo svojej elektronickej konfigurácii 8 elektrónov. Na určenie elektronickej distribúcie atómu kyslíka musíme postupovať krok za krokom. V prvom rade si musíme uvedomiť, že elektróny sú distribuované v rôznych energetických úrovniach, známych ako obaly. Prvý obal najbližšie k jadru môže obsahovať až 2 elektróny, druhý až 8 elektrónov a tretí až 8 elektrónov.
Pri atóme kyslíka začneme naplnením obalu najbližšie k jadru, čo je prvý obal. Do tohto obalu umiestnime 2 elektróny. Potom sa presunieme do ďalšieho obalu a umiestnime zvyšných 6 elektrónov. To nám dáva distribúciu elektrónov 2 v prvej vrstve a 6 v druhej vrstve. Jedným zo spôsobov, ako to vyjadriť, je zapísať elektronickú konfiguráciu kyslíka ako 1s2 2s2 2p4.
Elektronickú distribúciu atómu kyslíka možno vizualizovať ako konfiguráciu, v ktorej elektróny vypĺňajú rôzne obaly a podobaly podľa Aufbauovho pravidla. Je dôležité spomenúť, že táto elektronická distribúcia nám pomáha pochopiť, ako je negatívny náboj elektrónov organizovaný v atóme kyslíka a ako interagujú s inými atómami v chemických väzbách. Mať tieto informácie je nevyhnutné na pochopenie chemických mechanizmov a vlastností kyslíka v rôznych chemických reakciách.
9. Cvičenie 5: Elektronická distribúcia iónu železa (Fe2+)
V tomto cvičení sa naučíme určiť elektronické rozloženie iónu železa (Fe2+). Železo je prechodový prvok a jeho elektronickú konfiguráciu možno určiť pomocou pravidla aufbau a Pauliho vylučovacieho princípu.
Na začiatok si musíme uvedomiť, že železo má atómové číslo 26, čo znamená, že má 26 elektrónov. Stratou dvoch elektrónov na vytvorenie iónu Fe2+ sa zmení jeho elektronické rozloženie.
Prvým krokom je napísanie elektrónovej konfigurácie neutrálneho atómu železa. To sa robí pomocou diagramu energetickej hladiny alebo Aufbauovho pravidla. Elektronická konfigurácia neutrálneho Fe je 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6. Teraz musíme vziať do úvahy, že ión železa (II) stratil dva elektróny, takže musíme eliminovať najvzdialenejšie elektróny podľa Pauliho princípu vylúčenia. Výsledná elektronická distribúcia bude 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6. Toto elektronické rozdelenie je elektronické rozdelenie iónu železa (II)..
10. Cvičenie 6: Elektronická distribúcia iónu vápnika (Ca2+)
V tomto cvičení sa bude analyzovať elektronická distribúcia iónu vápnika (Ca2+). Na vyriešenie tohto problému je potrebné pochopiť elektronickú konfiguráciu vápnika a ako sa premieňa na kladný ión.
Vápnik má atómové číslo 20, čo znamená, že má 20 elektrónov v neutrálnom stave. Elektronická konfigurácia vápnika v základnom stave je 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2. Keď však vápnik stratí dva elektróny, aby vytvoril ión Ca2+, jeho elektronická distribúcia sa zmení.
Keď stratíme dva elektróny zo 4s obalu, elektrónové rozloženie iónu vápnika sa zmení na 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6. To znamená, že ión vápnika má elektrónovú štruktúru podobnú štruktúre vzácneho plynu argónu. Pochopením tejto elektronickej distribúcie môžeme pochopiť správanie a vlastnosti iónu vápnika v chemických reakciách a pri jeho interakcii s inými chemickými druhmi.
11. Cvičenie 7: Elektronická distribúcia atómu dusíka
Aby sme vyriešili cvičenie distribúcie elektrónov pre atóm dusíka, musíme vykonať niekoľko kľúčových krokov. Po prvé, je dôležité si uvedomiť, že atóm dusíka má atómové číslo 7, čo znamená, že má 7 elektrónov.
Ďalším krokom je určenie poradia, v ktorom sú orbitály vyplnené. Na to používame princíp aufbau, ktorý hovorí, že orbitály sú naplnené vo vzostupnom poradí energie. Potom sú elektróny distribuované v orbitáloch podľa princípu aufbau, kým sa elektróny nevyčerpajú.
V prípade dusíka začneme naplnením orbitálu 1s, do ktorého sa zmestia maximálne 2 elektróny. Ďalej vyplníme 2s orbitál ďalšími 2 elektrónmi. Ďalej vyplníme tri p orbitály (2px, 2py a 2pz) zvyšnými 3 elektrónmi. Nakoniec skontrolujeme, či sme použili 7 dostupných elektrónov a naplnili všetky orbitály od najnižšej po najvyššiu energiu.
12. Cvičenie 8: Elektronická distribúcia atómu síry
Síra je chemický prvok s atómovým číslom 16 a symbolom S. Na určenie elektrónového rozloženia atómu síry je potrebné poznať štruktúru atómu a elektrónovú konfiguráciu. Elektrónová konfigurácia síry sa získa podľa pravidla Aufbauovho diagramu, ktorý hovorí, že elektróny atómu sú naplnené v rastúcom poradí energie.
Prvým krokom na určenie elektrónového rozloženia atómu síry je poznať jeho atómové číslo, ktoré je v tomto prípade 16. Odtiaľ musia byť elektróny priradené k rôznym energetickým úrovniam: úroveň 1 môže obsahovať až 2 elektróny, úroveň 2 do 8 elektrónov a úroveň 3 do 6 elektrónov. Podľa tohto pravidla sú elektróny priradené od najvyššej po najnižšiu energiu, kým sa nedosiahne atómové číslo.
V prípade síry môže byť elektronická distribúcia reprezentovaná nasledovne: 1s22s22p63s23p4. To znamená, že úroveň 1 obsahuje 2 elektróny, úroveň 2 obsahuje 8 elektrónov, úroveň 3 obsahuje 2 elektróny v podúrovni s a 4 elektróny v podúrovni p. Je dôležité poznamenať, že počet elektrónov v každej úrovni sa musí rovnať atómovému číslu prvku.
13. Cvičenie 9: Elektronická distribúcia iónu horčíka (Mg2+)
Akonáhle sa vytvorí horčíkový ión (Mg2+), je dôležité poznať jeho elektronickú distribúciu, aby sme lepšie porozumeli Jeho vlastnosti chemikálie. Elektronická distribúcia popisuje, ako sú elektróny distribuované v rôznych obaloch a podobaloch atómu alebo iónu. V prípade horčíkového iónu môžeme určiť jeho elektronické rozdelenie pomocou princípu konštrukcie alebo získania elektrónovej konfigurácie.
Horčíkový ión (Mg2+) má kladný náboj 2+, čo znamená, že v porovnaní s neutrálnym atómom horčíka stratil dva elektróny. To znamená, že teraz má 10 elektrónov namiesto pôvodných 12. Na určenie elektronickej distribúcie Mg2+ musíme týchto 10 elektrónov priradiť k rôznym obalom a podplášťom podľa konštrukčného princípu.
Začneme priradením elektrónov k najvnútornejšej vrstve, ktorá je prvá (n = 1). Keďže elektróny plnia energiu vzostupne, prvý elektrón je priradený k 1. podúrovni. Potom je ďalších osem elektrónov priradených k druhému obalu (n = 2), k podúrovniam 2s a 2p. Keďže však ión horčíka stratil dva elektróny, zostali nám len dva elektróny na pridelenie. Tie sú umiestnené v podúrovni 2s, pričom podúroveň 2p zostáva prázdna. Elektronická distribúcia horčíkového iónu (Mg2+) je preto 1s2 2s2.
14. Cvičenie 10: Elektronická distribúcia atómu lítia
Atóm lítia má špecifickú elektronickú konfiguráciu, ktorá určuje, ako sú jeho elektróny distribuované v rôznych energetických úrovniach a podúrovniach. Na určenie tejto elektronickej distribúcie môžeme použiť Aufbauovo pravidlo a Hundove pravidlá a maximálnu násobnosť pravidiel rovnakej energie.
Elektrónovú konfiguráciu atómu lítia možno určiť podľa nasledujúcich krokov:
1. Určte atómové číslo lítia, ktoré je 3. To nám hovorí, že atóm lítia má tri elektróny.
2. Nájdite elektróny v rôznych energetických úrovniach a podúrovniach. Prvá energetická hladina, známa ako hladina K, môže obsahovať maximálne 2 elektróny, zatiaľ čo druhá energetická hladina, známa ako hladina L, môže obsahovať maximálne 8 elektrónov.
3. Najprv umiestnite elektróny do hladiny K. Lítium má v hladine K jeden elektrón.
4. Zvyšné elektróny umiestnite do hladiny L. Lítium má v hladine L dva elektróny.
5. Elektronická distribúcia atómu lítia je 1s² 2s¹. To naznačuje, že lítium má jeden elektrón v úrovni K a dva elektróny v úrovni L.
Je dôležité poznamenať, že elektronická distribúcia atómu lítia sa riadi pravidlami kvantovej mechaniky, ktoré nám hovoria, ako sú naplnené rôzne energetické úrovne a podúrovne. Elektronická konfigurácia lítia nám poskytuje informácie o rozložení jeho elektrónov a jeho stabilite v základnom stave.
Stručne povedané, prezentované elektronické distribučné cvičenia sú základným nástrojom na otestovanie a posilnenie vašich vedomostí v tejto kľúčovej oblasti chémie. Prostredníctvom nich ste mali možnosť zoznámiť sa s pravidlami, ktorými sa riadi distribúcia elektrónov v rôznych úrovniach a podúrovniach atómov.
Vyriešením týchto cvičení ste si mohli otestovať svoju schopnosť aplikovať základné princípy elektronickej distribúcie, ako je Aufbauovo pravidlo, Pauliho vylučovací princíp a Hundovo pravidlo. Okrem toho ste sa naučili používať periodickú tabuľku na určenie počtu elektrónov v každej úrovni a podúrovni.
Je dôležité zdôrazniť, že elektronická distribúcia je rozhodujúca pre pochopenie vlastností a správania chemických prvkov. Osvojením si pojmov a zručností spojených s týmito cvičeniami budete pripravení pokročiť vo svojom chápaní atómovej štruktúry a chémie vo všeobecnosti.
Pamätajte, že neustále precvičovanie a riešenie cvičení sú kľúčové pre posilnenie vašich vedomostí. Odporúčame vám pokračovať v skúmaní podobných cvičení a ponoriť sa do ďalších aspektov súvisiacich s elektronickou distribúciou. To vám umožní zlepšiť svoje zručnosti a vytvoriť si pevné základy v odbore také dôležité ako chémia.
Na záver, vyriešenie týchto cvičení elektronickej distribúcie vám dalo príležitosť otestovať si svoje vedomosti a zručnosti v tejto životne dôležitej oblasti chémie. Pokračovaním v precvičovaní a skúmaní tejto témy budete na dobrej ceste stať sa odborníkom na elektronickú distribúciu a posilniť svoje základy v chémii vo všeobecnosti.
Som Sebastián Vidal, počítačový inžinier s vášňou pre technológie a DIY. Okrem toho som tvorcom tecnobits.com, kde zdieľam návody, aby bola technológia prístupnejšia a zrozumiteľnejšia pre každého.