Elektronska distribucija je temeljni koncept v kemiji in fiziki in njeno obvladovanje zahteva dobro razumevanje temeljnih principov. Da bi preverili vaše znanje in okrepili svoje spretnosti, smo pripravili serijo 12 vaj elektronske distribucije. V tem članku bomo podrobno raziskali vsako od teh vaj, pri čemer se bomo osredotočili na njihovo praktično uporabo ter zagotovili jasne in jedrnate razlage za njihovo razrešitev. Pripravite se, da preizkusite svoje razumevanje te ključne teme in izboljšate svoje sposobnosti elektronske distribucije!
1. Uvod v elektronsko porazdelitev v kvantni teoriji
Porazdelitev elektronov v kvantni teoriji je temeljni koncept za razumevanje, kako so elektroni organizirani okoli jedra v atomu. V tem razdelku bomo raziskali osnovna načela te teme in se naučili, kako jih uporabiti v različnih primerih.
Prvi korak pri razumevanju porazdelitve elektronov je razumevanje Paulijevega izključitvenega načela, ki pravi, da dva elektrona v istem atomu ne moreta imeti popolnoma enakega niza kvantnih števil. To pomeni, da morajo elektroni zasedati različne energijske ravni in podravni v atomu.
Drugič, pomembno je, da se seznanite z Aufbaujevim pravilom, ki določa zaporedje, v katerem so orbitale zapolnjene v atomu. To pravilo nam pomaga določiti vrstni red, v katerem so elektroni porazdeljeni na različnih energijskih nivojih in podnivojih. Na primer, vemo, da se raven 1 napolni pred stopnjo 2 in tako naprej.
2. Osnovni koncepti elektronske distribucije v kemiji
Elektronska distribucija v kemiji je temeljno orodje za razumevanje strukture in obnašanja atomov in molekul. Ta porazdelitev določa, kako so elektroni organizirani okoli atomskega jedra po določenih pravilih in načelih. V tem razdelku bomo raziskali nekaj osnovnih pojmov o elektronski distribuciji v kemiji.
Eden od temeljnih konceptov elektronske distribucije je Aufbaujev princip, ki pravi, da se elektroni najprej dodajo orbitalam z nižjo energijo, preden zapolnijo orbitale z višjo energijo. To pomeni, da se elektroni polnijo po naraščajoči energiji, po orbitalnem diagramu in ob spoštovanju Hundovega pravila, ki pravi, da elektroni polnijo orbitale posamično in vzporedno, preden se združijo.
Za predstavitev elektronske porazdelitve atoma se uporablja elektronska konfiguracija, ki prikazuje, kako so elektroni porazdeljeni v različnih energijskih nivojih in podnivojih. Elektronska konfiguracija atoma kisika je na primer 1s² 2s² 2p⁴, kar pomeni, da ima 2 elektrona na ravni 1s, 2 elektrona na ravni 2s in 4 elektrone na ravni 2p.
3. Kaj so elektronske distribucijske vaje in zakaj so pomembne?
Vaje elektronske distribucije so temeljno orodje v kemiji za razumevanje, kako so elektroni organizirani v atomu. Te vaje nam omogočajo, da prepoznamo elektronsko konfiguracijo vsakega elementa in razumemo, kako so orbitale napolnjene z elektroni.
Elektronska porazdelitev je pomembna, ker nam omogoča napovedovanje kemijskih in fizikalnih lastnosti elementov. S poznavanjem elektronske konfiguracije elementa lahko določimo njegovo reaktivnost, sposobnost tvorjenja kemičnih vezi in obnašanje v različnih okoljih.
Obstajajo različne metode za reševanje teh vaj, vendar vse sledijo vrsti skupnih korakov. Najprej morate poznati pravila zapolnjevanja orbital, kot so Aufbaujevo pravilo, Paulijevo izključitveno načelo in Hundovo pravilo. Konfiguracija elektronov je nato organizirana na diagramu ali z uporabo zapisa črk in številk. Nazadnje se preveri, ali je porazdelitev v skladu s pravili polnjenja in ali je skupno število elektronov pravilno.
4. Izzovite svoje znanje: 12 vaj za elektronsko distribucijo, da preizkusite svoje sposobnosti
V tem razdelku predstavljamo 12 zahtevnih vaj elektronske distribucije, ki bodo preizkusile vaše kemijske sposobnosti. Vsaka od teh vaj vas bo izzvala, da uporabite svoje znanje o porazdelitvi elektronov na različnih ravneh in podnivojih atoma. Ne samo, da vam bodo pomagali pregledati osnove, ampak vam bodo tudi omogočili vajo pri reševanju težav z elektronsko distribucijo. učinkovito.
Za vsako od vaj vam bomo zagotovili korak za korakom podrobno o tem, kako rešiti težavo. Poleg tega vam bomo dali nasvete in primere za lažje razumevanje. Če potrebujete hiter pregled osnov elektronske distribucije, lahko uporabite naše interaktivne vadnice, ki vam bodo dale popoln pregled teme.
Poleg tega priporočamo uporabo orodij, kot so periodični sistemi in Lewisovi diagrami, za jasnejšo vizualizacijo elektronske porazdelitve. Ta orodja vam bodo pomagala natančno prepoznati število elektronov na vsaki ravni in podravni. Ne pozabite, da je ključ do reševanja teh vaj skrbna analiza elektronske konfiguracije vsakega atoma in upoštevanje načel, ki jih določajo Aufbaujev princip, Hundovo pravilo in pravilo največje vrtilne večkratnosti.
5. Vaja 1: Elektronska porazdelitev vodikovega atoma
Pri tej vaji se bomo naučili določiti elektronsko porazdelitev vodikovega atoma. Elektronska porazdelitev nam pove, kako so elektroni porazdeljeni v različnih energijskih nivojih in podnivojih atoma. To je pomembno za razumevanje lastnosti in obnašanja vodika.
Za določitev elektronske porazdelitve vodikovega atoma moramo slediti nekaj korakom. Najprej moramo poznati atomsko število vodika, ki je 1. Nato lahko uporabimo Aufbaujevo pravilo, ki pravi, da elektroni najprej zapolnijo najnižje energijske nivoje, po Hundovem načelu največje množine.
Začeli bomo s polnjenjem nivoja 1, ki lahko vsebuje do 2 elektrona. Naslednji nivo je nivo 2, ki lahko vsebuje tudi do 2 elektrona. Končno lahko stopnja 3 vsebuje do 8 elektronov. Z uporabo teh informacij lahko določimo celotno elektronsko porazdelitev vodikovega atoma.
6. Vaja 2: Elektronska porazdelitev ogljikovega atoma
Ogljikov atom je eden najpomembnejših elementov v organski kemiji. Njegova elektronska porazdelitev določa, kako se ogljikovi atomi združujejo z drugimi elementi. Za določitev elektronske porazdelitve ogljikovega atoma je treba upoštevati nekatere ključni koraki.
Najprej si je treba zapomniti, da ima ogljikov atom 6 elektronov. Ti elektroni so razporejeni v različnih energijskih nivojih, imenovanih lupine. Prvi energijski nivo ali lupina 1 lahko vsebuje do 2 elektrona. Drugi energijski nivo ali lupina 2 lahko vsebuje do 8 elektronov. Za določitev elektronske porazdelitve ogljikovega atoma je treba te lupine napolniti po naraščajoči energiji.
Ogljikov atom ima naslednjo elektronsko porazdelitev: 1s2 2s2 2p2. To pomeni, da se prva 2 elektrona nahajata v lupini 1, v orbitali 1s. Naslednja 2 elektrona najdemo v lupini 2, v 2s orbitali. Zadnja 2 elektrona se nahajata v lupini 2, v 2p orbitali. Ta elektronska porazdelitev nam pove, kako so elektroni razporejeni v različnih orbitalah ogljikovega atoma.
7. Vaja 3: Elektronska porazdelitev klorovega iona
Za določitev elektronske porazdelitve klorovega iona se moramo najprej spomniti, da je klorov ion, Cl-, pridobil elektron, kar pomeni, da Zdaj ima presežek negativnega naboja. To vpliva na način porazdelitve elektronov po energetskih ravneh atoma. Spodaj je korak za korakom, kako rešiti ta problem:
1. Določite atomsko število klora v periodnem sistemu. Klorovo atomsko število je 17, kar pomeni, da ima 17 elektronov v prvotnem nevtralnem stanju.
2. Potem ko je klor pridobil en elektron, ima zdaj skupaj 18 elektronov. Če želite določiti porazdelitev elektronov, upoštevajte, da elektroni zapolnjujejo energijske nivoje v določenem vrstnem redu: 2, 8, 8, 1. To pomeni, da prva 2 elektrona zapolnjujeta energijski nivo 1, naslednjih 8 pa energijski nivo 2. energije 8. , naslednjih 3 zapolnjuje energijsko raven 4, zadnji elektron pa zaseda energijsko raven XNUMX. Upoštevajte, da so višje energijske ravni dlje od jedra in imajo večjo sposobnost zadrževanja elektronov.
3. Zato bi bila elektronska porazdelitev klorovega iona naslednja: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6. Ta rezultat nam pove, da ima klor skupno 18 elektronov, porazdeljenih na različnih energijskih nivojih. Poleg tega s tem, ko postane ion z nabojem -1, pridobi večjo stabilnost zaradi popolne zapolnitve svojega najbolj zunanjega energijskega nivoja.
8. Naloga 4: Elektronska porazdelitev atoma kisika
Atom kisika ima atomsko število 8, kar pomeni, da ima v svoji elektronski konfiguraciji 8 elektronov. Za določitev elektronske porazdelitve atoma kisika moramo slediti postopku korak za korakom. Najprej se moramo spomniti, da so elektroni razporejeni v različnih energijskih ravneh, znanih kot lupine. Prva lupina, ki je najbližja jedru, lahko vsebuje do 2 elektrona, druga do 8 elektronov in tretja do 8 elektronov.
Pri atomu kisika začnemo s polnjenjem lupine, ki je najbližje jedru, ki je prva lupina. V to lupino postavimo 2 elektrona. Nato se premaknemo na naslednjo lupino in postavimo preostalih 6 elektronov. To nam daje porazdelitev elektronov 2 v prvi plasti in 6 v drugi plasti. Eden od načinov za predstavitev tega je, da elektronsko konfiguracijo kisika zapišemo kot 1s2 2s2 2p4.
Elektronsko porazdelitev kisikovega atoma si lahko predstavljamo kot konfiguracijo, v kateri elektroni zapolnjujejo različne lupine in podlupine v skladu z Aufbaujevim pravilom. Pomembno je omeniti, da nam ta elektronska porazdelitev pomaga razumeti, kako je negativni naboj elektronov organiziran znotraj atoma kisika in kako medsebojno delujejo z drugimi atomi v kemičnih vezeh. Te informacije so bistvenega pomena za razumevanje kemijskih mehanizmov in lastnosti kisika v različnih kemijskih reakcijah.
9. Vaja 5: Elektronska porazdelitev železovega iona (Fe2+)
Pri tej vaji se bomo naučili določiti elektronsko porazdelitev železovega iona (Fe2+). Železo je prehodni element in njegovo elektronsko konfiguracijo je mogoče določiti z uporabo pravila aufbau in Paulijevega izključitvenega načela.
Za začetek si moramo zapomniti, da ima železo atomsko število 26, kar pomeni, da ima 26 elektronov. Z izgubo dveh elektronov za tvorbo iona Fe2+ se bo njegova elektronska porazdelitev spremenila.
Prvi korak je pisanje elektronske konfiguracije nevtralnega atoma železa. To naredimo z uporabo diagrama ravni energije ali Aufbaujevega pravila. Elektronska konfiguracija nevtralnega Fe je 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6. Sedaj moramo upoštevati, da je železov(II) ion izgubil dva elektrona, zato moramo odstraniti najbolj oddaljene elektrone po Paulijevem izključitvenem načelu. Nastala elektronska porazdelitev bo 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6. Ta elektronska porazdelitev je elektronska porazdelitev železovega(II) iona..
10. Vaja 6: Elektronska porazdelitev kalcijevega iona (Ca2+)
V tej vaji bomo analizirali elektronsko porazdelitev kalcijevega iona (Ca2+). Da bi rešili ta problem, je treba razumeti elektronsko konfiguracijo kalcija in kako se pretvori v pozitivni ion.
Kalcij ima atomsko število 20, kar pomeni, da ima v nevtralnem stanju 20 elektronov. Elektronska konfiguracija kalcija v njegovem osnovnem stanju je 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2. Ko pa kalcij izgubi dva elektrona, da nastane ion Ca2+, se njegova elektronska porazdelitev spremeni.
Ko izgubimo dva elektrona iz lupine 4s, elektronska porazdelitev kalcijevega iona postane 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6. To pomeni, da ima kalcijev ion podobno elektronsko strukturo kot žlahtni plin argon. Z razumevanjem te elektronske porazdelitve lahko razumemo obnašanje in lastnosti kalcijevega iona v kemičnih reakcijah in v njegovi interakciji z drugimi kemičnimi vrstami.
11. Vaja 7: Elektronska porazdelitev atoma dušika
Za rešitev vaje porazdelitve elektronov za atom dušika moramo slediti nekaterim ključnim korakom. Najprej si je pomembno zapomniti, da ima atom dušika atomsko število 7, kar pomeni, da ima 7 elektronov.
Naslednji korak je določitev vrstnega reda, v katerem so zapolnjene orbitale. Za to uporabimo načelo aufbau, ki pravi, da so orbitale zapolnjene v naraščajočem vrstnem redu energije. Nato se elektroni porazdelijo po orbitalah po principu aufbau, dokler elektronov ne zmanjka.
V primeru dušika začnemo z zapolnitvijo 1s orbitale, ki lahko zadrži največ 2 elektrona. Nato zapolnimo 2s orbitalo s še 2 elektronoma. Nato zapolnimo tri p orbitale (2px, 2py in 2pz) s preostalimi 3 elektroni. Na koncu preverimo, ali smo uporabili 7 razpoložljivih elektronov in zapolnili vse orbitale od najnižje do najvišje energije.
12. Vaja 8: Elektronska porazdelitev žveplovega atoma
Žveplo je kemijski element z atomsko številko 16 in simbolom S. Za določitev elektronske porazdelitve atoma žvepla je potrebno poznati strukturo atoma in elektronsko konfiguracijo. Elektronsko konfiguracijo žvepla dobimo z upoštevanjem pravila Aufbauovega diagrama, ki pravi, da so elektroni atoma napolnjeni v naraščajočem vrstnem redu energije.
Prvi korak pri določanju elektronske porazdelitve žveplovega atoma je poznavanje njegovega atomskega števila, ki je v tem primeru 16. Od tam naprej je treba elektrone dodeliti različnim energijskim nivojem: nivo 1 lahko vsebuje do 2 elektrona, nivo 2 do 8 elektronov in stopnja 3 do 6 elektronov. Po tem pravilu so elektroni dodeljeni od najvišje do najnižje energije, dokler ni doseženo atomsko število.
V primeru žvepla lahko elektronsko distribucijo predstavimo na naslednji način: 1s22s22p63s23p4. To pomeni, da raven 1 vsebuje 2 elektrona, raven 2 vsebuje 8 elektronov, raven 3 vsebuje 2 elektrona na podravni s in 4 elektrone na podravni p. Pomembno je upoštevati, da mora biti število elektronov na vsaki ravni enako atomskemu številu elementa.
13. Vaja 9: Elektronska porazdelitev magnezijevega iona (Mg2+)
Ko se magnezijev ion (Mg2+) oblikuje, je za boljše razumevanje pomembno poznati njegovo elektronsko porazdelitev. Njegove lastnosti kemikalije. Elektronska porazdelitev opisuje, kako so elektroni porazdeljeni v različnih lupinah in podlupinah atoma ali iona. V primeru magnezijevega iona lahko s principom konstruiranja oziroma pridobivanja elektronske konfiguracije določimo njegovo elektronsko porazdelitev.
Magnezijev ion (Mg2+) ima pozitiven naboj 2+, kar pomeni, da je izgubil dva elektrona v primerjavi z nevtralnim atomom magnezija. To pomeni, da ima zdaj 10 elektronov namesto prvotnih 12. Za določitev elektronske porazdelitve Mg2+ moramo teh 10 elektronov dodeliti različnim lupinam in podlupinam v skladu z načelom konstrukcije.
Začnemo z dodelitvijo elektronov najbolj notranji lupini, ki je prva (n = 1). Ker se elektroni polnijo v naraščajočem vrstnem redu energije, je prvi elektron dodeljen podravni 1s. Nato je naslednjih osem elektronov dodeljenih drugi lupini (n = 2), na podravni 2s in 2p. Ker pa je magnezijev ion izgubil dva elektrona, imamo za dodelitev le še dva elektrona. Ti so postavljeni v podravni 2s, podnivoj 2p pa ostane prazen. Zato je elektronska porazdelitev magnezijevega iona (Mg2+) 1s2 2s2.
14. Vaja 10: Elektronska porazdelitev litijevega atoma
Atom litija ima specifično elektronsko konfiguracijo, ki določa, kako so njegovi elektroni porazdeljeni v različnih energijskih nivojih in podnivojih. Za določitev te elektronske porazdelitve lahko uporabimo Aufbaujevo pravilo in Hundova pravila ter pravila največje množine enakih energij.
Elektronsko konfiguracijo litijevega atoma je mogoče določiti z naslednjimi koraki:
1. Določite atomsko število litija, ki je 3. To nam pove, da ima atom litija tri elektrone.
2. Poiščite elektrone na različnih energijskih nivojih in podnivojih. Prvi energijski nivo, znan kot nivo K, lahko vsebuje največ 2 elektrona, medtem ko drugi energijski nivo, znan kot nivo L, lahko vsebuje največ 8 elektronov.
3. Najprej postavite elektrone na raven K. Litij ima en sam elektron na ravni K.
4. Preostale elektrone postavite na nivo L. Litij ima dva elektrona na nivoju L.
5. Elektronska porazdelitev litijevega atoma je 1s² 2s¹. To pomeni, da ima litij en elektron na ravni K in dva elektrona na ravni L.
Pomembno je omeniti, da elektronska porazdelitev litijevega atoma sledi pravilom kvantne mehanike, ki nam povedo, kako so zapolnjene različne energijske ravni in podnivoji. Elektronska konfiguracija litija nam daje informacije o porazdelitvi njegovih elektronov in njegovi stabilnosti v osnovnem stanju.
Če povzamemo, predstavljene vaje elektronske distribucije so temeljno orodje za preverjanje in krepitev vašega znanja na tem ključnem področju kemije. Skozi njih ste se imeli priložnost seznaniti s pravili, ki urejajo porazdelitev elektronov na različnih ravneh in podnivojih atomov.
Z reševanjem teh vaj ste lahko preizkusili svojo sposobnost uporabe temeljnih načel elektronske distribucije, kot so Aufbauovo pravilo, Paulijevo izključitveno načelo in Hundovo pravilo. Poleg tega ste se naučili uporabljati periodni sistem za določanje števila elektronov na vsaki ravni in podravni.
Pomembno je poudariti, da je elektronska porazdelitev ključna za razumevanje lastnosti in obnašanja kemijskih elementov. Z obvladovanjem konceptov in veščin, povezanih s temi vajami, boste pripravljeni napredovati v razumevanju atomske strukture in kemije na splošno.
Ne pozabite, da sta stalna vadba in reševanje vaj ključnega pomena za krepitev znanja. Priporočamo, da nadaljujete z raziskovanjem podobnih vaj in se poglobite v druge vidike, povezane z elektronsko distribucijo. To vam bo omogočilo, da izboljšate svoje sposobnosti in razvijete trdne temelje na določenem področju tako pomembno kot kemija.
Skratka, reševanje teh vaj elektronske distribucije vam je dalo priložnost, da preizkusite svoje znanje in spretnosti na tem vitalnem področju kemije. Če nadaljujete z vadbo in raziskovanjem te teme, boste na dobri poti, da postanete strokovnjak za elektronsko distribucijo in okrepite svoje temelje kemije na splošno.
Sem Sebastián Vidal, računalniški inženir, navdušen nad tehnologijo in DIY. Poleg tega sem ustvarjalec tecnobits.com, kjer delim vadnice, da naredim tehnologijo bolj dostopno in razumljivo za vse.