ساختار مواد از زمانی که فرصتی فراهم شد که نگران غذا نباشند و دنیای اطراف خود را مطالعه کنند برای مردم جالب بوده است. پدیده هایی مانند خشکسالی، سیل، رعد و برق، بشر را به وحشت انداخت. ناآگاهی از توضیحات آنها باعث اعتقاد به خدایان شیطانی مختلف شد که نیاز به قربانی دارند. به همین دلیل است که مردم شروع به مطالعه پدیده های طبیعی کردند، در تلاش برای پیش بینی آنها و کاوش در ساختار مواد بودند. آنها ساختار اتم را مطالعه کردند و دو مفهوم مهم زیر را در شیمی معرفی کردند: سطح انرژی و سطح فرعی.
پیش نیازهای کشف کوچکترین مواد شیمیایی
یونانیان باستان در مورد ذرات کوچک سازنده مواد حدس می زدند. آنها کشف عجیبی کردند: پله های مرمری که بسیاری از مردم طی چندین دهه از آن عبور کرده اند، شکل خود را تغییر داده اند! این به این نتیجه رسید که پای گذشته مقداری سنگ با خود می برد. این پدیده دور از درک وجود سطح انرژی در شیمی است، اما دقیقاً باهمه چیز شروع شد. علم شروع به توسعه تدریجی کرد و در ساختار عناصر شیمیایی و ترکیبات آنها تحقیق کرد.
آغاز مطالعه ساختار اتم
اتم در آغاز قرن بیستم از طریق آزمایشات با الکتریسیته کشف شد. از نظر الکتریکی خنثی در نظر گرفته می شد، اما دارای ذرات سازنده مثبت و منفی بود. دانشمندان می خواستند توزیع آنها را در داخل اتم دریابند. چندین مدل پیشنهاد شد که یکی از آنها حتی نام "کشمش نان" را داشت. فیزیکدان انگلیسی ارنست رادرفورد آزمایشی انجام داد که نشان داد یک هسته مثبت در مرکز اتم قرار دارد و بار منفی در الکترون های کوچکی است که به دور آن می چرخند.
کشف سطح انرژی در شیمی پیشرفت بزرگی در مطالعه ساختار مواد و پدیده ها بود.
سطح انرژی
در طول بررسی خواص مواد شیمیایی، مشخص شد که هر عنصر دارای سطوح خاص خود است. به عنوان مثال، اکسیژن یک طرح ساختاری دارد، در حالی که نیتروژن یک طرح کاملاً متفاوت دارد، اگرچه تعداد اتم های آنها فقط یک تفاوت دارد. بنابراین سطح انرژی چیست؟ این لایه‌های الکترونیکی متشکل از الکترون‌ها هستند که به دلیل قدرت جاذبه متفاوت آنها به هسته یک اتم تشکیل می‌شوند. برخی نزدیکتر هستند، در حالی که برخی دیگر دورتر هستند. یعنی الکترون‌های بالایی بر روی الکترون‌های پایین فشار می‌آورند.
تعداد سطوح انرژی در شیمی برابر است با تعداد دوره در جدول تناوبی D. I. Mendeleev. بیشترین تعداد الکترون هایی که در یک سطح انرژی معین قرار دارند با فرمول زیر تعیین می شود: 2n2، که در آن n عدد سطح است.بنابراین، بیش از دو الکترون نمی‌توانند در سطح انرژی اول، بیش از هشت الکترون در سطح دوم، هجده الکترون در سطح سوم و غیره قرار گیرند.
هر اتم دورترین سطح از هسته خود را دارد. این حد، یا آخرین است و سطح انرژی بیرونی نامیده می شود. تعداد الکترون‌های روی آن برای عناصر زیرگروه‌های اصلی برابر با عدد گروه است.
برای ساختن نمودار یک اتم و سطوح انرژی آن در شیمی، باید این طرح را دنبال کنید:
- تعیین تعداد تمام الکترون های یک اتم یک عنصر داده شده، که برابر با شماره سریال آن است؛
- تعیین تعداد سطوح انرژی بر اساس عدد دوره؛
- تعداد الکترون ها را در هر سطح انرژی تعیین کنید.
برای نمونه هایی از سطوح انرژی برخی از عناصر به زیر مراجعه کنید.
سطوح فرعی انرژی
در اتم ها، علاوه بر سطوح انرژی، سطوح فرعی نیز وجود دارد. در هر سطح، بسته به تعداد الکترون های روی آن، سطوح فرعی خاصی پر می شود. از نحوه پر شدن سطح فرعی، چهار نوع عنصر متمایز می شود:
- S-عناصر. لایه های فرعی s پر شده اند که نمی توانند بیش از دو الکترون داشته باشند. این شامل دو مورد اول از هر دوره است؛
- عناصر P. در این عناصر، بیش از شش الکترون نمی‌تواند در زیرسطح p وجود داشته باشد؛
- عناصر D. این شامل عناصر دوره های بزرگ (دهه ها) واقع بین s- وعناصر p;
- F-عناصر. پر شدن زیرسطح f در اکتینیدها و لانتانیدهای واقع در دوره ششم و هفتم رخ می دهد.
