De structuur van stoffen is interessant voor mensen sinds de gelegenheid zich voordeed om zich geen zorgen te maken over voedsel en de wereld om ons heen te bestuderen. Dergelijke verschijnselen als droogte, overstromingen, bliksem, de doodsbange mensheid. Onwetendheid over hun verklaringen gaf aanleiding tot het geloof in verschillende slechte goden die offers vereisten. Dat is de reden waarom mensen natuurlijke fenomenen begonnen te bestuderen, ernaar streefden ze te voorspellen en zich te verdiepen in de structuur van stoffen. Ze bestudeerden de structuur van het atoom en introduceerden de volgende twee belangrijke concepten in de chemie: energieniveau en subniveau.
Vereisten voor de ontdekking van de kleinste chemicaliën
De oude Grieken gissen naar de kleine deeltjes waaruit stoffen bestaan. Ze deden een vreemde ontdekking: de marmeren treden, die veel mensen tientallen jaren hebben gepasseerd, zijn van vorm veranderd! Dit leidde tot de conclusie dat de voet van het verleden een stuk steen meeneemt. Dit fenomeen is verre van het begrijpen van het bestaan van een energieniveau in de chemie, maar juist methet begon allemaal. De wetenschap begon zich geleidelijk te ontwikkelen en te verdiepen in de structuur van chemische elementen en hun verbindingen.
Het begin van de studie van de structuur van het atoom
Atom werd aan het begin van de 20e eeuw ontdekt door experimenten met elektriciteit. Het werd als elektrisch neutraal beschouwd, maar had positieve en negatieve samenstellende deeltjes. Wetenschappers wilden hun verspreiding binnen het atoom weten. Er werden verschillende modellen voorgesteld, waarvan er één zelfs de naam "rozijnenbroodje" had. De Britse natuurkundige Ernest Rutherford voerde een experiment uit dat aantoonde dat een positieve kern zich in het centrum van het atoom bevindt, en de negatieve lading zit in de kleine elektronen die eromheen draaien.
De ontdekking van het energieniveau in de chemie was een grote doorbraak in de studie van de structuur van stoffen en verschijnselen.
Energieniveau
Tijdens de studie van de eigenschappen van chemicaliën bleek dat elk element zijn eigen niveaus heeft. Zuurstof heeft bijvoorbeeld één structuurschema, terwijl stikstof een heel ander schema heeft, hoewel het aantal atomen slechts één verschil heeft. Dus wat is een energieniveau? Dit zijn elektronische lagen, bestaande uit elektronen, die worden gevormd door de verschillende sterkte van hun aantrekking tot de kern van een atoom. Sommige zijn dichterbij, andere verder. Dat wil zeggen, de bovenste elektronen "drukken" op de lagere.
Het aantal energieniveaus in de chemie is gelijk aan het nummer van de periode in het periodiek systeem van D. I. Mendelejev. Het grootste aantal elektronen dat zich in een bepaald energieniveau bevindt, wordt bepaald door de volgende formule: 2n2, waarbij n het niveaunummer is. Er kunnen dus niet meer dan twee elektronen op het eerste energieniveau worden gelokaliseerd, niet meer dan acht op het tweede, achttien op het derde, enzovoort.
Elk atoom heeft een niveau dat het verst van zijn kern verwijderd is. Het is het uiterste, of laatste, en wordt het uiterlijke energieniveau genoemd. Het aantal elektronen erop voor elementen van de hoofdsubgroepen is gelijk aan het groepsnummer.
Om een diagram te maken van een atoom en zijn energieniveaus in de chemie, moet je dit plan volgen:
- bepaal het aantal van alle elektronen van een atoom van een bepaald element, dat gelijk is aan het serienummer;
- bepaal het aantal energieniveaus op periodenummer;
- bepaal het aantal elektronen in elk energieniveau.
Zie hieronder voor voorbeelden van energieniveaus van sommige elementen.
Energiesubniveaus
In atomen zijn er naast energieniveaus ook subniveaus. Op elk niveau worden, afhankelijk van het aantal elektronen erop, bepaalde subniveaus gevuld. Uit de vulling van het subniveau worden vier soorten elementen onderscheiden:
- S-elementen. De s-subniveaus zijn gevuld, die maximaal twee elektronen kunnen bevatten. Deze omvatten de eerste twee items van elke periode;
- P-elementen. In deze elementen mogen zich niet meer dan zes elektronen op het p-subniveau bevinden;
- D-elementen. Deze omvatten elementen van grote perioden (decennia) gelegen tussen s- enp-elementen;
- F-elementen. De vulling van het f-subniveau vindt plaats in actiniden en lanthaniden die zich in de zesde en zevende periode bevinden.
