Նյութերի կառուցվածքը մարդկանց համար հետաքրքիր է այն պահից, երբ հնարավորություն է ստեղծվել չանհանգստանալ սննդի մասին և ուսումնասիրել մեզ շրջապատող աշխարհը: Նման երեւույթները, ինչպիսիք են երաշտները, ջրհեղեղները, կայծակները, սարսափեցրել են մարդկությանը։ Նրանց բացատրությունների անտեղյակությունը հանգեցրեց հավատքի տարբեր չար աստվածների, որոնք պահանջում էին զոհեր: Այդ պատճառով մարդիկ սկսեցին ուսումնասիրել բնական երևույթները՝ ձգտելով կանխատեսել դրանք և խորամուխ լինել նյութերի կառուցվածքի մեջ։ Նրանք ուսումնասիրեցին ատոմի կառուցվածքը և քիմիայի մեջ ներմուծեցին հետևյալ երկու կարևոր հասկացությունները՝ էներգիայի մակարդակ և ենթամակարդակ։
Նախադրյալներ ամենափոքր քիմիական նյութերի հայտնաբերման համար
Հին հույները կռահում էին նյութերը կազմող մանր մասնիկների մասին: Նրանք տարօրինակ բացահայտում արեցին՝ մարմարե աստիճանները, որոնցով շատերն անցել են մի քանի տասնամյակների ընթացքում, փոխել են իրենց ձևը։ Սա հանգեցրեց այն եզրակացության, որ անցյալի ոտքը իր հետ տանում է ինչ-որ քարի կտոր։ Այս երևույթը հեռու է քիմիայի մեջ էներգիայի մակարդակի գոյությունը հասկանալուց, բայց ճշգրիտամեն ինչ սկսվեց. Գիտությունը սկսեց աստիճանաբար զարգանալ և խորանալ քիմիական տարրերի և դրանց միացությունների կառուցվածքի մեջ:
Ատոմի կառուցվածքի ուսումնասիրության սկիզբ
Ատոմը հայտնաբերվել է 20-րդ դարի սկզբին էլեկտրաէներգիայի հետ կապված փորձերի միջոցով։ Այն համարվում էր էլեկտրականորեն չեզոք, բայց ուներ դրական և բացասական բաղադրիչ մասնիկներ։ Գիտնականները ցանկանում էին պարզել դրանց բաշխվածությունը ատոմի ներսում։ Առաջարկվեցին մի քանի մոդելներ, որոնցից մեկը նույնիսկ ուներ «չամիչով բուլկի» անվանումը։ Բրիտանացի ֆիզիկոս Էռնեստ Ռադերֆորդը փորձ է անցկացրել, որը ցույց է տվել, որ դրական միջուկը գտնվում է ատոմի կենտրոնում, իսկ բացասական լիցքը գտնվում է նրա շուրջը պտտվող փոքր էլեկտրոնների մեջ։
Քիմիայի մեջ էներգիայի մակարդակի հայտնաբերումը մեծ առաջընթաց էր նյութերի և երևույթների կառուցվածքի ուսումնասիրության մեջ։
Էներգիայի մակարդակ
Քիմիական նյութերի հատկությունների ուսումնասիրության ընթացքում պարզվել է, որ յուրաքանչյուր տարր ունի իր մակարդակները։ Օրինակ՝ թթվածինն ունի մեկ կառուցվածքային սխեման, մինչդեռ ազոտը՝ բոլորովին այլ, թեև դրանց ատոմների թիվը տարբերվում է միայն մեկով։ Այսպիսով, ո՞րն է էներգիայի մակարդակը: Սրանք էլեկտրոնային շերտեր են՝ կազմված էլեկտրոններից, որոնք առաջանում են ատոմի միջուկին իրենց ձգողականության տարբեր ուժի պատճառով։ Ոմանք ավելի մոտ են, իսկ մյուսները՝ ավելի հեռու։ Այսինքն՝ վերին էլեկտրոնները «սեղմում են» ստորինների վրա։
Քիմիայի մեջ էներգիայի մակարդակների թիվը հավասար է Դ. Ի. Մենդելեևի Պարբերական աղյուսակի ժամանակաշրջանի թվին: Էլեկտրոնների ամենամեծ թիվը, որոնք գտնվում են տվյալ էներգիայի մակարդակում, որոշվում է հետևյալ բանաձևով. 2n2, որտեղ n մակարդակի թիվն է:Այսպիսով, առաջին էներգետիկ մակարդակի վրա կարող է տեղակայվել ոչ ավելի, քան երկու էլեկտրոն, երկրորդում՝ ութից, երրորդում՝ տասնութ և այլն։
Յուրաքանչյուր ատոմ ունի իր միջուկից ամենահեռու մակարդակը: Այն ծայրահեղ է, կամ վերջին, և կոչվում է արտաքին էներգիայի մակարդակ: Հիմնական ենթախմբերի տարրերի համար դրա վրա էլեկտրոնների թիվը հավասար է խմբի թվին։
Քիմիայում ատոմի և նրա էներգիայի մակարդակների դիագրամ ստեղծելու համար դուք պետք է հետևեք այս պլանին.
- որոշել տվյալ տարրի ատոմի բոլոր էլեկտրոնների թիվը, որը հավասար է նրա հերթական համարին;
- որոշել էներգիայի մակարդակների քանակը ըստ ժամանակաշրջանի համարի;
- որոշեք էլեկտրոնների թիվը յուրաքանչյուր էներգետիկ մակարդակում:
Տե՛ս ստորև որոշ տարրերի էներգիայի մակարդակների օրինակների համար:
Էներգետիկ ենթամակարդակներ
Ատոմներում էներգիայի մակարդակներից բացի կան նաև ենթամակարդակներ։ Յուրաքանչյուր մակարդակում, կախված դրա վրա գտնվող էլեկտրոնների քանակից, լրացվում են որոշակի ենթամակարդակներ։ Ենթամակարդակի լրացման եղանակից առանձնանում են չորս տեսակի տարրեր՝
- S-տարրեր. Լցված են s ենթամակարդակները, որոնք կարող են պարունակել ոչ ավելի, քան երկու էլեկտրոն։ Դրանք ներառում են յուրաքանչյուր ժամանակաշրջանի առաջին երկու կետերը;
- P-տարրեր. Այս տարրերում կարող են լինել ոչ ավելի, քան վեց էլեկտրոններ, որոնք գտնվում են p-ենթամակարդակի վրա;
- D-տարրեր. Դրանք ներառում են մեծ ժամանակաշրջանների (տասնամյակների) տարրեր, որոնք գտնվում են s- և միջևp-տարրեր;
- F-տարրեր. F-ի ենթամակարդակի լրացումը տեղի է ունենում ակտինիդներում և լանթանիդներում, որոնք գտնվում են վեցերորդ և յոթերորդ շրջաններում:
