Az anyagok szerkezete érdekes az emberek számára, mióta lehetőség nyílt arra, hogy ne aggódjanak az ételek miatt, és tanulmányozzák a minket körülvevő világot. Az olyan jelenségek, mint az aszályok, az árvizek, a villámlás, megrémítették az emberiséget. Magyarázatuk ismeretének hiánya a különféle gonosz istenekbe vetett hithez vezetett, amelyek áldozatokat követelnek. Ezért kezdték el az emberek tanulmányozni a természeti jelenségeket, igyekeztek megjósolni azokat, és belemélyedtek az anyagok szerkezetébe. Tanulmányozták az atom szerkezetét, és bevezették a következő két fontos fogalmat a kémiából: energiaszint és alszint.
A legkisebb vegyszerek felfedezésének előfeltételei
Az ókori görögök találgattak az anyagokat alkotó kis részecskékre. Különös felfedezést tettek: a márványlépcsők, amelyeken sok ember több évtizeden keresztül haladt, megváltoztatta alakját! Ez arra a következtetésre vezetett, hogy a múlt lába valami kődarabot visz magával. Ez a jelenség távol áll attól, hogy megértse az energiaszint létezését a kémiában, hanem pontosan azzalkezdődött minden. A tudomány fokozatosan fejlődni kezdett, és elmélyedni kezdett a kémiai elemek és vegyületeik szerkezetében.
Az atom szerkezetének tanulmányozásának kezdete
Az atomot a 20. század elején fedezték fel elektromossággal végzett kísérletek során. Elektromosan semlegesnek tekintették, de tartalmaztak pozitív és negatív részecskéket. A tudósok az atomon belüli eloszlásukat akarták kideríteni. Számos modellt javasoltak, amelyek közül az egyik „mazsolás zsemle” nevet viselte. Ernest Rutherford brit fizikus végzett egy kísérletet, amely kimutatta, hogy az atom közepén egy pozitív mag található, a negatív töltés pedig a körülötte keringő kis elektronokban.
Az energiaszint felfedezése a kémiában nagy áttörést jelentett az anyagok és jelenségek szerkezetének tanulmányozásában.
Energiaszint
A vegyszerek tulajdonságainak vizsgálata során kiderült, hogy minden elemnek megvan a maga szintje. Például az oxigénnek egy szerkezeti sémája van, míg a nitrogénnek teljesen más, bár atomjaik száma csak eggyel különbözik. Tehát mi az energiaszint? Ezek elektronokból álló rétegek, amelyek az atommaghoz való vonzódásuk eltérő erőssége miatt jönnek létre. Egyesek közelebb vannak, míg mások távolabb. Vagyis a felső elektronok „nyomják” az alsókat.
A kémiában az energiaszintek száma megegyezik a D. I. Mengyelejev periódusos rendszerében szereplő periódusok számával. Az adott energiaszinten lévő elektronok legnagyobb számát a következő képlet határozza meg: 2n2, ahol n a szintszám. Így az első energiaszinten legfeljebb két elektron helyezhető el, a másodikon legfeljebb nyolc, a harmadikon tizennyolc elektron és így tovább.
Minden atomnak van egy szintje a legtávolabb a magjától. Ez a szélsőség, vagy az utolsó, és ezt külső energiaszintnek hívják. A rajta lévő elektronok száma a fő alcsoportok elemei esetében megegyezik a csoportszámmal.
Egy atom és energiaszintjének diagramjának elkészítéséhez a kémiában a következő tervet kell követnie:
- határozza meg egy adott elem atomjának összes elektronjának számát, amely megegyezik a sorozatszámával;
- határozza meg az energiaszintek számát periódusszám alapján;
- határozza meg az elektronok számát az egyes energiaszinteken.
Lásd alább néhány elem energiaszintjére vonatkozó példákat.
Energia alszintek
Az atomokban az energiaszinteken kívül alszintek is vannak. Minden szinten, a rajta lévő elektronok számától függően, bizonyos alszintek kitöltődnek. Az alszint kitöltésének módja alapján négyféle elemet különböztetünk meg:
- S-elemek. Az s-alszintek ki vannak töltve, amelyek legfeljebb két elektront tartalmazhatnak. Ezek közé tartozik az egyes időszakok első két eleme;
- P-elemek. Ezekben az elemekben legfeljebb hat elektron lehet a p-alszinten;
- D-elemek. Ide tartoznak az s- és között elhelyezkedő nagy időszakok (évtizedek) elemeip-elemek;
- F-elemek. Az f-alszint kitöltése a hatodik és hetedik periódusban elhelyezkedő aktinidákban és lantanidokban történik.
