You are currently browsing the monthly archive for Νοέμβριος 2010.

Η θεωρία στο άρθρο αυτό προέρχεται από την ενότητα 1.2.8 του βιβλίου  «Γενική Χημεία Γ΄ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης» – Κ. Καλαματιανός.   Λεπτομερής παρουσίαση του βιβλίου, αποσπάσματά του και τρόποι αγοράς δίνονται στον ιστότοπο  https://sites.google.com/site/kalamatianosbooks.    

 Το βιβλίο διατίθετα στον παραπάνω ιστότοπο σε ειδική προνομιακή τιμή.

  

 Διατίθεται επίσης στα εξής  βιβλιοπωλεία (μεταξύ άλλων): Ιανός (Αθήνα – Θεσ/νικη), ΚορφιάτηςΓρηγόρη, ΕλευθερουδάκηςΠατάκης,  Αναστασάκης, Βιβλιοχώρα.

  

  1.2.8              ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΙΟΝΤΙΣΜΟΥ

 Στην προηγούμενη ενότητα παρουσιάσαμε τον επιτυχημένο τρόπο με τον οποίο το κβαντομηχανικό πρότυπο για το άτομο ερμηνεύει την μεταβολή της ατομικής ακτίνας καθώς μετακινούμαστε σε μία περίοδο ή ομάδα του περιοδικού πίνακα.

Η χρησιμότητα και η αξία κάθε προτύπου (μοντέλου που έχει αναπτυχθεί από τον άνθρωπο στις φυσικές επιστήμες) είναι η ικανότητά του να ερμηνεύει πειραματικά δεδομένα. Στην ενότητα αυτή θα διαπιστώσουμε πώς το κβαντομηχανικό πρότυπο ερμηνεύει εξίσου καλά πειραματικά δεδομένα που αφορούν την μεταβολή στην ενέργεια ιοντισμού των ατόμων καθώς μετακινούμαστε σε μία ομάδα ή περίοδο του περιοδικού πίνακα.

Σκοπός σε αυτή την ενότητα είναι:

                                 i.      Να κατανοηθεί τι λέμε ενέργεια ιοντισμού και με ποιο τρόπο ένα άτομο αποβάλλει («χάνει») ηλεκτρόνια

                               ii.      Να παρουσιασθεί πώς ο περιοδικός πίνακας και η ηλεκτρονιακή δομή των στοιχείων (κβαντομηχανικό πρότυπο) μας επιτρέπουν να προβλέπουμε την μεταβολή της ενέργειας ιοντισμού κατά μήκος μίας περιόδου ή ομάδας του περιοδικού πίνακα

                              iii.      Να παρουσιασθεί η χρησιμότητα της ενέργειας ιοντισμού και η συσχέτισή της με φυσικές και χημικές ιδιότητες του ατόμου

Η απάντηση στον σκοπό (i) παραπάνω δίνεται από τον ορισμό:

Ενέργεια ιοντισμού (Εi)  ονομάζεται η ελάχιστη ενέργεια [1] που απαιτείται για την πλήρη απομάκρυνση ενός ηλεκτρονίου από ελεύθερο άτομο που βρίσκεται σε αέρια φάση και στην θεμελιώδη του κατάσταση.

 Ενέργεια πρώτου ιοντισμού (Εi1) ονομάζεται η ελάχιστη ενέργεια που απαιτείται για την πλήρη απομάκρυνση ενός ηλεκτρονίου από ελεύθερο άτομο που βρίσκεται σε αέρια φάση και στην θεμελιώδη κατάσταση.

Για παράδειγμα για το Na(g) η ενέργεια πρώτου ιοντισμού είναι η ενέργεια που χρειάζεται για την αντίδραση:

Na(g)    →   Na+(g) + e              Εi1 > 0

Αντίστοιχα για το Na(g) η ενέργεια δεύτερου ιοντισμού είναι η ενέργεια που χρειάζεται για την αντίδραση:

Na+(g)    →    Νa+2(g) + e          Εi2 > 0

Ως μονάδα μέτρησης για την ενέργεια ιοντισμού χρησιμοποιείται το kJ.mol-1

Όπως φαίνεται και παραπάνω για την απομάκρυνση ενός ή περισσοτέρων ηλεκτρονίων από ένα άτομο πρέπει να δοθεί ενέργεια [2] στα ηλεκτρόνια του ατόμου ώστε να «εξουδετερωθούν» οι ελκτικές δυνάμεις του πυρήνα (οι παραπάνω αντιδράσεις είναι ενδόθερμες καθώς απορροφούν ενέργεια) [3].

Είναι επίσης λογικό να περιμένουμε ότι για τις διαδοχικές ενέργειες ιοντισμού ενός στοιχείου θα ισχύει ότι η ενέργεια που απαιτείται για την απομάκρυνση του πρώτου ηλεκτρονίου θα είναι μικρότερη από την ενέργεια που απαιτείται για την απομάκρυνση του δευτέρου η οποία με την σειρά της θα είναι μικρότερη από την ενέργεια που απαιτείται για την απομάκρυνση του n ηλεκτρονίου ή συνοπτικά  Εin >…> Εi2 > Εiκαθώς είναι ευκολότερο να απομακρυνθεί ένα ηλεκτρόνιο από ουδέτερο άτομο από ότι από άτομα που έχουν διαδοχικά αυξανόμενο θετικό φορτίο.

Πειραματικά δεδομένα για τις ενέργειες ιοντισμού των στοιχείων της περιόδου 3 δίνονται στον Πίνακα 1-12.

Πίνακας 1‑12:  Διαδοχικές τιμές για τις ενέργειες ιοντισμού, E, για τα στοιχεία της περιόδου 3 του περιοδικού πίνακα (kJ/mol)

  Στοιχείο E1  E2  E3  E4  E5  E6  E7 
     Na 496 4560          
     Mg 738 1450 7730        
     Al 578 1820 2750 11600      
     Si 786 1580 3230 4360 16100    
     P 1012 1900 2910 4960 6270 22200  
     S 1000 2250 3360 4560 7010 8500 27100
    Cl 1251 2300 3820 5160 6540 9460 11000
   Ar 1521 2670 3930 5770 7240 8780 12000

 

Aπο τον Πίνακα 1-12 προκύπτει για τις διαδοχικές ενέργειες ιοντισμού Εi1, Εi2, Εi3  για κάθε στοιχείο:

  • Εi< Εi2 < Εi3 η ενέργεια που απαιτείται για την απομάκρυνση του πρώτου ηλεκτρονίου είναι μικρότερη από την ενέργεια που απαιτείται για την απομάκρυνση του δεύτερου ηλεκτρόνιου που με την σειρά της είναι μικρότερη από την ενέργεια που απαιτείται για την απομάκρυνση του τρίτου ηλεκτρονίου…
  • Η ενέργεια ιοντισμού που απαιτείται για την απομάκρυνση ενός ηλεκτρονίου εσωτερικής στιβάδας (που είναι συμπληρωμένη με οκτώ ηλεκτρόνια) είναι πολύ μεγαλύτερη από την ενέργεια που απαιτείται για την απομάκρυνση ηλεκτρονίων της εξωτερικής στιβάδας.

 Για παράδειγμα ας εξετάσουμε το στοιχείο 13Al που η ηλεκτρονιακή δομή του είναι: Ηλεκτρονιακή δομή 13Al:  1s22s22p63s23p1

Παρατηρούμε στον Πίνακα 1-13 παρακάτω ότι για την απομάκρυνση του εξωτερικού 3p ηλεκτρονίου και τον σχηματισμό του Al+ απαιτείται ενέργεια Εi1 = 578 kJ/mol. Για την απομάκρυνση του πρώτου 3s ηλεκτρονίου και τον σχηματισμό του Al+2 απαιτείται ενέργεια Εi2 = 1820 kJ/mol ενώ για την απομάκρυνση του δεύτερου 3s ηλεκτρονίου και τον σχηματισμό του Al+3 απαιτείται ενέργεια Εi3 = 2750 kJ/mol. Για να απομακρυνθεί όμως το τέταρτο ηλεκτρόνιο από την εσωτερική στιβάδα n=2 (υποστιβάδα 2p) και να σχηματισθεί Al+4 απαιτείται να δοθεί μεγάλη ενέργεια στο άτομο και συγκεκριμένα Εi4 = 11600 kJ/mol.

Η μεγάλη αυτή αύξηση στην ενέργεια που απαιτείται για την απομάκρυνση του τέταρτου ηλεκτρονίου μπορεί να εξηγηθεί με τον παρακάτω τρόπο:

  • Τα 2p ηλεκτρόνια βρίσκονται ποιο κοντά στον πυρήνα από τα 3s και 3p και έλκονται ισχυρότερα. Επομένως απαιτείται μεγαλύτερη ενέργεια ιοντισμού για την απομάκρυνσή τους
  • Η απομάκρυνση ηλεκτρονίου από στιβάδα που είναι συμπληρωμένη με οκτάδα ηλεκτρονίων απαιτεί μεγάλη ενέργεια [4] καθώς η συμπληρωμένη στιβάδα έχει  μεγάλη ενεργειακή σταθερότητα (παρατηρείστε ότι η στιβάδα n=2 είναι συμπληρωμένη με οκτώ ηλεκτρόνια στο 13Al)

 

Πίνακας 1‑13: Ιοντισμός του ατόμου του 13Al και αντίστοιχες ενέργειες ιοντισμού (kJ/mol)

  ΙΟΝΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ 13Al
 Στοιχείο             Al       →          Al+      →      Al+2        →       Al+3    →     Al+4
 Ηλεκτρονιακή δομή     1s22s22p63s23p1  1s22s22p63s2  1s22s22p63s1  1s22s22p6  1s22s22p5
Ενέργεια που απαιτείται να δοθεί στο στοιχείο για την αποβολή ηλεκτρονίου (e) (kJ/mol)  +578  +1820  +2750  +11600   

Ήδη έχουμε παρουσιάσει και εξηγήσει παραπάνω γιατί στο ίδιο στοιχείο οι διαδοχικές ενέργειες ιοντισμού αυξάνουν.

Τι παρατηρούμε όμως όσο αφορά την ενέργεια ιοντισμού των στοιχείων καθώς μετακινούμαστε στον περιοδικό πίνακα και πώς ερμηνεύονται οι παρατηρήσεις με βάση την ηλεκτρονιακή δομή των ατόμων; (σκοπός ii στην ενότητα 1.2.8).

Για να εξηγήσουμε το γιατί η ενέργεια ιοντισμού διαφέρει από στοιχείο σε στοιχείο πρέπει να προσδιορίσουμε τις παραμέτρους που επιδρούν στην ελκτική δύναμη πυρήνα – ηλεκτρονίων εξωτερικής στιβάδας καθώς όσο μεγαλύτερη η ελκτική δύναμη τόσο μεγαλύτερη η απαιτούμενη ενέργεια ιοντισμού.

Οι παράγοντες αυτοί είναι:

  • Η ατομική ακτίνα
  •  Το δραστικό πυρηνικό φορτίο

 

Άσκηση – Παράδειγμα  #1-43    

H αντίδραση για την ενέργεια τρίτου ιοντισμού του Ti δίνεται από:

α)  Τi+3 (g) + e   →    Ti+2 (g) δ)  Τi (g)    →     Ti+3(g) + 3e
β)  Τi+2 (g)   →     Ti+3 (g) + e ε)  Τi (s)          Ti(g) + e
γ)  3 Τi (g)   →     3 Ti+(g) + 3e  

 Λύση:

H σωστή απάντηση είναι η (β). Ως ενέργεια τρίτου ιοντισμού ορίζεται η ενέργεια που απαιτείται για την πλήρη απομάκρυνση ενός ηλεκτρονίου από ένα χημικό είδος που βρίσκεται σε αέρια φάση και έχει ήδη «χάσει» δύο ηλεκτρόνια (στην συγκεκριμένη περίπτωση από το Τi+2).  Η μόνη αντίδραση που μπορεί να επιλεγεί από τις παραπάνω είναι η (β).

 

Mεταβολή της Ενέργειας Ιοντισμού κατά Μήκος μίας Ομάδας του Περιοδικού Πίνακα 

Καθώς μετακινούμαστε σε μία ομάδα του περιοδικού πίνακα από επάνω προς τα κάτω έχει παρατηρηθεί πειραματικά ότι η ενέργεια ιοντισμού ελαττώνεται. Για παράδειγμα για τις ενέργειες ιοντισμού των στοιχείων της ομάδας 1 παρατηρούμε ότι ισχύει: Li > Na > K > Rb > Cs (Σχήμα: 1-39α)

Δύο είναι γενικά οι παράμετροι σύμφωνα με το κβαντομηχανικό πρότυπο (ηλεκτρονιακή δομή των ατόμων) που καθορίζουν το πόσο ισχυρά έλκεται ένα ηλεκτρόνιο από τον πυρήνα του ατόμου  και παίζουν καθοριστικό ρόλο στην διαμόρφωση της τιμής της ενέργειας ιοντισμού: (θυμηθείτε ότι όσο μεγαλύτερες οι ελκτικές δυνάμεις πυρήνα – ηλεκτρονίου τόσο μεγαλύτερη η ενέργεια ιοντισμού): [5]

  • Η ατομική ακτίνα η οποία αυξάνει καθώς μετακινούμαστε σε μία ομάδα του περιοδικού πίνακα από επάνω προς τα κάτω με αποτέλεσμα η έλξη πυρήνα – ηλεκτρονίων εξωτερικής στιβάδας να ελαττώνεται και επομένως η ενέργεια ιοντισμού να ελαττώνεται
  •  Το δραστικό πυρηνικό φορτίο το οποίο ενεργεί στα ηλεκτρόνια της εξωτερικής στιβάδας και το οποίο παραμένει σταθερό στα στοιχεία της ίδιας ομάδας (δες επεξήγηση στην ενότητα «Μεταβολή της ατομικής ακτίνας κατά μήκος μίας ομάδας του περιοδικού πίνακα»  στην σελίδα 90)

   

   

Σχήμα 1-39:  α) Ενέργειες 1ου ιοντισμού των στοιχείων της ομάδας 1 του περιοδικού πίνακα.  Παρατηρούμε ότι η ενέργεια ιοντισμού ελαττώνεται καθώς ο ατομικός αριθμός των στοιχείων αυξάνει (καθώς μετακινούμαστε στην ομάδα από επάνω προς τα κάτω)  β) Ενέργειες 1ου ιοντισμού των στοιχείων των περιόδων 1 και 2 του περιοδικού πίνακα. Παρατηρούμε ότι οι ενέργειες ιοντισμού αυξάνουν καθώς μετακινούμαστε από αριστερά στα δεξιά στις περιόδους 1 και 2.

Επομένως με βάση τα παραπάνω:

Σε μία ομάδα του περιοδικού πίνακα η ενέργεια ιοντισμού αυξάνει καθώς μετακινούμαστε από κάτω προς τα επάνω.

  

[1] Το ασθενέστερα συνδεδεμένο με τον πυρήνα ηλεκτρόνιο απομακρύνεται πρώτα από το άτομο για τον λόγο αυτό ο ορισμός αναφέρεται στην ελάχιστη ενέργεια. To ασθενέστερα συνδεδεμένο με τον πυρήνα ηλεκτρόνιο(α) είναι το ηλεκτρόνιο(α) της εξωτερικής στιβάδας. Κατά τον ιοντισμό ατόμων πρώτα απομακρύνονται τα ηλεκτρόνια των υποστι-βάδων που έχουν τον μεγαλύτερο κύριο κβαντικό αριθμό (που βρίσκονται στο υψηλότερο ενεργειακό επίπεδο).

[2] Για να «χάσει» ένα άτομο ηλεκτρόνιο(α) πρέπει να του δοθεί ενέργεια όπως π.χ. ακτινοβολία συγκεκριμένης συχνό-τητας, θερμότητα κλπ…

[3] Ενδόθερμη αντίδραση ονομάζεται η αντίδραση στην οποία απορροφάται ενέργεια.

[4] Τα ευγενή αέρια έχουν συμπληρωμένη με 8 ηλεκτρόνια την εξωτερική τους στιβάδα. Σε κάθε περίοδο του περιοδικού πίνακα το αντίστοιχο ευγενές αέριο εμφανίζει την υψηλότερη ενέργεια.

[5] Θυμηθείτε ότι όσο μεγαλύτερες οι ελκτικές δυνάμεις πυρήνα – ηλεκτρονίου τόσο μεγαλύτερη η ενέργεια ιοντισμού.

Οι παράμετροι που επιδρούν στην ενέργεια ιοντισμού είναι: i) το δραστικό πυρηνικό φορτίο ii) η ατομική ακτίνα. Οι παράμετροι αυτοί καθορίζουν πόσο ισχυρά ένα ηλεκτρόνιο έλκεται από τον πυρήνα του ατόμου. Ειδικά σε στοιχεία που βρίσκονται στην ίδια ομάδα του περιοδικού πίνακα η κύρια παράμετρος είναι η ατομική ακτίνα καθώς το δραστικό πυρηνικό φορτίο παραμένει σχεδόν σταθερό.


 

Η θεωρία στο άρθρο αυτό προέρχεται από το βιβλίο «Γενική Χημεία Γ΄ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης» – Κ. Καλαματιανός.  Λεπτομερής παρουσίαση του βιβλίου, αποσπάσματά του και τρόποι αγοράς δίνονται στον ιστότοπο  https://sites.google.com/site/kalamatianosbooks.                                                                                                                                                                                                                           Το βιβλίο διατίθετα στον παραπάνω ιστότοπο σε ειδική προνομιακή τιμή.

 

 Διατίθεται επίσης στα εξής  βιβλιοπωλεία (μεταξύ άλλων): Ιανός (Αθήνα – Θεσ/νικη), ΚορφιάτηςΓρηγόρη, ΕλευθερουδάκηςΠατάκης,  Αναστασάκης, Βιβλιοχώρα.

Σκοπός σε αυτή την ενότητα του βιβλίου είναι να παρουσιασθεί:

  • Μία σύντομη ιστορική αναδρομή για τα οξέα και τις βάσεις αλλά και η αρχική προσπάθεια κατηγοριοποίησης χημικών ουσιών ως οξέα ή βάσεις ανάλογα με τις χαρακτηριστικές ιδιότητές τους
  • Ποιες ενώσεις είναι οξέα και ποιές βάσεις σύμφωνα με τον Arrhenius (θεωρία του Arrhenius)
  • Ποιες ενώσεις είναι οξέα και ποιές βάσεις σύμφωνα με τους Bronstead-Lowry (θεωρία των Bronstead-Lowry)
  • Ποιές ενώσεις είναι οξέα και ποιές βάσεις σύμφωνα με τον Lewis (Θεωρία του Lewis)

 

Όταν θα έχεις ολοκληρώσει την μελέτη αυτής της ενότητας θα πρέπει να:

  • Γνωρίζεις τις χαρακτηριστικές ιδιότητες των οξέων και των βάσεων.
  • Γνωρίζεις πώς ορίζεται μία χημική ένωση ως οξύ ή βάση σύμφωνα με την θεωρία του  Arrhenius, του Brönstead-Lowry και του Lewis
  • Mπορείς να δώσεις παραδείγματα οξέος ή βάσης όπου η θεωρία του Arrhenius δεν είναι εφαρμόσιμη.
  • Γνωρίζεις τις βασικές διαφορές ανάμεσα στις τρεις παραπάνω θεωρίες για τα οξέα και τις βάσεις.
  • Eίσαι σε θέση εάν σου δοθεί ο τύπος ενός οξέος ή μίας βάσης να γράψεις τον τύπο των συζυγών τους.

Για απόσπασμα θεωρίας από το βιβλίο δες εδώ. Για την πλήρη θεωρία της ενότητας και τις σχετικές ασκήσεις  δες το βιβλίο «Γενική Χημεία Γ΄ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης».

Οι ασκήσεις στο άρθρο αυτό προέρχονται από το βιβλίο «Γενική Χημεία Γ΄ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης» – Κ. Καλαματιανός.  Λεπτομερής παρουσίαση του βιβλίου, αποσπάσματά του και τρόποι αγοράς δίνονται στον ιστότοπο  https://sites.google.com/site/kalamatianosbooks.

Το βιβλίο διατίθετα στον παραπάνω ιστότοπο σε ειδική προνομιακή τιμή.  Διατίθεται επίσης στα εξής  βιβλιοπωλεία (μεταξύ άλλων): Ιανός (Αθήνα – Θεσ/νικη), ΚορφιάτηςΓρηγόρη, ΕλευθερουδάκηςΠατάκης,  Αναστασάκης, Βιβλιοχώρα.

 

Για απόσπασμα θεωρίας από το βιβλίο δες εδώ. Για την πλήρη θεωρία της ενότητας και τις σχετικές ασκήσεις  δες το βιβλίο «Γενική Χημεία Γ΄ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης».

1.   Τα φωτόνια μιας ακτινοβολίας έχουν ενέργεια 5,0 . 10-16 J. Υπολογίστε τα παρακάτω:   α) Το μήκος κύματος της ακτινοβολίας σε nm       β) Την συχνότητα της ακτινοβολίας σε Hz.

                Απάντηση: α) 0,4 nm  β) 7,5 . 1017 Hz 

Ακολουθούμε την Μεθοδολογία #1 και την Μέθοδο Α στην σελίδα 25 του βιβλίου.

BHMA 

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ

ΣΗΜΕΙΩΣΗ

I   

 ΔΕΔΟΜΕΝΑ   Ε = 5,0 . 10-16  J1nm = 10-9 m       h.c  = 2,0 . 10-25 J.m
ΖΗΤΟΥΜΕΝΑ α) λ = ;     (nm)       β) ν =; 

 

 
II   Ε = h  (1)                           (Σχέση [1.3]) c = ν.λ   ν = c/λ  (2)          (Σχέση [1.2]) Παρατηρούμε ότι έχουμε 2 εξισώσεις με 2 αγνώστους. Οι άγνωστοι είναι το ν και το λ (δίνονται με έντονη γραφή)
III  Εάν όπου ν στην (1) αντικαταστήσουμε την (2): Ε = h.(c) →  λ = h.c/E   (3)    Στην (3) έχουμε άγνωστο μόνο το λ
IV              λ = h.c/E = (2,0 . 10-25 J.m) / (5,0 . 10-16  J) =  4 . 10-10 m = 4 . 10-1 nm   

ν = c/λ = (3 . 108 m.s-1) /(4 . 10-10 m) = 7,5. 1017 s-1

 Eπομένως :α) λ  = 4 . 10-1 nm β) ν = 7,5. 1017 s-1

 

2.        To έντονα κίτρινο φως που εκπέμπει μία λάμπα νατρίου στην φωταγώγηση δρόμων προέρχεται από μετάπτωση ηλεκτρονίων από την 3p υποστιβάδα στην 3s. Το μήκος κύματος του φωτός (ακτινοβολίας) είναι 590 nm. Ποια είναι η ενέργεια που δίνεται κατά την μετάπτωση αυτή σε kJ.mol-1;

Απάντηση: 200 kJ.mol-1

 

Ακολουθούμε την Μεθοδολογία #1 και την Μέθοδο Α στην σελίδα 25.

BHMA  ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ ΣΗΜΕΙΩΣΗ
I   

 ΔΕΔΟΜΕΝΑ     Άτομο του Na σε διέγερση 3p → 3s μετάπτωση e   λ = 590 nm = 5,9 . 10-7 m          1 nm = 10-9 m    h.c  = 2,0 . 10-25 J.m

N = 6,022 . 1023

ΖΗΤΟΥΜΕΝΑ α) (Ε)mol = ; 

 

 
II   Ε = h.ν  (1)                           (Σχέση [1.3]) c = ν.λ →  ν = c/λ  (2)          (Σχέση [1.2]) Παρατηρούμε ότι έχουμε 2 εξισώσεις με 2 αγνώστους. Οι άγνωστοι είναι το ν και το E (δίνονται με έντονη γραφή)
III  Εάν όπου ν στην (1) αντικαταστήσουμε την (2) Ε = h.(c/λ)  (3)   Στην (3) έχουμε άγνωστο μόνο το E
IV                E = h.c/λ = 2,0 . 10-25 J.m / 5,89 . 10-7 m  = 3,4 . 10-19 J(Ε)mol = N . E  =  6,022 . 1023 mol-1 . 3,4 . 10-19 J == 2,0 . 105 J =  200 kJ.mol-1  1 Hz = 1 s-1 Eπομένως :α) ν = 5,1. 1014 Hz

β) (Ε)mol  =  200 kJ.mol-1

 

  

  

  

  

  

  

  

 

 

Μέρος της θεωρίας στο άρθρο αυτό προέρχεται από το βιβλίο «Γενική Χημεία Γ΄ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης» – Κ. Καλαματιανός.  Λεπτομερής παρουσίαση του βιβλίου, αποσπάσματά του και τρόποι αγοράς δίνονται στον ιστότοπο  https://sites.google.com/site/kalamatianosbooks.

Το βιβλίο διατίθετα στον παραπάνω ιστότοπο σε ειδική προνομιακή τιμή.  Διατίθεται επίσης στα εξής  βιβλιοπωλεία (μεταξύ άλλων): Ιανός (Αθήνα – Θεσ/νικη), ΚορφιάτηςΓρηγόρη, ΕλευθερουδάκηςΠατάκης,  Αναστασάκης, Βιβλιοχώρα.

Εάν τα άτομα ή τα μόρια θερμανθούν σε κατάλληλα υψηλές θερμοκρασίες εκπέμπουν ακτινοβολία με χαρακτηριστικό μήκος κύματος  (το μήκος κύματος της ακτινοβολίας διαφέρει από άτομο σε άτομο ή από μόριο σε μόριο). Εάν η ακτινοβολία αυτή περάσει μέσα από πρίσμα διαχωρίζεται και δίνει μία σειρά από έγχρωμες γραμμές συγκεκριμένου μήκους κύματος που βρίσκονται επάνω σε ένα μαύρο φόντο. Το οπτικό αυτό φαινόμενο που προκύπτει κατά την ανάλυση μίας φωτεινής δέσμης στα επιμέρους συστατικά μήκη κύματος (ή χρώματά της) ονομάζεται φάσμα. Ειδικά στην περίπτωση που το φάσμα προέρχεται από την ανάλυση εκπεμπόμενης ακτινοβολίας ονομάζεται φάσμα εκπομπής η καλλίτερα γραμμικό φάσμα εκπομπής. 

 

Σχήμα 1: Συνεχές φάσμα, γραμμικό φάσμα εκπομπής, γραμμικό φάσμα απορρόφησης. Στο σχήμα παρουσιάζονται τρεις τύποι φασμάτων. Ένα γραμμικό φάσμα εκπομπής δημιουργείται από την ακτινοβολία που προέρχεται από τα άτομα θερμού αερίου όταν περάσει μέσα από πρίσμα. Ένα συνεχές φάσμα δημιουργείται όταν η ακτινοβολία που προέρχεται από ένα λαμπτήρα περάσει μέσα από πρίσμα. Ένα γραμμικό φάσμα απορρόφησης δημιουργείται όταν η ακτινοβολία που προέρχεται από ένα θερμό σώμα περάσει μέσα από ψυχρό αέριο και κατόπιν μέσα από πρίσμα.Σχήμα 2: Γραμμικά φάσματα εκπομπής των στοιχείων Na, Hg, Li, και Η. Παρατηρείται η μοναδικότητα του κάθε φάσματος.

 

Το γραμμικό φάσμα κάθε στοιχείου είναι μοναδικό (Σχήμα 2).  Αποτελεί κατά αναλογία ένα είδος «δακτυλικού αποτυπώματος» για το στοιχείο αυτό και χρησιμοποιείται για την χημική αναγνώρισή του. Για παράδειγμα, το 1868 το γραμμικό φάσμα εκπομπής του στοιχείου ηλίου (He) χρησιμοποιήθηκε για την αναγνώριση του στοιχείου αυτού στον δακτύλιο του ήλιου. Αργότερα το ήλιο (He) αναγνωρίσθηκε και στην ατμόσφαιρα της γης.

H επεξήγηση της μοναδικότητας των γραμμικών φασμάτων των στοιχείων, γνωστή από τον 17ο αιώνα, ερμηνεύθηκε για πρώτη φορά από το ατομικό πρότυπο του N. Bohr (1913). Με βάση το ατομικό πρότυπο του Bohr «ενέργεια συγκεκριμένης συχνότητας για κάθε άτομο στοιχείου εκπέμπεται για να μεταπηδήσει ένα ηλεκτρόνιό του από ένα ψηλότερο σε ένα χαμηλότερο ενεργειακό επίπεδο (π.χ. από την τροχιά με n = 3 στην τροχιά με n =1)». Αυτό συμβαίνει γιατί διαφέρουν τα ενεργειακά τους επίπεδα ή απλά θα λέγαμε διαφέρουν οι αποστάσεις των ηλεκτρονιακών τροχιών τους από τον πυρήνα. Η διαφορά ενέργειας μεταξύ των ενεργειακών επιπέδων κάθε στοιχείου είναι μοναδική (δεν συναντάται σε άλλα στοιχεία). Έτσι το γραμμικό φάσμα εκπομπής (ή απορρόφησης) κάθε στοιχείου είναι μοναδικό αφού προκύπτει από την ακτινοβολία που προέρχεται από μεταπηδήσεις ηλεκτρονίων μεταξύ των ενεργειακών επιπέδων του που οι διαφορές ενέργειας τους είναι μοναδικές.

 

                                                  Σχήμα 2: Γραμμικά φάσματα εκπομπής των στοιχείων Na, Hg, Li, και Η. Παρατηρείται η μοναδικότητα του κάθε φάσματος.
 

 

 

 

Η θεωρία στο άρθρο αυτό προέρχεται από το βιβλίο «Γενική Χημεία Γ΄ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης» – Κ. Καλαματιανός.  Λεπτομερής παρουσίαση του βιβλίου, αποσπάσματά του και τρόποι αγοράς δίνονται στον ιστότοπο  https://sites.google.com/site/kalamatianosbooks.

Το βιβλίο διατίθετα στον παραπάνω ιστότοπο σε ειδική προνομιακή τιμή.  Διατίθεται επίσης στα εξής  βιβλιοπωλεία (μεταξύ άλλων): Ιανός (Αθήνα – Θεσ/νικη), ΚορφιάτηςΓρηγόρη, ΕλευθερουδάκηςΠατάκης,  Αναστασάκης, Βιβλιοχώρα.

Σκοπός στην ενότητα 1.1.2 του βιβλίου είναι να παρουσιασθεί:

  •  Η ιστορική εξέλιξη των ατομικών προτύπων για την σύσταση και δομή του ατόμου
  • Η περιγραφή του ατόμου σύμφωνα με το ατομικό πρότυπο του Bohr
  • Η περιγραφή του ατόμου σύμφωνα με το κβαντομηχανικό πρότυπο
  • Πώς τα πιο εξελιγμένα ατομικά πρότυπα όπως: α) του Bohr εξηγεί την συμπεριφορά του ατόμου όσο αφορά την αλληλεπίδρασή του με το φως (ακτινοβολίες) (γραμμικά φάσματα) και β) το κβαντομηχανικό πρότυπο εξηγεί τον σχηματισμό των χημικών δεσμών (σχηματισμό χημικών ενώσεων)

Για απόσπασμα θεωρίας από το βιβλίο δες εδώ. Για την πλήρη θεωρία της ενότητας και τις σχετικές ασκήσεις  δες το βιβλίο «Γενική Χημεία Γ΄ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης».

Η θεωρία στο άρθρο αυτό προέρχεται από το βιβλίο «Γενική Χημεία Γ΄ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης» – Κ. Καλαματιανός.  Λεπτομερής παρουσίαση του βιβλίου, αποσπάσματά του και τρόποι αγοράς δίνονται στον ιστότοπο  https://sites.google.com/site/kalamatianosbooks.

Το βιβλίο διατίθετα στον παραπάνω ιστότοπο σε ειδική προνομιακή τιμή.  Διατίθεται επίσης στα εξής  βιβλιοπωλεία (μεταξύ άλλων): Ιανός (Αθήνα – Θεσ/νικη), ΚορφιάτηςΓρηγόρη, ΕλευθερουδάκηςΠατάκης,  Αναστασάκης, Βιβλιοχώρα.

 Η ενότητα 1.2.1. του βιβλίου περιλαμβάνει:

  •  Ορισμό της ατομικής ακτίνας
  • Παρουσίαση και επεξήγηση της μεταβολής της ατομικής ακτίνας των στοιχείων κατά μήκος μίας περιόδου ή ομάδας του περιοδικού πίνακα.
  • Επεξήγηση της έννοιας του δραστικού πυρηνικού φορτίου
  • Στοιχεία μετάπτωσης – Μεταβολή της ατομικής ακτίνας στα στοιχεία μετάπτωσης
  • Χρησιμότητα της έννοιας της ατομικής ακτίνας
  • Μεθοδολογία ασκήσεων – Λύσεις ασκήσεων

 Για απόσπασμα από το βιβλίο δες εδώ. Για την πλήρη θεωρία της ενότητας και τις σχετικές ασκήσεις  δες το βιβλίο «Γενική Χημεία Γ΄ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης».

Η θεωρία και οι ασκήσεις στο άρθρο αυτό προέρχονται από το βιβλίο «Γενική Χημεία Γ΄ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης» – Κ. Καλαματιανός. Λεπτομερής παρουσίαση του βιβλίου, αποσπάσματά του και τρόποι αγοράς δίνονται στον ιστότοπο  https://sites.google.com/site/kalamatianosbooks.

Το βιβλίο διατίθετα στον παραπάνω ιστότοπο σε ειδική προνομιακή τιμή.  Διατίθεται επίσης στα εξής  βιβλιοπωλεία (μεταξύ άλλων): Ιανός (Αθήνα – Θεσ/νικη), ΚορφιάτηςΓρηγόρη, ΕλευθερουδάκηςΠατάκης,  Αναστασάκης, Βιβλιοχώρα.

 

 Σκοπός στην ενότητα αυτή του βιβλίου είναι:

  •  Να κατανοηθεί τι λέμε ατομική ακτίνα
  • Να παρουσιασθεί πώς ο περιοδικός πίνακας και η ηλεκτρονιακή δομή των στοιχείων μας επιτρέπουν να προβλέπουμε την μεταβολή της ατομικής ακτίνας κατά μήκος μίας περιόδου ή ομάδας του περιοδικού πίνακα
  • Να παρουσιασθεί η χρησιμότητα της ατομικής ακτίνας και η συσχέτισή της με φυσικές και χημικές ιδιότητες του ατόμου.

 

Για την θεωρία της ενότητας και τις σχετικές ασκήσεις  δες το βιβλίο «Γενική Χημεία Γ΄ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης».

Μερικές ενδεικτικές ασκήσεις – παραδείγματα από το βιβλίο δίνονται παρακάτω:

Άσκηση – Παράδειγμα  #1-37  

Τοποθετείστε τα στοιχεία ως προς αύξουσα ατομική ακτίνα: Ο, Cl, Se, Br

 Λύση:

 Τα στοιχεία ανήκουν σε δύο ομάδες του περιοδικού πίνακα. Το O και το Se ανήκουν στην ομάδα 16 ενώ το Cl και Br στην ομάδα 17.

Εφαρμόζουμε την Μεθοδολογία #4 και την Μέθοδο Γ  για την κατάταξη των στοιχείων.

 Βήμα Ι: Ταξινομούμε τα στοιχεία που ανήκουν στην ίδια ομάδα ως προς αύξουσα ατομική ακτίνα και έτσι έχουμε:   Ο < Se και Cl < Br

 Βήμα ΙΙ: Το Se και το Br ανήκουν στην ίδια περίοδο και ισχύει Se > Br

 Βήμα ΙΙI: Mε βάση το Βήμα Ι και ΙΙ ταξινομούμε όλα τα στοιχεία:  Ο <  Cl < Br  <  Se

 

 Άσκηση – Παράδειγμα  #1-38  

Ταξινομήστε τα στοιχεία S, Ge, P και Si ως προς αύξουσα ατομική ακτίνα.

Λύση:

 Oρισμένα από τα στοιχεία βρίσκονται στην ίδια ομάδα και ορισμένα στην ίδια περίοδο. Εφαρμόζουμε την Μεθοδολογία #4 και την Μέθοδο Ε για την κατάταξη των στοιχείων.

 Βήμα Ι:

Τα στοιχεία Si, P, S, ανήκουν στην ίδια περίοδο (περίοδος 3)

Τα στοιχεία Si και Ge στην ίδια ομάδα (ομάδα 14)

 Βήμα ΙΙ:

Ταξινομούμε τα στοιχεία που βρίσκονται στην ίδια περίοδο ως προς αύξουσα ατομική ακτίνα:   S < P < Si

Ταξινομούμε τα στοιχεία που βρίσκονται στην ίδια ομάδα ως προς αύξουσα ατομική ακτίνα: Si < Ge

 Βήμα ΙΙI:

Κοινό στοιχείο είναι το Si. Mε βάση το Βήμα ΙΙ ταξινομούμε όλα τα στοιχεία:

S < P < Si < Ge

 

 Άσκηση – Παράδειγμα  #1-39  

Ποιο από τα παρακάτω στοιχεία έχει την μεγαλύτερη ακτίνα;

α) Κ   β) Κ γ) Cl–   δ) Cl  ε) Ne      

 Λύση:

 Η σωστή απάντηση είναι η (α) το K. Tα στοιχεία δεν είναι ισοηλεκτρονικά ώστε το φορτίο τους να καθορίζει το μέγεθος (όπως στην Μεθοδολογία #4 – Μέθοδο Β) . To K βρίσκεται στην περίοδο 4 και έχει ηλεκτρόνια σε εξωτερική στιβάδα με τον μεγαλύτερο κύριο κβαντικό αριθμό (4s) ενώ παράλληλα έχει το μικρότερο δραστικό πυρηνικό φορτίο (ΖΔ = 19-18 = +1).

Το Κ+ είναι μικρότερο του Κ αφού έχει χάσει ένα εξωτερικό ηλεκτρόνιο.

Το Cl–  και το Cl  έχουν εξωτερικά ηλεκτρόνια στην στιβάδα 3p και παράλληλα σε αυτά τα ηλεκτρόνια επιδρά μεγαλύτερο δραστικό πυρηνικό φορτίο σε σχέση με το Κ  (ΖΔ = 18-10 = +8 για το Cl και ΖΔ = 17-10 = +7 για το Cl).

Το Ne έχει εξωτερικά ηλεκτρόνια στην στιβάδα 2p και σε αυτά επιδρά το δραστικό πυρηνικό φορτίο ΖΔ = 10-2 = +8 και επομένως έχει το μικρότερη μέγεθος.

Άσκηση – Παράδειγμα  #1-40  

Ποιο ιόν από τα παρακάτω έχει το μεγαλύτερο μέγεθος;

α) Νa β) Cl  γ) K δ) Al+3   ε) F–      

 Λύση:

 Η σωστή απάντηση είναι η (β) το Cl. Παρατηρούμε ότι τα στοιχεία K+ και Cl είναι ισοηλεκτρονικά και έχουν την ηλεκτρονιακή δομή του Ar (ηλεκτρόνια σε εξωτερική στιβάδα 3p). Τα στοιχεία Νa+, Al+3   και Fείναι επίσης ισοηλεκτρονικά και έχουν την ηλεκτρονιακή δομή του Ne (ηλεκτρόνια σε εξωτερική στιβάδα 2p). To δραστικό πυρηνικό φορτίο σε όλες τις παραπάνω περιπτώσεις είναι το ίδιο ΖΔ = +8.

Επομένως το μεγαλύτερο σε μέγεθος ιόν θα είναι είτε το K+ είτε το Cl. Εφαρμόζουμε την Μεθοδολογία #4 και την Μέθοδο Β για την κατάταξη των στοιχείων ως προς μεγαλύτερο μέγεθος και προκύπτει: K+ < Cl.

 Όμοιες ασκήσεις: 148, 151

 

 Άσκηση – Παράδειγμα  #1-41  

Eξηγείστε με βάση τις ηλεκτρονιακές δομές τους γιατί η ελάττωση της ατομικής ακτίνας από το 20Ca προς 31Ga είναι μεγαλύτερη από ότι από το 12Mg προς το 13Al.

 Λύση:

 Δέκα επιπλέον πρωτόνια προστίθενται στον πυρήνα καθώς μετακινούμαστε από το 20Ca προς 31Ga ενώ μόνο ένα πρωτόνιο από το 12Mg προς το 13Al.  Επομένως οι ηλεκτροστατικές δυνάμεις (ελκτικές δυνάμεις πυρήνα – ηλεκτρονίων) θα είναι μεγαλύτερες στα ηλεκτρόνια του 31Ga από ότι στα ηλεκτρόνια του 13Al.  Αποτέλεσμα είναι η ελάττωση της ατομικής ακτίνας από το 20Ca προς 31Ga  να είναι μεγαλύτερη από ότι από το 12Mg προς το 13Al.

Προσπαθήστε να εξηγήσετε τα παραπάνω και με βάση το δραστικό πυρηνικό φορτίο στο 31Ga και στο 13Al (θεωρήστε ότι τα 3d ηλεκτρόνια στην περίπτωση του 31Ga  συμπεριφέρονται ως ηλεκτρόνια εξωτερικής στιβάδας και έτσι δεν ελαττώνουν το δραστικό πυρηνικό φορτίο όπως τα υπόλοιπα ηλεκτρόνια των ενδιάμεσων στιβάδων.

Νοέμβριος 2010
Δ Τ Τ Π Π Σ Κ
« Οκτ.   Δεκ. »
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
2930  

Άρθρα

Αρχείο Άρθρων

Blog Statistics

  • 83.314 hits (απο 20-09-2010)
Αρέσει σε %d bloggers: