You are currently browsing the tag archive for the ‘δραστικό πυρηνικό φορτίο’ tag.

Είναι γνωστό ότι η κατανόηση του μαθήματος της Χημείας παρουσιάζει σε αρκετές περιπτώσεις δυσκολίες και ιδιαιτερότητες. Με το βιβλίο αυτό επιδιώκουμε να βοηθήσουμε όσους πραγματικά ενδιαφέρονται για την κατανόηση της ύλης της  Χημείας και επιζητούν την διαλεύκανση των σημείων που παρατηρούνται συνήθως νοηματικά κενά.  Η ολοκληρωμένη θεωρητική κατάρτιση σε συνδυασμό με την εξάσκηση του αναγνώστη στην λύση ασκήσεων είναι ο βασικός στόχος μας γιατί πιστεύουμε ότι συντελούν στην υπέρβαση των δυσκολιών που προκύπτουν στην κατανόηση της Χημείας και στην συνεπακόλουθη επιτυχία στις εξετάσεις.

Σχήμα  20,5 x 29,2

Eξώφυλλο / Εσωτερικό : Τετραχρωμία

Σελίδες: 417

ΙSBN 978-960-93-2031-3

 Το βιβλίο απευθύνεται κυρίως στο υποψήφιο για την τριτοβάθμια εκπαίδευση αλλά και σε όσους ενδιαφέρονται να καταλάβουν ή να θυμηθούν βασικές έννοιες στην Χημεία και περιλαμβάνει:

  •  Όλη την αντίστοιχη θεωρία του σχολικού βιβλίου ενότητα προς ενότητα. Η ύλη παρουσιάζεται αναλυτικά, χωρίς λογικά άλματα και σε μορφή συζήτησης (με παραδείγματα από την καθημερινή ζωή, με ερωτήσεις-απαντήσεις, επεξηγήσεις καθώς και με λυμένα παραδείγματα ασκήσεων). Στόχος είναι να μπορούν να προσεγγίσουν νοηματικά την ύλη με μεγαλύτερη ευκολία οι αναγνώστες
  • Περισσότερα από 80 σχήματα/εικόνες έτσι ώστε να διευκολύνεται η κατανόηση, η σύνδεση και η αναπαράσταση των εννοιών που υπάρχουν στο κείμενο
  • Την θεωρία των ενοτήτων παρουσιασμένη και με συνοπτικό τρόπο σε μία σελίδα σε μορφή διαγραμμάτων ροής (για την επανάληψη της ύλης κάθε ενότητας).
  • Την ύλη προηγούμενων τάξεων που θεωρείται απαραίτητη για την κατανόηση των ενοτήτων (δίνεται με μορφή ενθέτου θεωρίας και με συνοπτικό τρόπο)
  • Μεγάλο αριθμό μεθοδολογικά λυμένων ασκήσεων (400 λυμένες ασκήσεις βήμα-βήμα) ώστε να βοηθηθεί η εμπέδωση της ύλης κάθε ενότητας ή ομάδας συγγενών ενοτήτων  Συμπεριλαμβάνονται θέματα των πανελλαδικών εξετάσεων της τελευταίας δεκαετίας
  • Λυμένες ασκήσεις – παραδείγματα στο τέλος κάθε ενότητας και η διασύνδεσή τους με αντίστοιχες ασκήσεις στο τέλος κάθε κεφαλαίου

Το βιβλίο διατίθεται στα παρακάτω βιβλιοπωλεία (μεταξύ άλλων):  Ιανός (Αθήνα – Θεσ/νικη), ΚορφιάτηςΕλευθερουδάκης,  ,  Σαββάλας-Βιβλιορυθμός.

 Λεπτομερής περιγραφή του βιβλίου και αποσπάσματα του δίνονται στον παρακάτω ιστότοπο όπου είναι δυνατό να αγορασθεί και σε ειδική προνομιακή τιμή (περιορισμένος αριθμός βιβλίων).  Για τους τρόπους αγοράς του βιβλίου πατήστε εδώ.  Τα έξοδα αποστολής είναι δωρεάν εντός Ελλάδας για απλό δέμα.

 https://sites.google.com/site/kalamatianosbooks

Advertisements

Είναι γνωστό ότι η κατανόηση του μαθήματος της Χημείας παρουσιάζει σε αρκετές περιπτώσεις δυσκολίες και ιδιαιτερότητες. Με το βιβλίο αυτό επιδιώκουμε να βοηθήσουμε όσους πραγματικά ενδιαφέρονται για την κατανόηση της ύλης της  Χημείας και επιζητούν την διαλεύκανση των σημείων που παρατηρούνται συνήθως νοηματικά κενά.  Η ολοκληρωμένη θεωρητική κατάρτιση σε συνδυασμό με την εξάσκηση του αναγνώστη στην λύση ασκήσεων είναι ο βασικός στόχος μας γιατί πιστεύουμε ότι συντελούν στην υπέρβαση των δυσκολιών που προκύπτουν στην κατανόηση της Χημείας και στην συνεπακόλουθη επιτυχία στις εξετάσεις.

Βιβλίο: "ΓΕΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ Γ΄ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ", Συγγραφέας: Κ. Καλαματιανός

Σχήμα  20,5 x 29,2

Eξώφυλλο / Εσωτερικό : Τετραχρωμία

Σελίδες: 417

ΙSBN 978-960-93-2031-3

 

 Το βιβλίο απευθύνεται κυρίως στο υποψήφιο για την τριτοβάθμια εκπαίδευση αλλά και σε όσους ενδιαφέρονται να καταλάβουν ή να θυμηθούν βασικές έννοιες στην Χημεία και περιλαμβάνει:

  •  Όλη την αντίστοιχη θεωρία του σχολικού βιβλίου ενότητα προς ενότητα. Η ύλη παρουσιάζεται αναλυτικά, χωρίς λογικά άλματα και σε μορφή συζήτησης (με παραδείγματα από την καθημερινή ζωή, με ερωτήσεις-απαντήσεις, επεξηγήσεις καθώς και με λυμένα παραδείγματα ασκήσεων). Στόχος είναι να μπορούν να προσεγγίσουν νοηματικά την ύλη με μεγαλύτερη ευκολία οι αναγνώστες
  • Περισσότερα από 80 σχήματα/εικόνες έτσι ώστε να διευκολύνεται η κατανόηση, η σύνδεση και η αναπαράσταση των εννοιών που υπάρχουν στο κείμενο
  • Την θεωρία των ενοτήτων παρουσιασμένη και με συνοπτικό τρόπο σε μία σελίδα σε μορφή διαγραμμάτων ροής (για την επανάληψη της ύλης κάθε ενότητας).
  • Την ύλη προηγούμενων τάξεων που θεωρείται απαραίτητη για την κατανόηση των ενοτήτων (δίνεται με μορφή ενθέτου θεωρίας και με συνοπτικό τρόπο)
  • Μεγάλο αριθμό μεθοδολογικά λυμένων ασκήσεων (400 λυμένες ασκήσεις βήμα-βήμα) ώστε να βοηθηθεί η εμπέδωση της ύλης κάθε ενότητας ή ομάδας συγγενών ενοτήτων  Συμπεριλαμβάνονται θέματα των πανελλαδικών εξετάσεων της τελευταίας δεκαετίας
  • Λυμένες ασκήσεις – παραδείγματα στο τέλος κάθε ενότητας και η διασύνδεσή τους με αντίστοιχες ασκήσεις στο τέλος κάθε κεφαλαίου

Το βιβλίο διατίθεται στα παρακάτω βιβλιοπωλεία (μεταξύ άλλων):  Ιανός (Αθήνα – Θεσ/νικη), Κορφιάτης, Γρηγόρη, ΕλευθερουδάκηςΠατάκης,  «Βιβλιοεπιλογή» Γ.Χ.  Αναστασάκης, Βιβλιοχώρα, ΒΕΡΓΙΝΑ, ΨΑΡΑΣ (ΘΕΣ/NIKH), ΠΑΙΔΕΙΑ (ΛΑΡΙΣΑ).

 Λεπτομερής περιγραφή του βιβλίου και αποσπάσματα του δίνονται στον παρακάτω ιστότοπο όπου είναι δυνατό να αγορασθεί και σε ειδική προνομιακή τιμή (περιορισμένος αριθμός βιβλίων).  Για τους τρόπους αγοράς του βιβλίου πατήστε εδώ.  Τα έξοδα αποστολής είναι δωρεάν εντός Ελλάδας για απλό δέμα.

 https://sites.google.com/site/kalamatianosbooks/

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.

 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.

Oι ασκήσεις προέρχονται από το βιβλίo-βοήθημα «Γενική Χημεία για την Γ΄ Λυκείου Θετ. Κατεύθυνσης»  του Κ. Καλαματιανού.  Λεπτομερής παρουσίαση του βιβλίου και αποσπάσματά του 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), Κορφιάτης, Γρηγόρη, Ελευθερουδάκης,  Πατάκης,  Αναστασάκης, Βιβλιοχώρα

 

  1. Ο αριθμός των ηλεκτρονίων στα p τροχιακά με την μεγαλύτερη ενέργεια στα στοιχεία της ομάδας 14  (ή  ΙV)  είναι: α) τρία  β) έξι  γ) δύο  δ) ένα  ε) τέσσερα

Απάντηση: (γ)

 Η σωστή απάντηση είναι ότι ο αριθμός των ηλεκτρονίων στα p τροχιακά της εξωτερικής στιβάδας (τροχιακά με την μεγαλύτερη ενέργεια) είναι δύο (δηλαδή σωστή απάντηση είναι η (γ)).  Tα στοιχεία της ομάδας 14  (ή IV όπως ήταν γνωστή παλαιότερα) έχουν 4 ηλεκτρόνια στην εξωτερική τους στιβάδα. Από αυτά τα δύο καταλαμβάνουν το s τροχιακό της εξωτερικής στιβάδας και τα άλλα δύο τα p τροχιακά. Για παράδειγμα ας  πάρουμε  ενα από τα στοιχεία αυτά το  14Si .  Η ηλεκτρονιακή του δομή είναι:

Si     1s22s22p63s23p2

 H εξωτερική στιβάδα έχει γραφεί με κόκκινους χαρακτήρες. Οπως φαίνεται δύο από τα εξωτερικά ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν το 3s τροχιακό και τα άλλα δύο τα 3p τροχιακά.

2. Ποιά από τις παρακάτω προτάσεις είναι λάθος; α) Εάν ένα ηλεκτρόνιο έχει κβαντικό αριθμό l = 2, οι μόνες δυνατές τιμές για το m είναι 0 και 1  β) Ένα ηλεκτρόνιο που έχει n = 3 δεν μπορεί να καταλαμβάνει  f τροχιακό   γ) Εάν ένα ηλεκτρόνιο έχει κβαντικό αριθμό n = 3 τότε μπορεί να βρίσκεται σε d τροχιακό  δ) Εάν ένα ηλεκτρόνιο έχει m = -1 μπορεί να βρίσκεται σε p, d ή f υποστιβάδα αλλά όχι σε s

Απάντηση: (α).

Από την θεωρία προκύπτει ότι η πρόταση (α) είναι λάθος. Ένα ηλεκτρόνιο με l = 2 μπορεί να έχει m = -2, -1, 0, 1, 2

3.  α) Γράψτε την ηλεκτρονιακή δομή για το άτομο του κασσίτερου 50Sn

Aπάντηση: 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p2  ή σωστότερα    1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p2

 β) Ο αριθμός των ασύζευκτων ηλεκτρονίων στο ουδέτερο άτομο του Sn είναι:   

 Aπάντηση: 2 ασύζευκτα ηλεκτρόνια σε p τροχιακά (συγκεκριμένα στα 5p τροχιακά)

 

    
 

 

 

Στα 5p τροχιακά του ατόμου του Sn υπάρχουν 2 ασύζευκτα ηλεκτρόνια

 

 γ) Ο αριθμός των ασύζευκτων ηλεκτρονίων στο Sn+4  είναι:
 Απάντηση: μηδέν          Η ηλεκτρονιακή δομή του Sn+4  είναι: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d10

δ) Το ιόν του ινδίου (49Ιn) που είναι ισοηλεκτρονικό με το Sn+4 είναι:

Aπάντηση: In+3

Η ηλεκτρονιακή δομή του Sn+4  είναι: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d10

Το Sn+4  έχει 50-4 = 46 ηλεκτρόνια. Επομένως το In πρέπει να αποβάλλει 3 ηλεκτρόνια ώστε τελικά να  έχει 49-3 =46.  Επομένως το ιόν που θα σχηματισθεί είναι το In+3.

Δεκέμβριος 2017
Δ Τ Τ Π Π Σ Κ
« Σεπτ.    
 123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728293031

Άρθρα

Αρχείο Άρθρων

Blog Statistics

  • 64,994 hits (απο 20-09-2010)
Αρέσει σε %d bloggers: