Cấu trúc của các chất đã gây hứng thú cho mọi người kể từ khi có cơ hội không phải lo lắng về thức ăn và nghiên cứu thế giới xung quanh chúng ta. Những hiện tượng như hạn hán, lũ lụt, sấm chớp đã làm cho nhân loại khiếp sợ. Sự thiếu hiểu biết về những lời giải thích của họ đã làm nảy sinh niềm tin vào các vị thần ác quỷ khác nhau cần phải hy sinh. Đó là lý do tại sao người ta bắt đầu nghiên cứu các hiện tượng tự nhiên, cố gắng dự đoán chúng và đi sâu vào cấu trúc của các chất. Họ đã nghiên cứu cấu trúc của nguyên tử và đưa ra hai khái niệm quan trọng sau đây trong hóa học: mức năng lượng và mức bán lại.
Điều kiện tiên quyết để khám phá ra những chất hóa học nhỏ nhất
Người Hy Lạp cổ đại đoán về những hạt nhỏ tạo nên chất. Họ đã có một khám phá kỳ lạ: những bậc thang bằng đá cẩm thạch, mà nhiều người đã trải qua vài thập kỷ, đã thay đổi hình dạng! Điều này dẫn đến kết luận rằng bàn chân của quá khứ có một số mảnh đá với nó. Hiện tượng này còn lâu mới hiểu được sự tồn tại của một mức năng lượng trong hóa học, nhưng chính xác vớitất cả đã bắt đầu. Khoa học bắt đầu phát triển dần dần và đi sâu vào cấu trúc của các nguyên tố hóa học và hợp chất của chúng.
Sự khởi đầu của nghiên cứu về cấu trúc của nguyên tử
Nguyên tử được phát hiện vào đầu thế kỷ 20 thông qua các thí nghiệm với điện. Nó được coi là trung hòa về điện, nhưng có các hạt cấu thành âm và dương. Các nhà khoa học muốn tìm hiểu sự phân bố của chúng bên trong nguyên tử. Một số mô hình đã được đề xuất, một trong số đó thậm chí còn có tên "bánh mì nho khô". Nhà vật lý người Anh Ernest Rutherford đã tiến hành một thí nghiệm cho thấy một hạt nhân dương nằm ở trung tâm của nguyên tử, và điện tích âm nằm trong các electron nhỏ quay xung quanh nó.
Việc khám phá ra mức năng lượng trong hóa học là một bước đột phá lớn trong việc nghiên cứu cấu trúc của các chất và hiện tượng.
Mức năng lượng
Trong quá trình nghiên cứu tính chất của các chất hóa học, hóa ra mỗi nguyên tố đều có các cấp độ riêng của nó. Ví dụ, oxy có một sơ đồ cấu trúc, trong khi nitơ có một sơ đồ hoàn toàn khác, mặc dù số nguyên tử của chúng chỉ khác nhau một. Vậy mức năng lượng là gì? Đây là các lớp điện tử, bao gồm các electron, được hình thành do sức hút của chúng đối với hạt nhân của nguyên tử có cường độ khác nhau. Một số ở gần hơn, trong khi những người khác ở xa hơn. Tức là, các electron phía trên “nhấn” vào các electron phía dưới.
Số mức năng lượng trong hóa học bằng số chu kỳ trong Bảng tuần hoàn của D. I. Mendeleev. Số electron lớn nhất trong một mức năng lượng nhất định được xác định theo công thức sau: 2n2, với n là số mức. Do đó, không quá hai điện tử có thể nằm ở mức năng lượng đầu tiên, không quá tám ở mức năng lượng thứ hai, mười tám ở mức thứ ba, v.v.
Mỗi nguyên tử có bậc xa nhất so với hạt nhân của nó. Đây là mức cực hạn, hay cuối cùng và được gọi là mức năng lượng bên ngoài. Số electron trên nó đối với các nguyên tố của các phân nhóm chính bằng số thứ tự của nhóm.
Để xây dựng sơ đồ nguyên tử và các mức năng lượng của nó trong hóa học, bạn cần làm theo kế hoạch sau:
- xác định số lượng tất cả các electron của nguyên tử của một nguyên tố nhất định, bằng số thứ tự của nó;
- xác định số mức năng lượng theo số chu kỳ;
- xác định số electron trong mỗi mức năng lượng.
Xem bên dưới để biết ví dụ về mức năng lượng của một số nguyên tố.
Cấp lại năng lượng
Trong nguyên tử, ngoài các mức năng lượng còn có các mức phân chia lại. Ở mỗi mức, tùy thuộc vào số lượng điện tử trên đó, các mức phân chia lại nhất định được lấp đầy. Từ cách lấp đầy cấp độ lại, bốn loại phần tử được phân biệt:
- S-phần tử. Các s-sublevels được lấp đầy, có thể chứa không quá hai điện tử. Chúng bao gồm hai mục đầu tiên của mỗi kỳ;
- P-phần tử. Trong các nguyên tố này, không thể có nhiều hơn sáu điện tử nằm trên cấp độ phân chia lại p;
- D-phần tử. Chúng bao gồm các yếu tố của thời kỳ lớn (nhiều thập kỷ) nằm giữa s- vàphần tử p;
- F-phần tử. Việc lấp đầy mức f-sublevel xảy ra trong các hoạt chất và đèn lồng nằm ở giai đoạn thứ sáu và thứ bảy.
