Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

5.12: Рівень енергії

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    19400

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Феєрверк.
    Малюнок\(\PageIndex{1}\) (Кредит: PublicDomainPictures; Джерело: https://pixabay.com/photos/fireworks-show-pyrotechnics-1758(opens в новому вікні); Ліцензія: Pixabay Ліцензія

    Феєрверки - відмінний спосіб відсвяткувати щасливі події. Чи знаєте ви, що викликає блискучі, кольорові вогні феєрверків? Вогні - це сплески енергії, що виділяються атомами в феєрверку. Як ви вважаєте, що викликає ці сплески світла? Відповідь пов'язана з енергетичними рівнями атомів.

    Що таке енергетичні рівні?

    Енергетичні рівні (також звані електронними оболонками) - це фіксовані відстані від ядра атома, де можуть бути знайдені електрони. Електрони - це крихітні, негативно заряджені частинки в атомі, які рухаються навколо позитивного ядра в центрі. Енергетичні рівні трохи схожі на сходинки сходів. Ви можете стояти на тій чи іншій сходинці, але не в проміжках між сходинками. Те ж саме стосується електронів. Вони можуть займати той чи інший енергетичний рівень, але не простір між енергетичними рівнями.

    Модель на малюнку нижче показує перші чотири енергетичні рівні атома. Електрони в енергетичному рівні I (також звані енергетичним рівнем K) мають найменшу кількість енергії. Коли ви йдете далі від ядра, електрони на більш високих рівнях мають більше енергії, а їх енергія збільшується на фіксовану, дискретну кількість. Електрони можуть стрибати з нижчого на наступний більш високий енергетичний рівень, якщо вони поглинають цю кількість енергії. І навпаки, якщо електрони стрибають з більш високого на більш низький енергетичний рівень, вони виділяють енергію, часто у вигляді світла. Цим і пояснюється феєрверк, зображений вище. Коли феєрверк вибухає, електрони набирають енергію і стрибають на більш високі енергетичні рівні. Коли вони повертаються до початкових енергетичних рівнів, вони вивільняють енергію як світло. Різні атоми мають різне розташування електронів, тому вони виділяють світло різного кольору.

    Рівні енергії в атомі
    Малюнок\(\PageIndex{2}\) (Кредит: Захарі Вілсон; Джерело: CK-12 Foundation; Ліцензія: CC BY-NC 3.0 (відкривається в новому вікні))

    Q: У атомній моделі Рисунок вище, де б ви знайшли електрони, які мають найбільше енергії?

    A: Електрони з найбільшою енергією будуть знайдені в енергетичному рівні IV.

    Енергетичні рівні та орбіталі

    Найменші атоми - атоми водню. У них всього один електрон. Що один електрон знаходиться на першому енергетичному рівні. Більші атоми мають більше електронів. Електрони завжди додаються до найнижчого енергетичного рівня спочатку, поки він не отримає максимальну кількість електронів. Потім електрони додаються до наступного вищого енергетичного рівня, поки цей рівень не буде заповнений, і так далі.

    Скільки електронів може утримувати заданий енергетичний рівень? Максимальні числа електронів, можливі для перших чотирьох енергетичних рівнів, наведені на малюнку вище. Наприклад, енергетичний рівень I може утримувати максимум два електрони, а рівень енергії II може утримувати максимум вісім електронів. Максимальна кількість залежить від кількості орбіталей на заданому енергетичному рівні. Орбітальна - це об'єм простору всередині атома, де найімовірніше буде знайдений електрон. Як ви можете бачити на зображеннях на малюнку нижче, деякі орбіталі мають форму сфер (орбіталі S), а деякі мають форму гантелей (орбіталі P). Існують і інші типи орбіталів.

    Моделі S і P орбіталей
    Малюнок\(\PageIndex{3}\) (Кредит: Лаура Герін; Джерело: CK-12 Foundation; Ліцензія: CC BY-NC 3.0 (відкривається в новому вікні))

    Незалежно від своєї форми, кожна орбіталь може утримувати максимум два електрони. Енергетичний рівень I має всього одну орбіталь, тому два електрона заповнить цей енергетичний рівень. Енергетичний рівень II має чотири орбіталі, тому для заповнення цього енергетичного рівня потрібно вісім електронів.

    Q: Рівень енергії III може утримувати максимум 18 електронів. Скільки орбіталей має цей енергетичний рівень?

    Відповідь: При двох електронах на орбіталі цей енергетичний рівень повинен мати дев'ять орбіталей.

    Найвіддаленіший рівень

    Електрони в крайньому енергетичному рівні атома мають особливе значення. Ці електрони називаються валентними електронами, і вони визначають багато властивостей атома. Атом є найбільш стабільним, якщо його зовнішній енергетичний рівень містить стільки електронів, скільки він може утримувати. Наприклад, гелій має два електрони, обидва на першому енергетичному рівні. Цей енергетичний рівень може утримувати лише два електрони, тому єдиний енергетичний рівень гелію повний. Це робить гелій дуже стійким елементом. Іншими словами, його атоми навряд чи вступлять в реакцію з іншими атомами.

    Розглянемо елементи фтор і літій, змодельовані на малюнку нижче. Фтор має сім з восьми можливих електронів у своєму зовнішньому енергетичному рівні, який є енергетичним рівнем II. Було б більш стабільним, якби він мав ще один електрон, тому що це заповнило б його зовнішній енергетичний рівень. Літій, з іншого боку, має лише один з восьми можливих електронів у своєму зовнішньому енергетичному рівні (також енергетичний рівень II). Було б більш стабільним, якби він мав на один електрон менше, тому що він мав би повний рівень зовнішньої енергії (тепер енергетичний рівень I).

    Атоми фтору і літію
    Малюнок\(\PageIndex{4}\) (Кредит: Захарі Вілсон; Джерело: CK-12 Foundation; Ліцензія: CC BY-NC 3.0 (відкривається в новому вікні))

    І фтор, і літій є високореактивними елементами через їх кількість валентних електронів. Фтор легко отримає один електрон, а літій так само легко відмовиться від одного електрона, щоб стати більш стабільним. Насправді літій і фтор будуть реагувати разом, як показано на малюнку нижче. Коли два елементи реагують, літій передає свій «зайвий» електрон фтору.

    Реакція перенесення фтору та літію
    Малюнок\(\PageIndex{5}\) (Кредит: Захарі Вілсон; Джерело: CK-12 Foundation; Ліцензія: CC BY-NC 3.0 (відкривається в новому вікні))

    Q: Атом неону має десять електронів. Скільки електронів він має в своєму зовнішньому енергетичному рівні? Як ви вважаєте, наскільки стабільним є атом неону?

    A: Атом неону має два електрони в енергетичному рівні I, а решта вісім електронів у енергетичному рівні II, який може містити лише вісім електронів. Це означає, що найвіддаленіший енергетичний рівень сповнений. Тому атом неону дуже стійкий.

    Резюме

    • Енергетичні рівні (також звані електронними оболонками) - це фіксовані відстані від ядра атома, де можуть бути знайдені електрони. Коли ви йдете далі від ядра, електрони на більш високих енергетичних рівнях мають більше енергії.
    • Електрони завжди додаються до найнижчого енергетичного рівня спочатку, поки він не матиме максимальної кількості можливих електронів, а потім електрони додаються до наступного вищого енергетичного рівня, поки цей рівень не буде заповнений тощо. Максимальна кількість електронів на заданому енергетичному рівні залежить від його кількості орбіталей. На орбіталі є не більше двох електронів.
    • Електрони в крайньому енергетичному рівні атома називаються валентними електронами. Вони визначають багато властивостей атома, в тому числі і те, наскільки він реактивний.

    Рецензія

    1. Що таке енергетичні рівні?
    2. Віднесіть енергетичні рівні до кількості енергії, яку мають електрони.
    3. Що повинно статися, щоб електрон перескочив на інший енергетичний рівень?
    4. Скільки електронів може мати четвертий енергетичний рівень? Скільки орбіталей на цьому енергетичному рівні?
    5. Атом натрію має 11 електронів. Складіть ескіз атома натрію, показуючи, скільки електронів він має на кожному енергетичному рівні. Зробіть висновок, наскільки реактивними є атоми натрію.

    Ресурси