Vielu struktūra cilvēkiem ir bijusi interesanta, kopš radās iespēja neuztraukties par pārtiku un pētīt apkārtējo pasauli. Tādas parādības kā sausums, plūdi, zibens, nobiedēja cilvēci. Viņu skaidrojumu nezināšana radīja ticību dažādiem ļauniem dieviem, kas prasīja upurus. Tāpēc cilvēki sāka pētīt dabas parādības, cenšoties tās paredzēt un iedziļināties vielu struktūrā. Viņi pētīja atoma struktūru un ieviesa divus svarīgus jēdzienus ķīmijā: enerģijas līmenis un apakšlīmenis.
Priekšnoteikumi mazāko ķīmisko vielu atklāšanai
Senie grieķi uzminēja par mazajām daļiņām, kas veido vielas. Viņi izdarīja dīvainu atklājumu: marmora pakāpieni, kuriem daudzi cilvēki ir gājuši vairāku gadu desmitu laikā, ir mainījuši savu formu! Tas lika secināt, ka pagātnes pēda paņem sev līdzi kādu akmens gabalu. Šī parādība ir tālu no izpratnes par enerģijas līmeņa esamību ķīmijā, bet tieši arviss sākās. Zinātne sāka pakāpeniski attīstīties un iedziļināties ķīmisko elementu un to savienojumu struktūrā.
Atoma uzbūves izpētes sākums
Atoms tika atklāts 20. gadsimta sākumā, eksperimentējot ar elektrību. To uzskatīja par elektriski neitrālu, bet tajā bija pozitīvas un negatīvas sastāvdaļas. Zinātnieki vēlējās noskaidrot to izplatību atoma iekšienē. Tika piedāvāti vairāki modeļi, no kuriem vienam pat bija nosaukums "rozīņu bulciņa". Britu fiziķis Ernests Raterfords veica eksperimentu, kas parādīja, ka atoma centrā atrodas pozitīvs kodols, un negatīvais lādiņš ir mazajos elektronos, kas griežas ap to.
Enerģijas līmeņa atklāšana ķīmijā bija liels izrāviens vielu un parādību struktūras izpētē.
Enerģijas līmenis
Ķimikāliju īpašību izpētes laikā atklājās, ka katram elementam ir savi līmeņi. Piemēram, skābeklim ir viena struktūras shēma, bet slāpeklim pavisam cita, lai gan to atomu skaits atšķiras tikai par vienu. Tātad, kas ir enerģijas līmenis? Tie ir elektroniskie slāņi, kas sastāv no elektroniem, kas veidojas, pateicoties dažādam pievilkšanās spēkam atoma kodolam. Daži atrodas tuvāk, bet citi atrodas tālāk. Tas ir, augšējie elektroni “nospiež” apakšējos.
Enerģijas līmeņu skaits ķīmijā ir vienāds ar perioda skaitli D. I. Mendeļejeva Periodiskajā tabulā. Lielāko elektronu skaitu, kas atrodas noteiktā enerģijas līmenī, nosaka pēc šādas formulas: 2n2, kur n ir līmeņa skaitlis. Tādējādi pirmajā enerģijas līmenī var atrasties ne vairāk kā divi elektroni, otrajā – ne vairāk kā astoņi, trešajā – astoņpadsmit un tā tālāk.
Katra atoma līmenis ir vistālāk no tā kodola. Tas ir galējais jeb pēdējais, un to sauc par ārējo enerģijas līmeni. Uz tā esošo elektronu skaits galveno apakšgrupu elementiem ir vienāds ar grupas numuru.
Lai izveidotu diagrammu par atomu un tā enerģijas līmeņiem ķīmijā, jums jāievēro šāds plāns:
- nosaka visu dotā elementa atoma elektronu skaitu, kas ir vienāds ar tā sērijas numuru;
- noteikt enerģijas līmeņu skaitu pēc perioda numura;
- nosaka elektronu skaitu katrā enerģijas līmenī.
Skatiet tālāk dažu elementu enerģijas līmeņu piemērus.
Enerģijas apakšlīmeņi
Atomos papildus enerģijas līmeņiem ir arī apakšlīmeņi. Katrā līmenī, atkarībā no elektronu skaita uz tā, tiek aizpildīti noteikti apakšlīmeņi. No tā, kā tiek aizpildīts apakšlīmenis, tiek izšķirti četri elementu veidi:
- S-elementi. Ir aizpildīti s-apakšlīmeņi, kas var saturēt ne vairāk kā divus elektronus. Tie ietver pirmos divus vienumus no katra perioda;
- P-elementi. Šajos elementos p-apakšlīmenī var atrasties ne vairāk kā seši elektroni;
- D-elementi. Tie ietver lielu periodu (desmitgažu) elementus, kas atrodas starp s- unp-elementi;
- F-elementi. F-apakšlīmeņa piepildījums notiek aktinīdos un lantanīdos, kas atrodas sestajā un septītajā periodā.
