Енергетичні рівні

У орбіталей, до речі, також є і своя енергія. І якщо кілька орбіталей мають рівну або близьку енергію, то вони утворюють свій енергетичний шар (рівень). Подібно до хмар навколо планети, які можуть бути на різній висоті і утворювати різні шари.

Кожен енергетичний рівень позначений за n від одиниці і вище (n = 1, n = 2, n = 3, ...). Або в буквах, тоді перший рівень 1 = K, другий 2 = L, третій 3 = M і далі латинським алфавітом.

Наприклад, натрій можна зобразити так:

На одному енергетичному рівні (шарі) n може бути n 2 орбіталей, більше просто не влізе в шар. Тобто. на 1-му рівні 1 орбіталь, на другому 4 орбіталі, на третьому, 9 і т.д. А в кожній орбіталі, як ви пам'ятаєте, може бути по 2 електрони, значить максимальна кількість електронів на електронному рівні атома: N = 2n 2

Значить, рівень 1 має 2 електрони, рівень 2 - 8 електронів, рівень 3 - 18 і т.д.

Логічно, що перші електрони займають спочатку перший рівень, потім весь другий, третій і т.д. І знову нам допомагає таблиця Менделєєва, адже номер періоду (рядки) відповідає кількості енергетичних рівнів в елементі.

Наприклад, тільки у гелію і водню всього 1 енергетичний рівень, причому в гелії він максимально заповнений електронами (на першому рівні їх всього 2).

У другому ряду якраз 8 елементів, що логічно, адже на другому рівні може бути всього 8 електронів 2n 2 = 2*2 2 = 8

На третьому рівні елементів теж чомусь 8? Тут фішка в тому, що на зовнішньому рівні не може бути понад 8 електронів. І хоча на третьому рівні може бути максимум 18 електронів 2*3 2 , відбуватися це може тільки якщо він не останній.

Нічого страшного все компенсується на 4-му рівні, де цілих 18 елементів.

У періодичній таблиці також підписано всі електрони кожному рівні. Подивіться там дуже дрібно в кожній клітині елементів.

Редагувати цей урок та/або додати завдання Додати свій урок та/або завдання

Додати цікаву новину

Електронна конфігурація атома селену (Se)

Se (селен) - елемент із прядковим номером 34 у періодичній системі. Знаходиться в IV періоді. Температура: 217 ℃. Щільність: 4.82 г/см3.

Електронна формула

Електронна формула атома селену в порядку зростання енергій орбіталей:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 4

Електронна формула атома селену в порядку слідування рівнів:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 4

Скорочена електронна конфігурація Se:
[Ar] 3d 10 4s 2 4p 4

Електронно-графічна схема

Енергетичні рівні

Розподіл електронів за енергетичними рівнями в атомі Se

1-й рівень (K): 2
2-й рівень (L): 8
3-й рівень (M): 18
4-й рівень (N): 6

Валентні електрони селену

Кількість валентних електронів в атомі селену – 6.
Нижче наведені їх квантові числа (N – головне, L – орбітальне, M – магнітне, S – спин)

Стабільні ізотопи

* відзначені нестабільні ізотопи, але з великим періодом напіврозпаду (порівняним з віком Всесвіту або більшим)

§ 204. Енергетичні рівні атомів

Досліди з розсіювання – частинок виявили існування в атомах важкого позитивного ядра та електронної оболонки.Подальші відомості про властивості атомів дало вивчення таких атомних процесів, що супроводжуються зміною внутрішньої енергії атома. Сюди відносяться зіткнення атомів з електронами, випромінювання та поглинання світла атомами та ін. Досліджуючи ці процеси, вдалося встановити своєрідні та дуже важливі закономірності, яким підпорядковується внутрішня енергія атомів.

Зіткнення електронів із атомами. Найбільш прості умови вивчення передачі енергії від електронів до атомів можуть бути здійснені в пристрої, зображеному на рис. 359. З трубки 1 викачано повітря, і в неї введено невелику кількість одноатомних пар якоїсь речовини, наприклад ртуті. Електрони, що випускаються розжареним катодом 2, прискорюються різницею потенціалів, що діє між катодом 2 і металевою сіткою 4. Завдяки дуже малій концентрації атомів електрони пролітають короткий шлях між катодом і першою сіткою без зіткнень і набувають енергію.

Мал. 359. Пристрій для вимірювання втрати енергії електроном під час руху в парах ртуті: 1 – скляна трубка заповнена парами ртуті (тиск тисячі частки); 2 – розжарений катод (нагрівач на кресленні не вказаний); 3 – анод, 4 і 5 – рідкісні металеві сітки, з'єднані між собою, та прискорююча та гальмуюча різниця потенціалів

За першою сіткою 4 по дорозі між нею і другою сіткою 5 електричне поле дорівнює нулю, так як сітки знаходяться при однаковому потенціалі, і енергія електрона може змінитися тільки за рахунок зіткнення з атомом. Шлях між сітками вибирається досить довгим, тому кожен електрон відчуває хоча б одну зіткнення.Далі, на шляху між другою сіткою та анодом діє різниця потенціалів, що гальмує електрони; через це до анода можуть дійти ті електрони, енергія яких більше .

Поступово збільшуючи , визначимо замикаючу різницю потенціалів, т.е. е. то найменше значення , у якому електрони не доходять до анода і струм через гальванометр припиняється. Вимірявши замикаючу різницю потенціалів, можна встановити, чи електрони втрачають енергію при зіткненнях з атомами. Справді, якщо на шляху між сітками електрони не втрачають енергії, то різниця потенціалів, що замикає, дорівнюватиме прискорювальній; в іншому випадку вона буде меншою. При цьому, якщо кожен електрон віддає енергію , то перевищення напруги, що прискорює над гальмуючим складе .

Такі досвіди, проведені з парами ртуті, дали чудовий результат. Виявилося, що передача енергії від електронів атомам істотно залежить від енергії електрона. Поки енергія електронів менша, ніж (тобто ), електрони зовсім не втрачають енергії при зіткненнях з атомами (тобто ). Але коли енергія електронів досягає (або трохи перевищує) ( ), Втрата енергії при зіткненнях відразу стає великою (т. Е.). При цьому при зіткненні електрон віддає, а значить, атом ртуті завжди сприймає одну і ту ж порцію енергії, рівну . Очевидно, ця величина характеризує властивість атома ртуті: його енергія може змінюватися тільки на кінцеву величину, рівну . Найменшу енергію атом ртуті не сприймає.

При вивченні механіки, теплоти, електрики ми зустрічалися з подібним явищем: енергія будь-якого тіла чи системи тіл у принципі могла змінюватися безперервно, т.е. е. скільки завгодно малими порціями.У разі атома ртуті безперервна зміна енергії неможлива — енергія ртутного атома змінюється лише безперервно, т.е. е. на кінцеву величину.

Роблячи відповідні досліди з іншими речовинами, ми приходимо до того ж висновку про перерву <дискретности) энергетических="" состояний="">

Дослідження оптичних спектрів. Як відомо (§ 173), елементи в газоподібному стані мають лінійчасті спектри випромінювання і поглинання світла. Кожному елементу властиві певні спектральні лінії, відмінні від ліній інших елементів. Так як атоми газу знаходяться в середньому на великих відстанях і не впливають один на одного, частоти лінійного спектра елемента повинні визначатись властивостями окремого атома цього елемента.

У гол. XXI ми з'ясували, що світлова енергія існує у вигляді найдрібніших неподільних порцій - квантів; атоми повинні, отже, вивчати і поглинати світло такими самими порціями, квантами. Енергія кванта пропорційна частоті світла, т.е. е. дорівнює , де - Постійна Планка. Енергія випущеного атомом кванта згідно із законом збереження енергії дорівнює різниці енергій атома до після випромінювання, тобто. е.

де - Енергія початкового стану атома (до випромінювання); - Енергія кінцевого стану атома (після випромінювання).

Співвідношення (204.1) пов'язує зміну енергії атома при випромінюванні або поглинанні світла із частотою останнього. Якби енергія атома могла зазнавати всіляких змін, то в атомному спектрі були б різні частоти і він був би суцільним подібно до спектру розпеченого твердого тіла. Насправді ж атомний спектр (тобто спектр випромінювання чи поглинання одноатомного газу) не суцільний, а лінійчастий. Він містить лише деякі певні характерні для цього атома частоти.Отже, енергія атома неспроможна відчувати всілякі, будь-які зміни. Енергія атома може змінюватися лише деякі певні значення. Знаючи спектр речовини, неважко знайти ці значення з допомогою співвідношення (204.1).

Так, наприклад, спектр поглинання ртутної пари містить наступні лінії (у порядку зменшення довжин хвиль); і т. д. Підставляючи (204.1), знаходимо для першої лінії

Для другої та третьої ліній отримуємо відповідно і . Атом ртуті може, таким чином, сприймати енергію тільки у вигляді порцій, рівних тощо.

Отже, обидва розглянуті нами класи явищ - оптичні спектри та взаємодія атомів з електронами - вказують на перервний (дискретний) характер внутрішньої енергії атомів. Енергія атома не може змінюватися безперервно. Вона змінюється стрибками на певні, кінцеві порції, різні для різних атомів. Звідси випливає, що енергія атома не може бути будь-якою, а може набувати лише деяких обраних значень, характерних для кожного атома. Можливі значення внутрішньої енергії атома отримали назву енергетичних чи квантових рівнів.

Схема енергетичних рівнів атома водню, побудована виходячи з спектральних даних, зображено на рис. 360 у вигляді ряду паралельних ліній. Відстань між двома лініями дорівнює різниці енергій двох станів водневого атома і, отже, пропорційно частоті кванта, що випромінюється при переході з одного стану в інший (нижчий). Тому відстані між рівнями виражають у певному масштабі частоти спектральних ліній водню.

Мал. 360.Схема енергетичних рівнів атома водню. Горизонтальні лінії – енергетичні рівні (- номер рівня). За початок відліку та шкалі енергій прийнято найменшу внутрішню енергію атома водню, тобто енергію рівня . Вертикальні лінії переходи з верхніх енергетичних рівнів на нижні. Довжина такої лінії дає енергію світлового кванта, що випромінюється при цьому переході. Переходи групуються у серії; серія Лаймана - переходи з рівнів на рівень, серія Бальмера - переходи з рівнів на рівень і т. д. (див. також § 175)

Атом, що знаходиться в одному з вищих енергетичних станів (позначених номером на рис. 360), через невеликий проміжок часу (близько) перейде в більш бідне енергією стан, випускаючи відповідний квант. З нижчого енергетичного стану атом не може спонтанно (без повідомлення енергії ззовні) перейти в інший стан. Отже, нижчий стан є стійким. За нормальних умов усі атоми перебувають у нижчому енергетичному стані, і газ не світиться.

Повідомляючи атому енергію, ми можемо порушити його, тобто перевести з нормального (нижчого) стану в один із вищих енергетичних станів. У разі водню відстань від нижчого енергетичного рівня до найближчого вищого рівня становить. Це найменша порція енергії, яку водневий атом, що знаходиться в нижчому стані, може поглинути. Меншої енергії атом водню неспроможна сприйняти, бо в нього немає станів, енергія яких від енергії нормального стану менше ніж . Для атома ртуті аналогічна величина дорівнює, як бачили, .