Chemija · Pamoka
Periodiniai dėsningumai, išimtys ir modelio ribotumai
Remiantis pasikartojančia elektronine sandara, susisteminti lūkesčius dėl cheminių savybių, tada patikrinti išimtis ir duomenis, užuot šūkį apie periodiškumą laikius išsamiu modeliu.
Grįžti į chemijos planąBaigę pamoką, galėsite
- Susieti pasirinktus pagrindinių grupių dėsningumus su pasikartojančiomis valentinių elektronų konfigūracijomis.
- Paaiškinti, kodėl žinomos išimtys patobulina naudingą modelį, o ne jį paneigia.
- Suformuluoti apibrėžtos taikymo srities teiginį, nurodant chemines daleles, duomenis ir taikomą artinį.
Panaši išorinių sluoksnių sandara gali būti susijusi su panašia elgsena
Periodinėje lentelėje pasikartojantys elektroninės sandaros dėsningumai išdėstyti sistemingai. Daugelio tai pačiai skilčiai priklausančių pagrindinių grupių elementų išorinio sluoksnio konfigūracijoms būdingas tas pats modelis. Įvadiniame pagrindinės būsenos aprašyme 1 grupės neutralių atomų išorinio sluoksnio konfigūracija yra s¹, o 17 grupės neutralių atomų – s²p⁵.
Šie dėsningumai leidžia numatyti panašias cheminių savybių tendencijas, pavyzdžiui, daugelyje įprastų junginių dažnai pasitaikančius +1 krūvio šarminių metalų jonus ir −1 krūvio halogenidų jonus. Tai ribotos taikymo srities tendencijos, o ne įrodymas, kad visos elemento cheminės dalelės gali turėti tik vieną krūvį. Molekuliniams junginiams ir skirtingiems oksidacijos laipsniams reikia išsamesnio aprašymo.
Išimtis patikrina supaprastintą taisyklę
Naudinga elektronų konfigūracijos sudarymo taisyklė gali būti plačiai taikoma ir vis tiek turėti ribas. Chromo ir vario pagrindinės būsenos konfigūracijos neatitinka rezultato, gaunamo naiviausiai taikant įstrižinio orbitalių užpildymo taisyklę, o azoto ir deguonies pirmosios jonizacijos energijos duomenys sutrikdo paprastą didėjimo kryptį. Šie stebėjimai parodo, kuri supaprastinta taisyklė yra nepakankama. Jie nereiškia, kad visas elektroninės sandaros sisteminimas yra nenaudingas.
Nepriskirkite atomui išgalvoto tikslo, pavyzdžiui, neteigkite, kad elektronai „nori“ pusiau užpildyto posluoksnio ir fiziškai peršoka, kad jį pasiektų. Lyginkite būsenų energijas ir sąveikas naudodami tinkamą modelį. Mnemoninė taisyklė padeda susisteminti žinomus rezultatus; ji nebūtinai nusako priežastinį mechanizmą ar kiekybinį energijos skaičiavimą.
| Naudinga supaprastinta taisyklė | Duomenys, kuriuos reikia išsaugoti | Apribota interpretacija |
|---|---|---|
| Užpildymo pagal įstrižaines mnemoninė taisyklė | Cr: [Ar] 3d⁵ 4s¹; Cu: [Ar] 3d¹⁰ 4s¹ | Patikrinkite konkrečios dalelių rūšies pagrindinės būsenos elektronų konfigūraciją |
| Pirmoji jonizacijos energija periode dažnai didėja iš kairės į dešinę | N ≈ 14.53 eV; O ≈ 13.62 eV | Elektronų būsenų užpildymas ir sąveikos lemia išimtis |
| Mažesnis atomas leidžia tikėtis stipresnio elektrono prisijungimo | Teigiamas elektroninis giminingumas: F ≈ 3.40 eV; Cl ≈ 3.61 eV | Palyginkite lygiaverčius procesus ir faktinius duomenis |
Atrinkti šiame skyriuje pateikti stebėjimų pavyzdžiai. Lentelėje kiekviena supaprastinta taisyklė susiejama su duomenimis, kurie riboja jos taikymą, užuot pateikus universalų priežastinį aiškinimą.
Aiškiai apibrėžkite palyginimo ribas
Prieš lygindami pagal periodinius dėsningumus, nustatykite, kokia dalelė ar medžiaga ir koks dydis nagrinėjami. Ar duomuo susijęs su neutraliu atomu, jonu, molekule ar medžiaga? Ar tai pagrindinė būsena? Kokia spindulio apibrėžtis ar koks energinis procesas naudojamas? Ar vienetai ir sutartinės nuostatos suderinti? Tinkamai suformuluotas klausimas gali atskleisti, kad du iš pažiūros prieštaringi įrašai apibūdina skirtingas situacijas.
Pateikdami mokslinį teiginį, greta paaiškinimo išsaugokite stebėjimų ar įvertintus duomenis. Pavyzdžiui, chloro elektroninio giminingumo tyrimai susiję su konkrečiais atominiais izotopais ir elektronų fotoatplėšimo duomenimis, o ne su visų chloro turinčių junginių elgsena. Duomuo naudingiausias tada, kai kartu nurodomos jo taikymo ribos.
Remkitės dėsningumais planuodami patikrinamą kitą žingsnį
Periodinis dėsningumas gali padėti iškelti hipotezę apie dydį, jonų susidarymą ar ryšių susidarymą. Tada patikrinkite atitinkamus matavimus arba atlikite išsamesnį skaičiavimą numatytomis sąlygomis. Vėlesniuose skyriuose molekulių forma, oksidacijos laipsniai, tirpiklio poveikis ir pusiausvyra suteikia informacijos, kurios izoliuotų atomų tendencija negali pateikti.
Praktiškai naudinga įprasti atskirti dėsningumą, siūlomą jo paaiškinimą ir konkretaus atvejo įrodymus. Aptikę išimtį, patikslinkite taikymo ribas arba modelį ir ištirkite, kas pasikeitė. Taip periodinė lentelė išlieka veiksminga sisteminimo priemonė, kartu leidžiančia atsižvelgti į tikrąjį chemijos sudėtingumą.
Išnagrinėti pavyzdžiai
Patikslinkite pernelyg platų teiginį
Kas nors sako: „Kiekvienas žingsnis į dešinę didina jonizacijos energiją.“ Remdamiesi šio skyriaus duomenimis, patikslinkite šį teiginį.
- Nurodykite, kad kalbama apie neutralių dujinių pagrindinės būsenos atomų pirmąją jonizaciją.
- Išlaikykite bendrą pagrindinių grupių elementų tendenciją judant per periodą.
- Įtraukite priešingą pavyzdį pereinant nuo N prie O: vertė sumažėja nuo maždaug 14.53 iki 13.62 eV.
Judant pagrindinių grupių elementų periodu, pirmosios jonizacijos energija dažnai didėja, tačiau pasitaiko konkrečioms dalelių rūšims būdingų išimčių, pavyzdžiui, N ir O. Periodinės tendencijos rodyklė nėra tiksli skaitinė taisyklė.
Pabandykite patys
Ar įprasta grupės tendencija leidžia nustatyti vieną krūvį visiems elemento junginiams?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Skirtingoms cheminių ryšių aplinkybėms ir oksidacijos laipsniams reikia atskirų aprašymų.
Ar teiginys „atomas nori užpildyto sluoksnio“ pateikia kiekybinį fizikinį mechanizmą?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Tai supaprastintas posakis, o ne būsenų energijų skaičiavimas ar išmatuotas kelias.
Du spindulio duomenų įrašai nesutampa. Ką reikėtų patikrinti prieš paskelbiant vieną iš jų klaidingu?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Juose naudojamas spindulio apibrėžtis, dalelių rūšis ir fizikines aplinkybes.
Skirtingi dydžiai pagrįstai gali turėti skirtingas vertes.
Ką turėtų paskatinti atlikti išmatuota išimtis vertinant naudingą modelį?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Patikrinti jo taikymo sritį ir prielaidas.
Išsaugokite tai, ką modelis paaiškina, ir patikslinkite tai, ko jis nepaaiškina; neatmeskite duomenų.
Ką verta įsidėmėti
- Daugelį cheminių dėsningumų galima susisteminti pagal pasikartojančias konfigūracijas.
- Naudinga mnemoninė taisyklė turi aiškiai nurodytas taikymo ribas.
- Išimtys yra duomenys, kuriais remiantis tikslinamas modelis.
- Lygindami nurodykite dalelių rūšį, dydį, procesą, vienetus ir šaltinį.
Šaltiniai
Mokomoji medžiaga ir žinynai, kuriais remiasi pamokos paaiškinimai ir pavyzdžiai.
- Chemija, 2-asis leidimas, 6.4 Atomų elektroninė sandaraChemistry 2e, 6.4 Electronic Structure of AtomsŽinynas
- Chemija, 2-asis leidimas, 6.5 Periodinis elementų savybių kitimasChemistry 2e, 6.5 Periodic Variations in Element PropertiesŽinynas
- Chemija, I dalis, XI klasė, 3 skyrius: elementų klasifikacija ir savybių periodiškumasChemistry Part I, Class XI, Unit 3: Classification of Elements and Periodicity in PropertiesŽinynas · PDF
- Pagrindinių atominių spektroskopinių duomenų žinynas: chromo atomų duomenysHandbook of Basic Atomic Spectroscopic Data: Chromium atomic dataŽinynas
- Pagrindinių atominių spektroskopinių duomenų žinynas: vario atomų duomenysHandbook of Basic Atomic Spectroscopic Data: Copper atomic dataŽinynas
- Pagrindinių atominių spektroskopinių duomenų žinynas: azoto atomų duomenysHandbook of Basic Atomic Spectroscopic Data: Nitrogen atomic dataŽinynas
- Pagrindinių atominių spektroskopinių duomenų žinynas: deguonies atomų duomenysHandbook of Basic Atomic Spectroscopic Data: Oxygen atomic dataŽinynas
- Chloro elektroninio giminingumo izotopinis poslinkisIsotope shift in the electron affinity of chlorineŽinynas
National Institute of Standards and Technology (NIST)2 šaltiniai