XHMEIA KAT G LYK

ΧΗΜΕΙΑ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ

ΤΕΥΧΟΣ ΠΡΩΤΟ

ΑΘΗΝΑ • ΑΡΓΥΡΟΥΠΟΛΗ • ΑΓ. ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ • ΑΓ. ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ • ΒΟΥΛΑ

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

1.1

ΘΕΩΡΙΑ ΤΩΝ ΚΒΑΝΤΑ – ΣΥΝΘΗΚΕΣ BOHR.....................1

1.2

ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ...............................................17

1.3

ΚΒΑΝΤΙΚΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ.............................................23

1.4

ΑΡΧΕΣ ∆ΟΜΗΣΗΣ ΠΟΛΥΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑΚΩΝ ΑΤΟΜΩΝ.........40

1.5

ΠΕΡΙΟ∆ΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ – ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΜΕΤΑΠΤΩΣΗΣ.........73

1.6

ΠΕΡΙΟ∆ΙΚΟΤΗΤΑ ΤΩΝ Ι∆ΙΟΤΗΤΩΝ ΤΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ....100

1.7

ΘΕΩΡΙΑ LEWIS...................................................128

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΘΕΜΑΤΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ...............................159

1.1 ΘΕΩΡΙΑ ΤΩΝ ΚΒΑΝΤΑ- ΣΥΝΘΗΚΕΣ BOHR

Η ∆ΙΠΛΗ ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ Μέχρι το 1900 το φως περιγραφόταν από δύο ξεχωριστές και εντελώς ασυµβίβαστες θεωρίες: του Isaak Newton (1687) που θεωρούσε το φως σαν σωµατίδια και του James Clark Maxwell (1864) που περιέγραφε το φως σαν ηλεκτροµαγνητικά κύµατα. Σύµφωνα µε τη θεωρία του James Clark Maxwell, το φως είναι ηλεκτροµαγνητικά κύµατα που διαδίδονται στο κενό µε ταχύτητα c=2,997⋅108 m⋅s-1. Τα κύµατα αυτά αποτελούνται από δύο συνιστώσες που πάλλονται σε κάθετα µεταξύ τους επίπεδα: µια ηλεκτρική και µια µαγνητική συνιστώσα (Σχήµα 1). Η απόσταση ανάµεσα σε δύο σηµεία µέγιστης έντασης ονοµάζεται µήκος κύµατος λ.

Σχήµα 1. Σχηµατική αναπαράσταση ηλεκτροµαγνητικού κύµατος Μια άλλη σηµαντική ιδιότητα του ηλεκτροµαγνητικού κύµατος είναι η συχνότητα ν που ορίζεται ως ο αριθµός των µονάδων µήκους κύµατος που περνάει από ένα σταθερό σηµείο στη µονάδα του χρόνου. Οι µονάδες της συχνότητας είναι κύκλοι ανά δευτερόλεπτο ή Hertz. Το µήκος κύµατος και η συχνότητα συνδέονται µε την ταχύτητα c του φωτός µε τη σχέση: c=λ.ν

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

1

Το ηλεκτροµαγνητικό φάσµα περιλαµβάνει ένα σύνολο φωτεινών κυµάτων των οποίων η συχνότητα ποικίλλει και µεταβάλλεται µε τρόπο συνεχή από τις υψηλής ενέργειας ακτίνες γ µέχρι τα µικροκύµατα. Το φάσµα του ορατού φωτός (Σχήµα 2) είναι ένα µικρό µέρος του ηλεκτροµαγνητικού φάσµατος στο οποίο είναι ευαίσθητο το ανθρώπινο µάτι. Το χρώµα του ορατού φωτός εξαρτάται από την τιµή της συχνότητας ν ή του µήκους κύµατος.

Σχήµα 2. Η ορατή περιοχή του ηλεκτροµαγνητικού φάσµατος Η θεωρία του James Clark Maxwell εξηγούσε τα φαινόµενα διάδοσης του φωτός (ανάκλαση, διάθλαση, περίθλαση) στα οποία εκδηλώνεται η κυµατική φύση του, ενώ δεν µπορούσε να ερµηνεύσει φαινόµενα που σχετίζονται µε την αλληλεπίδραση του φωτός µε την ύλη

(εκποµπή-απορρόφηση

ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας από τα άτοµα) ΘΕΩΡΙΑ ΤΩΝ ΚΒΑΝΤΑ Ποιός – Πότε : Ο Max Planck το 1900 ∆ιατυπώνεται: Η ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία εκπέµπεται όχι µε συνεχή τρόπο (σαν κύµα) αλλά σε µικρά πακέτα (κόκκοι) που ονοµάζονται κβάντα. Τα κβάντα φωτός ή της ακτινοβολίας γενικότερα ονοµάζονται φωτόνια. Ενέργεια του κβάντου:

Ε = h⋅ ν

όπου, h : η σταθερά Planck, που είναι ίση µε 6,63 10-34 J⋅ s και ν : η συχνότητα της εκπεµπόµενης ακτινοβολίας. Επειδή η ενέργεια της ακτινοβολίας παίρνει µόνο ορισµένες (διακριτές) τιµές (ακέραια πολλαπλάσια του h) είναι κβαντισµένο µέγεθος.

2

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Ερµηνεύει: την ακτινοβολία που εκπέµπεται από ένα θερµαινόµενο σώµα (φαινόµενο που σχετίζεται µε την αλληλεπίδραση του φωτός µε την ύλη). Υποστηρίζει: τη σωµατιδιακή φύση του φωτός (τα φωτόνια ορίζονται σαν "κόκκοι" ενέργειας), χωρίς να αναιρεί την κυµατική φύση του φωτός(η

συχνότητα ν της εκπεµπόµενης ακτινοβολίας είναι

κυµατική ιδιότητα). ∆ηλαδή η κβαντική θεωρία συµπεριλαµβάνει το σωµατιδιακό και κυµατικό χαρακτήρα του φωτός. Αποτελεί τη βάση, για τη θεωρία του Albert Einstein που έχει να κάνει µε την απορρόφηση φωτονίων από µέταλλα και εξηγεί το φωτοηλεκτρικό φαινόµενο.

ΑΤΟΜΙΚΟ ΠΡΟΤΥΠΟ ΤΟΥ BOHR Πότε : Το 1913 Αναφέρεται: Στο άτοµο του υδρογόνου. Συνοπτική περιγραφή:

1η Συνθήκη (µηχανική συνθήκη):Τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα σε κυκλικές τροχιές (επιτρεπόµενες τροχιές) καθορισµένης ακτίνας και ενέργειας.

2η Συνθήκη (οπτική συνθήκη): Το ηλεκτρόνιο εκπέµπει ενέργεια υπό µορφή ακτινοβολίας µόνο όταν µεταπηδά από µια τροχιά σε άλλη. Ερµηνεύει: Το γραµµικό φάσµα εκποµπής του υδρογόνου και των υδρογονοειδών ιόντων (ιόντα µε 1 ηλεκτρόνιο π.χ. He+, Li

2+

κλπ.)

ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟΥ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ ΤΟΥ Υ∆ΡΟΓΟΝΟΥ (ΑΤΟΜΙΚΟ ΠΡΟΤΥΠΟ ΤΟΥ BOHR) Σχέση : En =

όπου,

- 2,18 ·10 -18 J n2

n = ο κύριος κβαντικός αριθµός, ο οποίος παίρνει µόνο θετικές ακέραιες τιµές (1,2,3...) και

καθορίζει την ενεργειακή στάθµη του ηλεκτρονίου και την απόσταση ηλεκτρονίου - πυρήνα.

Εξαρτάται : Από την τιµή του n. Όσο µεγαλώνει η τιµή του n, τόσο το ηλεκτρόνιο αποµακρύνεται από τον πυρήνα και τόσο µεγαλώνει η ενέργειά του.

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

3

Παίρνει τιµές: Ορισµένες µόνο αρνητικές τιµές. Η ενέργεια είναι κβαντισµένη κατά συνέπεια παίρνει ορισµένες µόνο τιµές, αφού και ο n παίρνει ορισµένες µόνο τιµές. Ελάχιστη τιµή : Ε1=-2,18·10-18J για n=1 δηλαδή όταν το ηλεκτρόνιο είναι κατά το δυνατό πλησιέστερα στον πυρήνα (θεµελιώδης κατάσταση). Το αρνητικό πρόσηµο έχει την έννοια ότι το ηλεκτρόνιο πρέπει να απορροφήσει 2,18·10-18J για να αποσπαστεί από την έλξη του πυρήνα. Αντίθετα, λέµε πως το ηλεκτρόνιο είναι σε διεγερµένη κατάσταση, όταν βρίσκεται σε υψηλότερες ενεργειακές στάθµες, δηλαδή όταν n>1. Μέγιστη τιµή: Ε = 0 , όταν το ηλεκτρόνιο αποµακρυνθεί αρκετά και η έλξη του πυρήνα µηδενιστεί. Σ’ αυτή την περίπτωση, το ηλεκτρόνιο παύει πλέον να ανήκει στο άτοµο και έχει επέλθει ιοντισµός.

∆ΙΕΓΕΡΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟΥ Είναι: η µετάπτωση του

ηλεκτρόνιου

από χαµηλότερη ενεργειακή στάθµη Εi σε

υψηλότερη

ενεργειακή στάθµη Εf. Συνοδεύεται: από απορρόφηση ακτινοβολίας (απορρόφηση φωτονίου). Ισχύει: Η αρχή διατήρησης της ενέργειας:

∆Ε =Εf – Εi =ΕΦωτονίου = h⋅ν ∆ηλαδή η ενέργεια του φωτονίου ΕΦωτονίου είναι ίση µε τη

διαφορά ενέργειας

∆Ε των δύο

ενεργειακών σταθµών Εi και Εf ( Εf > Εi )

ΑΠΟ∆ΙΕΓΕΡΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟΥ Είναι: η µετάπτωση του

ηλεκτρόνιου

από υψηλότερη ενεργειακή στάθµη Εi σε χαµηλότερη

ενεργειακή στάθµη Εf. Συνοδεύεται: από εκποµπή ακτινοβολίας (εκποµπή φωτονίου). Ισχύει: Η αρχή διατήρησης της ενέργειας:

∆Ε =Εf – Εi =ΕΦωτονίου = h ν ∆ηλαδή η ενέργεια του φωτονίου ΕΦωτονίου είναι ίση µε τη

διαφορά ενέργειας

∆Ε των δύο

ενεργειακών σταθµών Εi και Εf ( Εf < Εi )

4

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

0 -2,18⋅10-18 /9 J

-2,18⋅10

-18

/4 J

α π ο δ ι ε γ ε ρ σ η

-2,18⋅10-18J

n=3 δ ι έ γ ε ρ σ η

διεγερµένες καταστάσεις

n=2

n=1 θεµελιώδης κατάσταση

Ε

ΓΡΑΜΜΙΚΟ ΦΑΣΜΑ ΕΚΠΟΜΠΗΣ Είναι: Η σειρά των φωτεινών γραµµών που προκύπτει µε ανάλυση του φωτός( µε πρίσµα), που εκπέµπει ένα αέριο όταν εφαρµόσουµε τάση στα άκρα ενός σωλήνα που περιέχει το αέριο σε χαµηλή πίεση, Εξήγηση: Εφαρµόζοντας τάση στα άκρα ενός σωλήνα που περιέχει το αέριο τα ηλεκτρόνιά του θα διεγερθούν. Η παραµονή κάθε ηλεκτρονίου στη διεγερµένη κατάσταση διαρκεί ελάχιστα (10-10 -10-8 s). Τα ηλεκτρόνια αµέσως αποδιεγείρονται. Κάθε µετάπτωση συνοδεύεται από την εκποµπή ενός φωτονίου, του οποίου η συχνότητα καθορίζει το χρώµα των φωτεινών γραµµών και εξαρτάται από την ενεργειακή διαφορά των στοιβάδων:

∆Ε =Εf– Εi = h⋅ν

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

5

Υδρογόνο

Οι µεταπτώσεις του ηλεκτρονίου στην ενεργειακή στάθµη n = 1 έχουν µεγάλη ενέργεια, οπότε τα φωτόνια που εκπέµπονται έχουν συχνότητες στην υπεριώδη περιοχή (UV – σειρά Lyman). Οι µεταπτώσεις στην ενεργειακή στάθµη n = 2 έχουν µικρότερη ενέργεια και οι συχνότητες των φωτονίων εµφανίζονται στην περιοχή του ορατού φωτός (σειρά Balmer). Τέλος οι µεταπτώσεις στη στάθµη n = 3 και n = 4 αντιστοιχούν σε φωτόνια µικρότερης συχνότητας στην (IR) υπέρυθρη περιοχή (σειρά Paschen η µετάπτωση στην 3).

Φάσµα Εκποµπής Υδρογόνου

ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΟΥ ΑΤΟΜΙΚΟΥ ΠΡΟΤΥΠΟΥ ΤΟΥ BOHR 1. ∆εν µπορεί να ερµηνεύσει: •

τα φάσµατα εκποµπής πολυπλοκότερων του υδρογόνου ατόµων (που διαθέτουν περισσότερα από

ένα ηλεκτρόνια) •

Το χηµικό δεσµό.

2. Εισάγει αυθαίρετα την έννοια του κύριου κβαντικού αριθµού και τη κβάντωση της ενέργειας.

3. ∆έχεται ότι το ηλεκτρόνιο είναι σωµατίδιο µε καθορισµένη θέση και ενέργεια.

6

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ

1. Κατά τη διέγερση ατόµου υδρογόνου, ηλεκτρόνιο µεταπηδά από την ενεργειακή στάθµη n = 1 στην ενεργειακή στάθµη n = 4. Ποια από τα παρακάτω δεδοµένα είναι σωστά και ποια λάθος; α. Η ενεργειακή στάθµη µε n = 4 αποτελεί την πρώτη διεγερµένη κατάσταση του ατόµου του υδρογόνου. β. Χρειάζεται περισσότερη ενέργεια για να ιοντιστεί ένα διεγερµένο άτοµο υδρογόνου από ότι όταν το άτοµο είναι στη θεµελιώδη του κατάσταση. γ. Το ηλεκτρόνιο όταν βρίσκεται σε κατάσταση διέγερσης είναι κατά µέσο όρο πιο µακριά από τον πυρήνα. δ. Η συχνότητα της εκπεµπόµενης ακτινοβολίας κατά την µετάπτωση ηλεκτρονίου από n = 4 σε n = 1 είναι η ίδια µε αυτή της ακτινοβολίας που εκπέµπεται κατά την µετάπτωση του ηλεκτρονίου από n = 4 σε n = 2. ε. Η συχνότητα της εκπεµπόµενης ακτινοβολίας κατά την µετάπτωση ηλεκτρονίου από n = 4 σε n = 1 είναι µεγαλύτερη αυτής που προκύπτει κατά την µετάπτωση του ηλεκτρονίου από n = 4 σε n = 2.

2. Το άτοµο του υδρογόνου βρίσκεται στη θεµελιώδη ενεργειακή κατάσταση: α) Ποια είναι η ελάχιστη ενέργεια που πρέπει να απορροφήσει το άτοµο του υδρογόνου, ώστε να διεγερθεί; β) Πόση ενέργεια πρέπει να έχει ένα φωτόνιο που θα απορροφήσει το άτοµο του υδρογόνου, ώστε: i) να µεταβεί στη 2η διεγερµένη κατάσταση; ii) να ιοντιστεί;

3. Στο επόµενο σχήµα δίνεται το φάσµα εκποµπής του ατόµου του υδρογόνου που αντιστοιχεί στο ορατό φως. Οι µεταπτώσεις του ηλεκτρονίου προέρχονται από τις τροχιές µε n = 3, 4, 5 και 6 προς την τροχιά n = 2. a) Τι σηµαίνει ότι το φάσµα εκποµπής του υδρογόνου είναι γραµµικό; β) Να αντιστοιχίσετε κάθε φασµατική γραµµή στο ορατό µε την αρχική ενεργειακή στάθµη από την οποία µεταπίπτει το ηλεκτρόνιο.

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

7

γ) Η φασµατική γραµµή που αντιστοιχεί στη µετάπτωση του ηλεκτρονίου στο άτοµο του υδρογόνου από n = 2 σε n = 1 εµφανίζεται στην υπεριώδη ή στην υπέρυθρη περιοχή του φάσµατος;

4. Στις επόµενες µεταπτώσεις στο άτοµο του υδρογόνου εκπέµπεται ακτινοβολία: i) n = 4 → n = 2

ii) n = 3 → n = 1

iii) n = 3 → n = 2

iv) n = 2 → n = 1

v) n = 4 → n = 1

vi) n = 4 → n = 3

Να διατάξετε τις µεταπτώσεις αυτές κατά σειρά: α) Αυξανόµενης συχνότητας της ακτινοβολίας. β) Αυξανόµενου µήκους κύµατος της ακτινοβολίας.

8

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΑΣΚΗΣΕΙΣ 1.1.Α. ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Παράδειγµα

1. Φωτόνιο έχει ενέργεια 5,0⋅10-19 J. α) Ποιο είναι το µήκος κύµατος της ακτινοβολίας σε nm; (∆ίνεται ότι h= 6,63⋅10-34 J s και c=3⋅108 m/s ); β) Τι ενέργεια µεταφέρει 1 mol τέτοιων φωτονίων; (∆ίνεται ότι NA=6⋅1023)

Λύση α) Η ενέργεια του φωτονίου δίνεται από την σχέση: Ε = h⋅ν (1) Η σχέση που συνδέει τη συχνότητα (ν) και το µήκος κύµατος (λ) είναι η: c = ν⋅λ ⇒ ν = c/λ (2) Εάν όπου ν στην (1) αντικαταστήσουµε την (2): Ε = h⋅ν ⇒ Ε = h⋅(c/λ) ⇒ E⋅ λ =h⋅c⇒ λ = h⋅c / E

⇒ λ = 6,63⋅10-34 J⋅s ⋅3⋅108 m⋅s-1 / 5,0⋅10-19 J = 4,0⋅10-7 m = 400 nm β) 1 mol φωτονίων αποτελείται από 6⋅1023 φωτόνια και άρα µεταφέρει ενέργεια: ΕΟΛ=6⋅1023 ⋅ 5,0 ⋅1019

J=30⋅104 J.

Μεθοδολογία

Στην περίπτωση που για µία ακτινοβολία µας ζητείται µία από τις παραµέτρους Ε (ενέργεια), ν (συχνότητα), λ (µήκος κύµατος) ενώ µας δίνονται οι υπόλοιπες χρησιµοποιούµε τις σχέσεις: Ε = h⋅ν και c = λ⋅ν

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

9

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΡΟΣ ΛΥΣΗ

1. Κάθε γραµµή του παρακάτω πίνακα περιέχει χαρακτηριστικά µιας ακτινοβολίας. Χρησιµοποιώντας την κυµατική εξίσωση c = λν, καθώς και την τιµή c = 3·108m/sec, για την ταχύτητα του φωτός, να συµπληρώσετε τα κενά του. Ποιες από τις ακτινοβολίες αυτές είναι ορατές; ∆ίνεται ότι το ορατό φως έχει µήκη κύµατος που κυµαίνονται από 4·10-7m έως 7·10-7m. Μήκος κύµατος λ (nm)

Μήκος κύµατος λ (m)

Αντίστοιχη συχνότητα ν (sec-1)

450

4,5·10-7

6,66·10-14

600 1·10-7 3·1014

2. Να υπολογίσετε τη συχνότητα ενός φωτονίου που έχει µήκος κύµατος 500 nm. Τι ενέργεια µεταφέρει 1 mol τέτοιων φωτονίων;

3. Το φωτόνιο µιας ακτινοβολίας έχει ενέργεια 3·10-19 J. α) Ποιο είναι το µήκος κύµατος της ακτινοβολίας αυτής; Η ακτινοβολία αυτή ανήκει στο ορατό φως; β) Είναι δυνατόν η ακτινοβολία αυτή να έχει ολική ενέργεια 5·10-10 J.

10

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

1.1.Β. ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟΥ ΣΤΟ ΑΤΟΜΟ ΤΟΥ Υ∆ΡΟΓΟΝΟΥ – ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ – ΕΚΠΟΜΠΗ ΦΩΤΟΝΙΟΥ Παραδείγµατα

1. Ένα άτοµο υδρογόνου, που βρίσκεται στη θεµελιώδη κατάσταση, απορροφά ένα φωτόνιο µήκους κύµατος 97,2 nm. Σε ποιά στοιβάδα θα βρεθεί το ηλεκτρόνιό του µετά τη διέγερση; ∆ίνεται ότι h= 6,63⋅10-34 J s και c=3⋅108 m/s

Λύση Η ενέργεια του ηλεκτρονίου του ατόµου του υδρογόνου στη θεµελιώδη κατάσταση προκύπτει από το τύπο: En =

- 2,18 ·10 -18 J n2

για n=1 οπότε µε αντικατάσταση έχουµε Ε1 =-2,18⋅10-18 J. Η ενέργεια του φωτονίου που απορροφά το ηλεκτρόνιο είναι ίση µε: Εφωτον’ιου = h⋅ν (1)

c = ν⋅λ ⇒ν = c/λ (2)

Εάν όπου ν στην (1) αντικαταστήσουµε την (2): Εφωτον’ιου = h⋅ν ⇒ Εφωτον’ιου = h⋅(c/λ) ⇒ Εφωτον’ιου = 2,045⋅10-18J. Το ηλεκτρόνιο αφού απορροφήσει το φωτόνιο µεταπηδά σε στιβάδα υψηλότερης ενέργειας Εn που είναι ίση µε το άθροισµα της ενέργειας του υδρογόνου στη θεµελιώδη κατάσταση και της ενέργειας του φωτονίου που απορρόφησε: Εn = Ε1 +Εφωτον’ιο ⇒-2,1810-18/n2 = =-2,1810-18 J +2,04510-18J⇒ n= 4. ∆ηλαδή το ηλεκτρόνιο βρέθηκε στη 4η στιβάδα.

2. Σε δοχείο περιέχονται άτοµα υδρογόνου στη θεµελιώδη κατάσταση. Θερµαίνοντας το δοχείο τα άτοµα του υδρογόνου διεγείρονται και τα ηλεκτρόνιά τους µεταβαίνουν στη στιβάδα Ν (n=4). Κατά την αποδιέγερσή τους (δηλαδή την επιστροφή τους στη θεµελιώδη κατάσταση), πόσα είδη φωτονίων (διαφορετικών συχνοτήτων) εκπέµπονται; Ποια σχέση συνδέει τη συχνότητα

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

του φωτονίου που

11

εκπέµπεται από την n=3→n=2 µε τη συχνότητα του φωτονίου που εκπέµπεται n=2→ n=1 και τη συχνότητα του φωτονίου που εκπέµπεται από n=3→ n=1 ;

Λύση

n=4 V4 V2 V1

V3

V5

V4

n=3

V6

n=2

V3

n=1

Από το σχήµα παρατηρούµε ότι η αποδιέγερση µπορεί να γίνει µε ένα, δύο ή τρία άλµατα. Οι δυνατές συχνότητες των φωτονίων που εκπέµπονται είναι έξι, άρα το φάσµα εκποµπής Θα περιέχει έξι γραµµές. Η ενέργεια του φωτονίου που εκπέµπεται από την n=3→n=2 είναι : Ε3,2= E3-E2= h⋅v6 (1) Η ενέργεια του φωτονίου που εκπέµπεται από την n=2→n=1 είναι : Ε2,1= E2-E1= h⋅v3 (2) Η ενέργεια του φωτονίου που εκπέµπεται από την n=3→n=1 είναι : Ε3,1= E3-E1= h⋅v5 (3) Προσθέτω κατά µέλη τις (1) και (2) οπότε: E3-E2 + E2-E1 = h⋅v6 + h⋅v3 ⇒ E3-E1 = h⋅(v6 +v3 ) ⇒(3) h⋅v5 = h⋅(v6 +v3 ) ⇒ v5 = v6 +v3

12

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Μεθοδολογία Στην περίπτωση που µας ζητούνται οι παράµετροι ν (συχνότητα), λ (µήκος κύµατος), Ε(ενέργεια) ακτινοβολίας που εκπέµπεται ή απορροφάται κατά την µεταπήδηση ενός ηλεκτρονίου του ατόµου του υδρογόνου από µία ενεργειακή στάθµη (ni) σε µία άλλη ενεργειακή στάθµη χρησιµοποιούµε τις σχέσεις: En =

- 2,18 10 -18 J n2

Όπου Εn η ενέργεια του ηλεκτρονίου του ατόµου του υδρογόνου και

n = ο κύριος κβαντικός αριθµός. Η ενέργεια του φωτονίου που εκπέµπεται η απορροφάται από µία µετάπτωση του ηλεκτρονίου είναι Εφωτονίου= h⋅ν ⇒ |Ef – Ei |= h⋅ν⇒ h⋅ν = | – 2,18⋅10-18⋅ (1/nf2 – 1/ni2)| Πρέπει να γνωρίζουµε ότι η διέγερση γίνεται πάντα µε ένα άλµα, ενώ η αποδιέγερση µπορεί να γίνει µε ένα ή περισσότερα άλµατα. Όταν ένα άτοµο υδρογόνου συγκρούεται µε ένα φωτόνιο τότε το άτοµο υδρογόνου ή θα απορροφήσει όλο το ποσό ενέργειας του φωτονίου µεταβαίνοντας σε µια επιτρεπόµενη ενεργειακή στάθµη ή δεν θα απορροφήσει καθόλου ενέργεια παραµένοντας στην κατάσταση στην οποία βρίσκεται.

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

13

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΡΟΣ ΛΥΣΗ

1. Να υπολογίσετε το µήκος κύµατος της εκπεµπόµενης ακτινοβολίας κατά τη µετάβαση ηλεκτρονίου από τη τροχιά n = 4 σε n = 2 στο άτοµο του υδρογόνου. ∆ίνεται η σταθερά Planck, h = 6,63·10-34 J s.

2. Μερικά γυαλιά ηλίου διαθέτουν ειδικούς φακούς που αλλάζουν χρώµα. ∆ηλαδή, οι φακοί γίνονται σκουρόχρωµοι, όταν εκτίθενται σε έντονο φως και ανοιχτόχρωµοι, όταν εκτίθενται σε σκιά. Αυτό συµβαίνει επειδή οι φακοί διαθέτουν µικρή ποσότητα AgCl το οποίο διασπάται από το φως σύµφωνα µε την αντίδραση: AgCl ( s) → Ag ( s ) + Cl . Ο Ag(s) που σχηµατίζεται σκουραίνει το χρώµα του φακού. Απουσία φωτός η αντίστροφη αντίδραση λαµβάνει χώρα. Η ενέργεια που χρειάζεται για να γίνει η παραπάνω αντίδραση είναι 310 kJ mol-1. Με βάση τα παραπάνω δεδοµένα να βρείτε την ελάχιστη συχνότητα ακτινοβολίας, ώστε να γίνει η παραπάνω αντίδραση. ∆ίνεται η σταθερά Planck, h = 6,63·10-34 J s και NA = 6,02·1023 mol-1.

3. Το άτοµο του υδρογόνου βρίσκεται στη θεµελιώδη κατάσταση. α. Πόση ενέργεια απαιτείται για τη διέγερση του ατόµου στην τροχιά µε n = 2; Ποια είναι η συχνότητα και ποιο το µήκος κύµατος της ακτινοβολίας που απαιτείται για τη διέγερση αυτή; β. Πόσα φωτόνια πρέπει να έχει η ακτινοβολία ώστε να διεγερθούν όλα τα άτοµα που περιέχονται σε 0,5 g υδρογόνου στη θεµελιώδη κατάσταση; Ποια είναι η συνολική ενέργεια της ακτινοβολίας αυτής;

4. Να υπολογίσετε τη συχνότητα και το µήκος κύµατος της ακτινοβολίας που εκπέµπεται σε καθεµία από τις επόµενες µεταπτώσεις του ηλεκτρονίου στο άτοµο του υδρογόνου: α. n = 2 → n = 1

β. n = 4 → n = 1

γ. n = 6 → n = 2

δ. n = 4 → n = 3

Σε ποια περιοχή του ηλεκτροµαγνητικού φάσµατος αντιστοιχεί η κάθε ακτινοβολία που εκπέµπεται;

5. Κατά τη µετάπτωση του ηλεκτρονίου στο άτοµο του υδρογόνου από τη στιβάδα µε n = x προς τη στιβάδα n = 2 εκπέµπεται πράσινη ακτινοβολία µε µήκος κύµατος 486 nm. a. Ποια είναι η ενεργειακή διαφορά των δύο στιβάδων; β. Ποια είναι η τιµή x του κύριου κβαντικού αριθµού n της αρχικής στιβάδας;

14

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

γ. Είναι δυνατόν κατά την αποδιέγερση του ηλεκτρονίου από την αρχική στιβάδα µε n = x προς τη στιβάδα µε n = 2 να γίνει εκποµπή και ιώδους ακτινοβολίας; ∆ίνεται ότι λιώδες < λπράσινο.

6. Το ηλεκτρόνιο του ατόµου του υδρογόνου βρίσκεται σε µια διεγερµένη κατάσταση όπου έχει ενέργεια E = −

2,18 ⋅10−18 J. 16

α. Ποιος είναι ο κύριος κβαντικός αριθµός της τροχιάς στην οποία βρίσκεται το ηλεκτρόνιο; Πόση ενέργεια πρέπει να προσλάβει το ηλεκτρόνιο, ώστε να διεγερθεί από τη θεµελιώδη κατάσταση και να µεταβεί στη τροχιά που υπολογίσατε; β. Κατά την αποδιέγερση του ηλεκτρονίου από την τροχιά αυτή εκπέµπονται φωτόνια µε διαφορετικές συχνότητες. i) Πόσες διαφορετικές συχνότητες είναι δυνατόν να έχουν τα φωτόνια που εκπέµπονται; ii) Ποιο από τα φωτόνια αυτά έχει το µεγαλύτερο και ποιο έχει το µικρότερο µήκος κύµατος;

7. Το άτοµο του υδρογόνου βρίσκεται στη θεµελιώδη κατάσταση. α. Πόση ενέργεια πρέπει να απορροφήσει για να µεταβεί στη στιβάδα Μ (n = 3). β. Κατά την αποδιέγερση του ατόµου πραγµατοποιούνται οι µεταπτώσεις του ηλεκτρονίου M → L, L → K και M → K στις οποίες εκπέµπονται φωτόνια µε συχνότητες αντίστοιχα ν1, ν2 και ν3. i) Να αποδείξετε ότι ισχύει ν1 + ν1 = ν3. ii) Να υπολογίσετε την τιµή του λόγου

ν2 ν1

8. Η ελάχιστη ενέργεια που απαιτείται για την απόσπαση ενός ηλεκτρονίου από την επιφάνεια µεταλλικού ασβεστίου (Ca) όταν ακτινοβολείται µε φως είναι 4,34·10-19 J (φωτοηλεκτρικό έργο εξαγωγής). α.Ποια είναι η ελάχιστη συχνότητα φωτός για το φωτοηλεκτρικό φαινόµενο στο Ca; β. Ποια είναι η ταχύτητα των ηλεκτρονίων που αποσπώνται από το Ca αν χρησιµοποιηθεί φως µήκους κύµατος 345 nm; ∆ίνεται: me = 9,1·10-31 kg.

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

15

9. Κατά τη µετάπτωση ηλεκτρονίων από εξωτερικές στιβάδες στη δεύτερη στιβάδα (n = 2) στο άτοµο του υδρογόνου προκύπτει ορατή ακτινοβολία. Από ποια στιβάδα προέρχονται τα ηλεκτρόνια που αποδίδουν ιώδη ακτινοβολία µήκους κύµατος 4,10·10-1m; Από ποιά στιβάδα προέρχονται τα ηλεκτρόνια που αποδίδουν κόκκινη ακτινοβολία µήκους κύµατος 6,56·10-7 m; Χωρίς να κάνετε υπολογισµούς, τι υποθέτετε για τις ενδιάµεσες ακτινοβολίες, που είναι γαλάζια (4,34·10-7m) και πράσινη (4,86·10-7m);

16

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

1.2 ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ

ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΤΗΣ ΥΛΗΣ ΤΟΥ DE BROGLIE

Πότε : Το 1924 ∆ιατυπώνεται: Κάθε κινούµενο µικρό σωµατίδιο π.χ. ηλεκτρόνιο, παρουσιάζει διττή φύση, σωµατιδίου (κβάντα) και κύµατος (ηλεκτροµαγνητικό κύµα) . Το µήκος κύµατος, λ, ενός σωµατιδίου µάζας, m, και ταχύτητας, u, δίνεται από τη σχέση: λ =

h m u

Προσέξτε: Για να εκδηλωθεί ο κυµατικός χαρακτήρας ενός σωµατιδίου θα πρέπει αυτό να έχει µικρή µάζα και µεγάλη ταχύτητα. Π.χ. µπάλα του τένις, κινούµενη µε ταχύτητα 65 km⋅h-1 αντιστοιχεί σε υλικό µήκους κύµατος λ < 10-33 m, το οποίο υπολείπεται κατά πολύ ακόµη και της διαµέτρου των ατοµικών πυρήνων. Αντίθετα, η πολύ µικρή µάζα των ηλεκτρονίων µας επιτρέπει να ανιχνεύσουµε την κυµατική φύση της κίνησης τους (λ ≈ 10-10 m). Έτσι ένα ηλεκτρόνιο που περιστρέφεται γύρω από ένα πυρήνα µπορεί να παρασταθεί από ένα στάσιµο κύµα που έχει περίµετρο τροχιάς ίση µε κάποιο ακέραιο πολλαπλάσιο του µήκους κύµατος όπως ορίζεται από την παραπάνω σχέση (Σχήµα 3).

Σχήµα 3: Αναπαράσταση του ηλεκτρονίου ως στάσιµο κύµα Στηρίζεται: στη θεωρία Planck- Einstein για τη δυαδική υπόσταση του φωτός και διατυπώνει την υπόθεση για τη διπλή υπόσταση (σωµατιδίου-κύµατος) και των στοιχειωδών σωµατιδίων της ύλης.

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

17

Αποδείχτηκε: πειραµατικά το 1927 γιατί τα ηλεκτρόνια περιθλώνται από τους κρυστάλλους όπως ακριβώς τα κύµατα ( ακτίνες Χ).

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΚΒΑΝΤΙΚΗΣ ΘΕΩΡΙΑΣ ΤΟΥ PLANCK-ΚΥΜΑΤΙΚΗΣ ΘΕΩΡΙΑΣ ΤΗΣ ΥΛΗΣ ΤΟΥ DE BROGLIE Τόσο η ύλη όσο και το φως έχουν δυαδική υπόσταση, µία σωµατιδιακή που χαρακτηρίζεται από ασυνέχεια και µια κυµατική µε κύριο χαρακτηριστικό τη συνέχεια.

ΑΡΧΗ ΤΗΣ ΑΒΕΒΑΙΟΤΗΤΑΣ (ΑΠΡΟΣ∆ΙΟΡΙΣΤΙΑΣ) Ποιός – Πότε: Ο Heisenberg το 1927 ∆ιατυπώνεται: Είναι αδύνατο να προσδιορίσουµε µε ακρίβεια συγχρόνως τη θέση και την ορµή (p= m u) ενός µικρού σωµατιδίου π.χ. ηλεκτρονίου. Προσέξτε: Στην περίπτωση µεγάλων σωµάτων, π.χ. αυτοκίνητο, µπορεί να προσδιοριστεί µε ακρίβεια ταυτόχρονα η θέση και η ταχύτητα τους, οποιαδήποτε χρονική στιγµή. Στην περίπτωση, όµως, υποατοµικών σωµατιδίων π.χ. ηλεκτρονίων όσο µεγαλύτερη είναι η ακρίβεια για τον προσδιορισµό της θέσης του σωµατιδίου τόσο µεγαλύτερο είναι το σφάλµα, δηλαδή, τόσο µεγαλύτερη αβεβαιότητα υπάρχει κατά τον προσδιορισµό της ορµής του. Καταρρίπτει: Το ατοµικό πρότυπο του Bohr. Η παραδοχή

της κίνησης του ηλεκτρονίου σε

καθορισµένη κυκλική τροχιά προϋποθέτει, µε βάση τους νόµους της κυκλικής κίνησης, επακριβή γνώση της θέσης και της ταχύτητας.

ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΕΞΙΣΩΣΗ SCHRÖDINGER Πότε: Το 1927 Είναι: µία µαθηµατική εξίσωση η οποία έχει εξαχθεί λαµβάνοντας υπόψη

τη σωµατιδιακή και

κυµατική φύση του ηλεκτρονίου. Η λύση της δίνει: •

την ενέργεια Εn του ηλεκτρονίου

•

Τις κυµατοσυναρτήσεις ψ, που αποτελούν συναρτήσεις θέσης του ηλεκτρονίου στο άτοµο (είναι

της µορφής ψ(x, y, z), όπου x, y, z είναι οι συντεταγµένες σηµείων γύρω από τον πυρήνα του ατόµου)

18

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

και ονοµάζονται ατοµικά τροχιακά. Το ψ αποτελεί κατά κάποιο τρόπο µια ένδειξη της παρουσίας, ή µη, του ηλεκτρονίου γύρω από τον πυρήνα (ψ =0 υποδηλώνει την απουσία και ψ ≠0 0 την παρουσία του ηλεκτρονίου).

•

Είναι ακριβής για το ηλεκτρόνιο του ατόµου του υδρογόνου, και

προσεγγι προσεγγιστική στα

πολυηλεκτρονικά άτοµα.

Η ΤΙΜΗ Ψ2-ΓΡΑΦΙΚΗ ΓΡΑΦΙΚΗ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗ Εκφράζει: την πιθανότητα να βρεθεί το ηλεκτρόνιο σε ένα ορισµένο σηµείο του χώρου γύρω από τον πυρήνα ή την πυκνότητα του ηλεκτρονιακού νέφους στο χώρο γύρω από τον πυρήνα. Έτσι σε αντίθεση µε τις αντιλήψεις του Bohr (καθορισµένες

τροχιές)

δε

µιλάµε

για

τη θέση

ενός

ηλεκτρονίου, αλλά για την πιθανότητα να βρίσκεται σε µια ορισµένη θέση. Απεικονίζεται: α. Με περίγραµµα καµπύλης. Το ο περίγραµµα καµπύλης ορίζει ένα χώρο µέσα στον οποίο βρίσκεται το ηλεκτρόνιο µε πιθανότητα 90-99% . β. Με κουκίδες (ηλεκτρονικό νέφος) Στην απεικόνιση µε κουκίδες η πυκνότητα του ηλεκτρονικού νέφους, που είναι και ανάλογη της πιθανότητας παρουσίας του ηλεκτρονίου, καθορίζετ καθορίζεται από τον αριθµό των κουκκίδων ανά µονάδα όγκου. Το ηλεκτρονιακό νέφος έχει τη µεγίστη πυκνότητα κοντά στον πυρήνα γ. µε γραφική παράσταση της ακτινικής πιθανότητας όπου παρατηρούµε η πιθανότητα εύρεσης του ηλεκτρονίου κοντά στον πυρήνα είναι µέγιστη και τείνει στο µηδέν σε µεγάλη απόσταση από αυτόν.

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

19

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ

1. Ένα ηλεκτρόνιο, ένας πυρήνας ηλίου (He2+) και µία µπάλα ποδοσφαίρου κινούνται µε την ίδια ταχύτητα. Να συγκρίνετε τις συχνότητες των αντίστοιχων κυµάτων.

20

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΕΞΙΣΩΣΗ DE BROGLIE Παράδειγµα

1. Να υπολογίσετε το µήκος κύµατος κατά de Broglie µιας µάζας m που είναι 0,011kg και έχει ταχύτητα 10 m/s. ∆ίνεται ότι h= 6,63⋅10-34 J s

Λύση Γνωρίζουµε ότι:

λ=

h 6, 63 ⋅10−34 J ⋅ s ⇒λ = ⇒ λ = 6, 03 ⋅10−33 m m ⋅υ 0, 011kg ⋅10m / s

Θα πρέπει να σχολιάσουµε πως για να παρατηρήσει κανείς τη κυµατική φύση αυτού του σωµατιδίου (όπως φαινόµενα περίθλασης ή συµβολής) θα πρέπει να χρησιµοποιήσει σχισµές που το πλάτος τους θα να είναι της τάξεως του µήκους κύµατος κατά de Broglie. Η τιµή όµως που προέκυψε από τον υπολογισµό είναι κατά πολύ µικρότερη από κάθε δυνατό άνοιγµα σχισµής!

Μεθοδολογία

Στην περίπτωση που για ένα σωµατίδιο µας ζητείται µία από τις παραµέτρους P (ορµή), u (ταχύτητα), λ (µήκος κύµατος), m (µάζα) ενώ µας δίνονται οι υπόλοιπες χρησιµοποιούµε τη σχέση:

h p

λ= =

h mυ

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

21

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΡΟΣ ΛΥΣΗ

1. Να υπολογίσετε το µήκος κύµατος κατά de Broglie το οποίο αντιστοιχεί στα παρακάτω σώµατα: α. Ηλεκτρόνιο που κινείται µε ταχύτητα 107 m/s. β. Πρωτόνιο που κινείται µε ταχύτητα 105 m/s. γ. Νετρόνιο που κινείται µε ταχύτητα 4,15 km/s. (Νετρόνια µε τέτοια ταχύτητα παράγονται σε πυρηνικούς αντιδραστήρες). δ. Μπάλα µάζας 100 g που κινείται σε ταχύτητα 50 m/s. ε. Αθλητής µάζας 80 kg που κινείται µε ταχύτητα 10 m/s. στ. Αυτοκίνητο µάζας 1000 kg που κινείται µε ταχύτητα 108 km/h. ∆ίνονται Μάζα πρωτονίου: 1,7·10-27 kg, Μάζα νετρονίου: 1,7·10-27 kg, Μάζα ηλεκτρονίου: 9,1·10-31kg, h = 6,63·10-34 Js.

2. Να υπολογίσετε το µήκος κύµατος κατά de Broglie ενός µορίου οξυγόνου (Ο2) το οποίο κινείται µε ταχύτητα υ = 200 m/s. Είναι δυνατόν να ανιχνευτεί η ακτινοβολία αυτού του µήκους κύµατος; ∆ίνονται Ar(O) = 16 και NA = 6,02·1023. ∆ίνονται: h = 6,63·10-34 Js, Μάζα πρωτονίου: 1,7·10-27 kg.

3. Για την απόσπαση ενός ηλεκτρονίου από το άτοµο του αργύρου απαιτείται ενέργεια 7,52·10-19 J. Ένα φύλλο αργύρου απορροφά ακτινοβολία συχνότητας 1,15·1015 Hz και εκπέµπει ηλεκτρόνια µε ταχύτητα υ, τα οποία προσπίπτουν σε άτοµα υδρογόνου που βρίσκονται στη θεµελιώδη κατάσταση. α. Να υπολογίσετε την ταχύτητα µε την οποία αποσπώνται τα ηλεκτρόνια από τα άτοµα αργύρου. β. Να υπολογίσετε το µήκος κύµατος κατά de Broglie των ηλεκτρονίων που εκπέµπονται από τον άργυρο. γ. Να εξετάσετε αν η πρόσπτωση των ηλεκτρονίων στα άτοµα υδρογόνου προκαλεί τη διέγερσή τους. ∆ίνονται: h = 6,63·10-34 Js, Μάζα ηλεκτρονίου: 9,1·10-31 kg.

22

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

1.3 ΚΒΑΝΤΙΚΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ

Προκύπτουν: από την επίλυση της

εξίσωσης Schrödinger για το άτοµο του υδρογόνου αλλά

εφαρµόζονται και σε άλλα άτοµα εκτός του υδρογόνου. Είναι: ο κύριος κβαντικός αριθµός (n), ο δευτερεύων κβαντικός αριθµός ή αζιµουθιακός (l) και ο µαγνητικός κβαντικός αριθµός (ml). Οι τιµές µίας τριάδας κβαντικών αριθµών (n, l, ml) καθορίζουν: ένα συγκεκριµένο τροχιακό του ατόµου και οδηγούν σε µια λύση της εξίσωσης Schrödinger. Προσέξτε: ορίστηκε και τέταρτος κβαντικός αριθµός, ο κβαντικός αριθµός του spin (ms), ο οποίος όµως δεν προκύπτει από την επίλυση της εξίσωσης Schrödinger ( δεν συµµετέχει στη διαµόρφωση της τιµής της ενέργειας του ηλεκτρονίου) και κατά συνέπεια στο καθορισµό του ατοµικού τροχιακού. Κβαντικός

Σύµβολο

Καθορίζει

Τιµές

n

Το µέγεθος και την ενέργεια του 1,2,3...

αριθµός Κύριος

τροχιακού Την

ελκτική

δύναµη

πυρήνα-

ηλεκτρονίου Τη στιβάδα που ανήκει το τροχιακό Αζιµουθιακός

l

Το σχήµα και την ενέργεια του 0,1,2,...n-1 τροχιακού Τις

απωστικές

δυνάµεις

ηλεκτρονίου- ηλεκτρονίου Μαζί µε τον n καθορίζει την υποστιβάδα

που

ανήκει

το

τροχιακό Μαγνητικός

ml

Τον

προσανατολισµό

ηλεκτρονιακού

νέφους

του -l,…,0,…,+l στους

άξονες χ,y, z Του spin

ms

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

Την ιδιοπεριστοφή του ηλεκτρονίου

+1/2,-1/2

23

Προσέξτε: •

Τροχιακά µε τον ίδιο κύριο κβαντικό αριθµό (n) ( συγκροτούν την ίδια στιβάδα ή φλοιό. φλοιό Η

στοιβάδα δεν έχει πλέον την έννοια της κυκλικής τροχιάς (Bohr) ( ) αλλά του ενεργειακού επιπέδου. Καθώς αυξάνει το n,

τα ηλεκτρόνια αποµακρύνονται από τον πυρήνα ( συνεπώς κατέχουν

µεγαλύτερη ενέργεια) και αυξάνει το µέγεθος του τροχιακού. τροχιακού

n=1 =1

•

n=2

n=3

κύριος κβαντικός αριθµός, αριθµός n

1

2

3

4

….

στιβάδα ή φλοιός

Κ

L

M

N

….

Ο δευτερεύων κβαντικός αριθµός l προσδιορίζει το σχήµα των ατοµικών τροχιακών που

συµβολίζονται µε γράµµατα.

αζιµουθιακός κβαντικός αριθµός, l

0

1

2

3

ατοµικό τροχιακό

s

p

d

f

σφαιρικό

∆ιπλός λοβός

σχήµα

•

Υποστιβάδα ή υποφλοιός ονοµάζεται το σύνολο των ατοµικών τροχιακών που έχουν ίδιους το τους

κβαντικούς αριθµούς n και l. Η υποστοιβάδα έχει έννοια ενεργειακού επιπέδου επιπέδου. Μία υποστιβάδα

24

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

συµβολίζεται από τον κύριο κβαντικό αριθµό της στιβάδας στην οποία ανήκει και το σύµβολο s,p,d, και f

ανάλογα µε την τιµή του ℓ. Π.χ. (1s: n=1, ℓ=0 )

(2s: n=2, ℓ=0)

( 2p: n=2, ℓ=1)

(3d: n=3,

ℓ=2) (4p: n=4, ℓ=1) (4f: n=4, ℓ=3).

•

Ο αζιµουθιακός (l) παίρνει όλες τις ακέραιες τιµές µέχρι και την τιµή (n-1). ∆ηλαδή: Όταν

n=1, τότε l=0 . Όταν n=2, τότε l=0 ή l=1. Όταν n=3, τότε l=0 ή l=1ή l=2. Όταν n=4, τότε l=0 ή l=1ή l=2 ή l=3.

Στοιβάδα

Τιµές κβαντικών

Υποστιβάδα

αριθµών n

Αριθµός υποστιβάδων σε κάθε

l

στιβάδα (n) K

1

0

1s

1

L

2

0

2s

2

1

2p

0

3s

1

3p

2

3d

0

4s

1

4p

2

4d

3

4f

M

Ν

•

3

4

3

4

O µαγνητικός κβαντικός αριθµός ml παίρνει όλες τις ακέραιες τιµές από –l έως +l. Σε κάθε

τριάδα κβαντικών αριθµών n, ℓ και mℓ αντιστοιχεί ένα τροχιακό. Έτσι οι διαφορετικές τιµές του ml (2l+1) είναι ίσες µε τον αριθµό των τροχιακών που έχει µία υποστιβάδα (n,l). Συνεπώς: Όταν l= 0 (υποστιβάδα s), έχουµε (ml=0)

δηλαδή 1 τροχιακό s

Όταν l= 1 (υποστιβάδα p), έχουµε (ml=-1,0,+ 1) δηλαδή 3 τροχιακά p.

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

25

µαγνητικός κβαντικός αριθµός , ml

+1

0

-1

ατοµικό τροχιακό

px

pz

py

σχήµα

Παράδειγµα: Αν n=2, ℓ=1, mℓ= +1 τότε 2px. Αν n=2, ℓ=1, mℓ= -1 : 2py. Αν n=3, ℓ=1, mℓ= 0 : 3pz ml=-2,-1,0,+ 1,+2) δηλαδή 5 τροχιακά d Όταν l= 2 (υποστιβάδα d), έχουµε (ml

Όταν ℓ = 3 (υποστιβάδα f), ), έχουµε (ml=-3,-2,-1,0,+ ( 1,+2,+3) δηλαδή 7 τροχιακά f

26

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΣΥΝ∆ΥΑΣΜΟΙ ΤΡΙΑ∆ΩΝ ΚΒΑΝΤΙΚΩΝ ΑΡΙΘΜΩΝ (ΤΡΟΧΙΑΚΑ)

n

1

ℓ

Πλήθος

Πλήθος

(τροχιακό)

τροχιακών

τροχιακών

υποστιβάδας

στιβάδας

(2l+1)

(n2)

0

1,0,0 (1s)

1

1

0

0

2,0,0 (2s)

1

4

-1

2,1,-1 (2py)

3

0

2,1,0 (2pz)

+1

2,1,+1 (2px)

0

3,0,0 (3s)

1

-1

3,1,-1 (3py)

3

0

3,1,0 (3pz)

+1

3,1,+1 (3px)

-2

3,2,-2

-1

3,2,-1

0

3,2,0

+1

3,2,+1

+2

3,2,+2

1

0

1

2

•

n,l, mℓ

0

2

3

mℓ

9

5

Για τιµή ms = +1/2, λέµε ότι έχουµε παράλληλο spin ( αντιστοιχεί σε αριστερόστροφη

περιστροφή) ή spin προς τα πάνω ( ↑ ), ενώ για τιµή ms = -1/2, λέµε ότι έχουµε αντιπαράλληλο spin ( αντιστοιχεί σε δεξιόστροφη περιστροφή) ή spin προς τα κάτω ( ↓ ). Όταν δύο ηλεκτρόνια βρίσκονται στο ίδιο τροχιακό τότε έχουν αντιπαράλληλα spin (↑↓)

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

27

Αριθµός τροχιακών που αντιστοιχούν σε κάθε υποστιβάδα και στιβάδα. Σε κάθε υποστιβάδα αντιστοιχούν 2l + 1 τροχιακά ή 2(n – 1) + 1 τροχιακά ή 2n – 1 τροχιακά. Σε κάθε υποστιβάδα αντιστοιχούν 1 + 3 + 5 + . . . . + 2n – 1 τροχιακά. Το παραπάνω άθροισµα είναι S =

n (1 + 2n − 1) = n 2 2

Άρα σε κάθε στιβάδα αντιστοιχούν n2 τροχιακά.

∆ιαφορές s και p τροχιακών 1. Το τροχιακό s είναι σφαιρικό ενώ το p αποτελείται από δύο λοβούς 2. Το τροχιακό s έχει πάντα στον ίδιο προσανατολισµό (ml =0) ενώ το p εµφανίζει τρεις προσανατολισµούς (ml = -1,0,+1) 3. Τα s τροχιακά µιας στοιβάδας έχουν µικρότερη ενέργεια από τα p τροχιακά της ίδιας στοιβάδας, στα πολυηλεκτρονικά άτοµα. (Στο άτοµο του υδρογόνου είναι ίδιας ενέργειας).

4. Στο τροχιακό s η πιθανότητα του ηλεκτρονίου να βρεθεί πολύ κοντά στον πυρήνα του ατόµου είναι µεγάλη, ενώ στο τροχιακό p είναι ελάχιστη.

5. Τα s τροχιακά διαφορετικών στιβάδων έχουν ίδιο σχήµα αλλά διαφέρουν στο µέγεθος και την ενέργεια τους. Τα p τροχιακά διαφορετικών στιβάδων έχουν ίδιο σχήµα αλλά διαφέρουν στο µέγεθος, την ενέργειά και ίσως στον προσανατολισµό τους. Τα p τροχιακά ίδιας υποστιβάδας έχουν ίδιο σχήµα και ενέργεια, αλλά διαφέρουν στον προσανατολισµό.

28

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ

1. Σε ένα άτοµο υπάρχει το επίπεδο ενέργειας για το οποίο έχουµε n = 4. Ποιες είναι οι επιτρεπτές τιµές του l; Ποιες είναι οι επιτρεπτές τιµές του ml για το υποεπίπεδο ενέργειας, για το οποίο έχουµε l = 2;

2. Όταν ο κύριος κβαντικός αριθµός n ενός ηλεκτρονίου ισούται µε 4, ποιο είναι το πεδίο τιµών: α. Του δευτερεύοντος κβαντικού αριθµού, l. β. Του µαγνητικού κβαντικού αριθµού, ml. γ. Του µαγνητικού κβαντικού αριθµού του σπιν mS.

3. Να αντιστοιχίσετε τις στήλες του παρακάτω πίνακα: ηλεκτρόνιο 1.

1. s, p, d, f

ηλεκτρονιακό νέφος 2.

2. στιβάδες K, L, M, N, O, P, Q

είδος τροχιακών 3.

3.

κατανοµή

ηλεκτρονιακής

πυκνότητας κύριος κβαντικός αριθµός 4.

4. σωµατίδιο - κύµα

4. Ποια από τα παρακάτω σύνολα κβαντικών αριθµών δεν είναι επιτρεπτά και γιατί; a. n = 3, l = 3

β. n =4, l = 2

δ. l = 0, ml = 1,

ε. l = 1, ml = 0.

γ. n = 5, l = 0

8. Ποιος από τους παρακάτω κβαντικούς αριθµούς συµβολίζεται µε τα γράµµατα s, p, d και f, αντί µε αριθµούς; a. n

β. ml

γ. l

δ. κανένας απ’ αυτούς.

9. Ποια είναι η µικρότερη τιµή του n, αν ml = 3;

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

29

10. Ποιες τιµές παίρνει ο κβαντικός αριθµός ml, όταν ο κύριος κβαντικός αριθµός n και ο δεύτερος κβαντικός αριθµός l έχουν τις τιµές: α. n = 3, l = 2,

β. n = 4, l = 2,

γ. n = 4, l = 3;

11. Τι τύπος τροχιακού περιγράφεται από τους κβαντικούς αριθµούς n = 4, l = 2; α. 3s

β. 5p

γ. 4f

δ. 5d

ε. 5s

12. Όλα τα ηλεκτρόνια σε µια d υποστιβάδα έχουν κβαντικό αριθµό: α. n = 3

β. ml = 2

γ. l = 2

δ. n = 4

13. Να γράψετε τους συνδυασµούς των κβαντικών αριθµών που περιγράφουν τα 3p, τα 3d και τα 4d τροχιακά.

14. Ο ολικός αριθµός των τροχιακών για οποιαδήποτε τιµή του l θα είναι: α. 2n2

β. 2l + 1

γ. 2l – 1

δ. n - 1

ε. (l – 1)1/2

15. Ένα ηλεκτρόνιο βρίσκεται σε ένα από τα 3d τροχιακά ενός ατόµου. Ποιες είναι οι πιθανές τιµές των n, l και ml για το ηλεκτρόνιο αυτό;

16. Ποιες από τις παρακάτω τετράδες κβαντικών αριθµών (n, l, ml, ms) που περιγράφουν ηλεκτρόνια δεν είναι επιτρεπτές; α. (3, 1, 0, +

1 ) 2

β. (4, 2, -2, −

1 ) 2

ε. (5, 3, -1, −

1 ) 2

στ. (4, 0, +1, +

θ. (2, 1, -1, +

1 ) 2

ι. (4, -2, +1, +

30

1 ) 2

γ. (1, 1, 0, +

1 ) 2

ζ. (4, 1, +2, +

1 ) 2

δ. (3, 2, 0, 0) η. (5, 0, 0, −

1 ) 2

1 ) 2

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΚΒΑΝΤΙΚΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ ΣΤΙΒΑ∆ΑΣ - ΥΠΟΣΤΙΒΑ∆ΑΣ- ΤΡΟΧΙΑΚΟΥ Παραδείγµατα

1. Εξακριβώστε ποιες από τις παρακάτω τριάδες κβαντικών αριθµών θα ήταν επιτρεπτές και ποιες όχι για ένα ηλεκτρόνιο ατόµου. α) n = 0, l = 0, ml = 0

β) n = 1, l = 1, ml = 0

γ) n = 1, l = 0, ml = 1

δ) n = 2, l = 1, ml = –1

Λύση α) Μη επιτρεπτή (ο n δεν παίρνει ποτέ την τιµή 0) β) Μη επιτρεπτή (ο l δεν γίνεται ποτέ ίσος µε τον n) γ) Μη επιτρεπτή ( όταν l = 0 τότε και ml =0 γιατί ο ml παίρνει ακέραιες τιµές από –l µέχρι +l) δ) Επιτρεπτή

2. α) Πώς χαρακτηρίζεται η υποστοιβάδα µε τους κβαντικούς αριθµούς n = 4, l = 2; β) Ποιοι είναι οι τρεις κβαντικοί αριθµοί που αντιστοιχούν στο τροχιακό 5px; γ) Πόσα τροχιακά έχουν τις τιµές n = 5 και l = 2; Ποιες τριάδες κβαντικών αριθµών τα περιγράφουν;

Λύση α) l= 2 σηµαίνει d τροχιακό άρα η υποστοιβάδα είναι η 4d β) Κάθε τροχιακό περιγράφεται από τους τρεις κβαντικούς αριθµούς, n, l, ml. To τροχιακό 5px έχει n = 5, l = 1 και ml =+1. γ) Όταν l= 2 τότε το ml µπορεί να πάρει τις τιµές + 2, +1, 0, –1, –2 οπότε θα προκύπτουν 5 τροχιακά µε τις εξής τριάδες κβαντικών αριθµών: (5,2,-2), (5,2,-1), (5,2,0),(5,2,1),(5,2,2) .

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

31

3. Ποιοι κβαντικοί αριθµοί περιγράφουν τα τροχιακά της στιβάδας Μ;

Λύση Kάθε τροχιακό περιγράφεται από τους τρεις κβαντικούς αριθµούς, n, l, ml. H στιβάδα Μ έχει κύριο κβαντικό αριθµό n=3. n

ℓ

mℓ

τροχιακό

0

0

(3,0,0)

-1

(3,1,-1)

0

(3,1,0)

+1

(3,1,+1)

-2

(3,2,-2)

-1

(3,2,-1)

0

(3,2,0)

+1

(3,2,+1)

+2

(3,2,+2)

1

2 3

Άρα σι τριάδες των κβαντικών αριθµών που περιγράφουν τα τροχιακά της στιβάδας Μ είναι: (3,0,0), (3,1 ‚-1), (3,1,0), (3,1,1), (3,2,-2), (3,2,-1), (3,2,0), (3,2,1), (3,2,2).

32

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΡΟΣ ΛΥΣΗ

1. Γράψε όλες τις πιθανές τετράδες των κβαντικών αριθµών για ένα ηλεκτρόνιο που βρίσκεται σε τροχιακό της 3d υποστιβάδας.

2. Ποιες είναι οι δυνατές τιµές για τους υπόλοιποuς κβαντικούς αριθµούς όταν: α. n = 4;

β. l = 2;

γ. ml = -1;

δ. n = 4 και ml = +1;

3. Οι τιµές των κβαντικών αριθµών ενός ηλεκτρονίου είναι 3, 1, 0, −

1 .

2

α. Σε ποιο τροχιακό ανήκει το ηλεκτρόνιο αυτό; β. Να γίνει η γραφική απεικόνιση του ηλεκτρονιακού νέφους του τροχιακού αυτού. γ. Τι γνωρίζετε για το spin του ηλεκτρονίου αυτού; δ. Να γραφούν οι κβαντικοί αριθµοί των άλλων ατοµικών τροχιακών που ανήκουν στην ίδια στιβάδα µε το παραπάνω ατοµικό τροχιακό και έχουν: i) ίδιο σχήµα

ii) ίδια τιµή ml,

iii) διαφορετικό σχήµα.

4. Να γράψετε τα σύµβολα των υποστιβάδων και να υπολογίσετε τον αριθµό των ατοµικών τροχιακών που περιγράφονται από τα επόµενα σύνολα κβαντικών αριθµών: a. n = 5, l = 1 και ml = 0

β. n = 4 και l = 0

γ. n = 4, l = 1 και ml = -1

δ. n = 5, l = 2 και ml = +1

ε. n = 2 και l = 1

ζ. n = 3 και ml = -2

θ. n = 4 και ml = +3

στ. n = 3 και ml = 0 ι. n = 5 και ml = +1

5. Να γράψετε τους κβαντικούς αριθµούς που περιγράφουν: α. τη στιβάδα Ν

β. την υποστιβάδα 5d

γ. το τροχιακό 4pz

δ. το ηλεκτρόνιο που ανήκει στο τροχιακό 3py. ε. ένα ηλεκτρόνιο που ανήκει σε ένα τροχιακό 2p.

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

33

6. Να γραφούν οι κβαντικοί αριθµοί των τροχιακών: α. 2s, 4pz και 5s δ. της στιβάδας Μ

34

β. των υποστιβάδων 3d και 4f

γ. της στιβάδας L

ε. που έχουν l = 0

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΤΡΟΧΙΑΚΟ – ΚΒΑΝΤΙΚΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ ΘΕΜΑ 1ο 1. Σωστό - Λάθος α. Ο κβαντικός αριθµός του spin (ms) συµµετέχει στη διαµόρφωση της τιµής της ενέργειας του ηλεκτρονίου.

(2003/Μον. 2) β. Ο κβαντικός αριθµός του spin δεν συµµετέχει στη διαµόρφωση της τιµής της ενέργειας του ηλεκτρονίου, ούτε στον καθορισµό του τροχιακού.

(2005/Μον. 1) γ. Το τροχιακό 1s και το τροχιακό 2s έχουν ίδιο σχήµα και ίδια ενέργεια.

(2005/Mον. 1) δ. Τα τροχιακά µε τον ίδιο κύριο κβαντικό αριθµό n συγκροτούν µια υποστιβάδα. (Επαν 2006/Mον. 1) ε. Σύµφωνα µε την κβαντοµηχανική, τα ηλεκτρόνια κινούνται σε κυκλικές τροχιές γύρω από τον πυρήνα του ατόµου.

(2007/Mον. 1) ζ. Ο µαγνητικός κβαντικός αριθµός (mℓ) καθορίζει το µέγεθος του ηλεκτρονιακού νέφους.

(2004/Mον. 1) η. Ατοµικά τροχιακά που έχουν τους ίδιους κβαντικούς αριθµούς n και l ανήκουν στην ίδια υποστιβάδα ή υποφλοιό. (Εσπ. 2008/Μον. 2) θ. Σε κάθε τιµή του µαγνητικού κβαντικού αριθµού (mℓ) αντιστοιχούν δύο τροχιακά. (Επαν. 2008/Μον. 1) ι. Ο αζιµουθιακός κβαντικός αριθµός ℓ καθορίζει το σχήµα του τροχιακού.

(2009/Μον. 1) κ. Τα τροχιακά µε τον ίδιο κύριο κβαντικό αριθµό n συγκροτούν µια υποστιβάδα. (Εσπ. 2006/Μον. 2) λ. Όλα τα ατοµικά τροχιακά της ίδια υποστοιβάδας έχουν ίδιες τιµές των µεγεθών: n και ℓ (OΕΦΕ 2005/Μον.1) µ. Ο κβαντικός αριθµός ℓ καθορίζοντας το σχήµα του τροχιακού, καθορίζει και τον προσανατολισµό του. (ΟΕΦΕ 2007/Μον. 1) ν. Τα s τροχιακά έχουν σφαιρική συµµετρία.

(2010/Μον. 1) ξ. Ο αριθµός τροχιακών σε µία υποστιβάδα, µε αζιµουθιακό κβαντικό αριθµό ℓ, δίνεται από τον τύπο: 2 ℓ + 1.

(2011/Μον. 1)

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

35

2. Για κύριο κβαντικό αριθµό n = 2, ο δευτερεύων ή αζιµουθιακός κβαντικός αριθµός l µπορεί να πάρει τις τιµές: α. 1 και 2 β. 0 και 1 γ. 0, 1 και 2 2 δ. 0 και 2 (Εσπ. 2001./Μον. 3) 3. Η µάζα του πρωτονίου (mp) είναι 1836 φορές µεγαλύτερη από τη µάζα του ηλεκτρονίου (me).Αν τα δύο αυτά σωµατίδια κινούνται µε την ίδια ταχύτητα, ποια είναι η σχέση των αντιστοίχων µηκών κύµατος λp και λe , σύµφωνα µε την κυµατική θεωρία της ύλης του de Broglie; α. λe=1836λp

β. λe=λ p/ 1836

γ. λe=λp

δ. λe= 1836/λ p.

(2002/Μον. 5)

4. Τα ατοµικά τροχιακά 1s και 3s διαφέρουν α. κατά το σχήµα. β. κατά το µέγεθος. γ. κατά τον προσανατολισµό στο χώρο. δ. σε όλα τα παραπάνω. (Επαν. Εσπ. 2003/Μον. 5) 5. Τα ατοµικά τροχιακά 2s και 2px του 7Ν α. έχουν το ίδιο σχήµα. β. έχουν την ίδια ενέργεια. γ. έχουν τον ίδιο προσανατολισµό στο χώρο. δ. διαφέρουν σε όλα τα παραπάνω. (Εσπ. 2004/Μον. 4) 6. Τι είδους τροχιακό περιγράφεται από τους κβαντικούς αριθµούς n = 3 και l= 2; α. 3d β. 3f γ. 3ρ δ. 3s (2004/Μον. 5) 7. Για κύριο κβαντικό αριθµό n=3, ο δευτερεύων ή αζιµουθιακός κβαντικός αριθµός ℓ µπορεί να πάρει τις τιµές: α. 0, 1, 2, 3. β. 0, 1, 2. γ. 1, 2. δ. 1, 2, 3. (Εσπ. 2005/Μον. 5) 8. Οι αριθµοί της Στήλης Ι αποτελούν τετράδα τιµών των κβαντικών αριθµών ενός ηλεκτρονίου. Να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθµό της Στήλης ΙΙ και δίπλα σε κάθε αριθµό το γράµµα της Στήλης Ι, το οποίο αντιστοιχεί στη σωστή τιµή του κάθε κβαντικού αριθµού.

Στήλη Ι α. -1 β. +1/2 γ. 1 δ. 2

Στήλη ΙΙ 1. ℓ 2. mℓ 3. n 4. ms (Επαν.2005/Μον. 5)

9. Ο δευτερεύων κβαντικός αριθµός (l) καθορίζει: α. τον προσανατολισµό του ηλεκτρονιακού νέφους.

36

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

β. την ιδιοπεριστροφή του ηλεκτρονίου. γ. το σχήµα του ηλεκτρονιακού νέφους. δ. το µέγεθος του ηλεκτρονιακού νέφους. (Εσπ.2007/Μον. 5) 10. Ποια από τις παρακάτω τριάδες των κβαντικών αριθµών (n, l, mℓ) δεν αντιστοιχεί σε ατοµικό τροχιακό; α. (2, 1, 1) β. (5, 2, –1) γ. (3, 2, 1) δ. (3, 1, 2) (Οµογ. 2005/Μον. 5) 11. Τα ατοµικά τροχιακά 2s και 3s διαφέρουν α. κατά το σχήµα. β. κατά το µέγεθος. γ. κατά τον προσανατολισµό στον χώρο. δ. σε όλα τα παραπάνω. (Εσπ. 2008/Μον. 5) 12. Η υποστιβάδα 3d αποτελείται από: α. ένα ατοµικό τροχιακό. β. τρία ατοµικά τροχιακά. γ. πέντε ατοµικά τροχιακά. δ. ένα έως πέντε ατοµικά τροχιακά, ανάλογα µε τον αριθµό των ηλεκτρονίων που περιέχει. (Επαν. 2008/Μον. 5) 13. Ο µαγνητικός κβαντικός αριθµός (mℓ) καθορίζει: α. την ιδιοπεριστροφή του ηλεκτρονίου (spin) β. τον προσανατολισµό του ηλεκτρονιακού νέφους (τροχιακού) σε σχέση µε τους άξονες x, y, z. γ. το µέγεθος του ηλεκτρονιακού νέφους (τροχιακού). δ. το σχήµα του ηλεκτρονιακού νέφους (τροχιακού). (Εσπ. 2002/Μον. 5 – Οµογ. 2005/Μον. 5) 14. Ποιος τύπος τροχιακού αντιστοιχεί στην τριάδα των κβαντικών αριθµών n = 3, ℓ = 0 και mℓ = 0 ; α. 3px β. 3py γ. 3s δ. 3pz (Οµογ. 2003/Μον. 5) 15. Να αντιστοιχίσετε την κάθε υποστιβάδα της Στήλης Ι µε το σωστό ζεύγος τιµών των κβαντικών αριθµών (n, ℓ) της Στήλης ΙΙ. (δύο ζεύγη της Στήλης ΙΙ περισσεύουν).

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

37

Στήλη Ι (υποστιβάδα) 1.

2.

3.

4.

5.

2p 3s 3d 4s 4d

Στήλη ΙΙ (n, ℓ) α. (3, 2) β. (4, 0) γ. (3, 0) δ. (2, 0) ε. (2, 1) στ. (4, 1) ζ. (4, 2) (Εσπ. 2006/Μον. 5)

16. Να γράψετε στο τετράδιό σας τις υποστιβάδες της Στήλης Ι και δίπλα σε κάθε υποστιβάδα τον αντίστοιχο αριθµό ατοµικών τροχιακών της Στήλης ΙΙ. Στήλη Ι (υποστοιβάδες) 2s 4p 3d 5f

Στήλη ΙΙ (αριθµός ατοµικών τροχιακών) 3 5 7 1 4 (Εσπ. 2003/Μον. 4)

17. Το ατοµικό τροχιακό, στο οποίο βρίσκεται το ηλεκτρόνιο ενός ατόµου υδρογόνου, καθορίζεται από τους κβαντικούς αριθµούς: α. n και l β. l και mℓ γ. n, l και ms δ. n, l, mℓ και ms (2009/Μον. 5) 18. Τα ατοµικά τροχιακά 1s και 3s έχουν α. ίδιο µέγεθος β. ίδια ενέργεια γ. ίδιο κβαντικό αριθµό n δ. ίδιο κβαντικό αριθµό ℓ (OEΦΕ 2003/Μον. 4) 19. Ο µαγνητικός κβαντικός αριθµός mℓ σε ένα ατοµικό τροχιακό καθορίζει: α. το µέγεθος β. το σχήµα γ. τον προσανατολισµό δ.την αυτοπεριστροφή (spin) (OΕΦΕ 2004/Μον.2) 20. Τα ατοµικά τροχιακά 3s και 4s έχουν: α. το ίδιο µέγεθος β. ίδια ενέργεια γ. δύο λοβούς δ. ίδιο κβαντικό αριθµό ℓ (OΕΦΕ 2004/Μον.2)

38

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

21. Σε ποια από τις επόµενες µεταπτώσεις του ηλεκτρονίου στο άτοµο του υδρογόνου, αντιστοιχεί ακτινοβολία µε µικρότερο µήκος κύµατος. α. από n=3 σε n=2 β. από n=4 σε n=2 γ. από n=2 σε n=1 δ. από n=4 σε n=3 (OΕΦΕ 2004/Μον.2) 22. Τα τροχιακά 3s και 3p σε ένα πολυηλεκτρονικό άτοµο έχουν: α. διαφορετικό σχήµα

β. ίδια ενέργεια

γ. ίδιο ℓ (OΕΦΕ 2005/Μον.3)

23. Η υποστοιβάδα 4f αποτελείται από: α. ένα ατοµικό τροχιακό

β. επτά ατοµικά τροχιακά

γ. τρία ατοµικά τροχιακά

δ. πέντε ατοµικά τροχιακά (ΟΕΦΕ 2009/Μον.5)

24. Τι καθορίζει ο µαγνητικός κβαντικός αριθµός; α. Το σχήµα του τροχιακού.

β. Τον προσανατολισµό των τροχιακών.

γ. Το µέγεθος του τροχιακού.

δ. Την ιδιοπεριστροφή του ηλεκτρονίου. (Οµογ. 2009/Μον. 5)

ΘΕΜΑ 2Ο 1. Να αιτιολογήσετε την επόµενη πρόταση: Ο αριθµός των ατοµικών τροχιακών της στιβάδας µε κύριο κβαντικό αριθµό n είναι ίσος µε n2. (Επαν. 2010/Μον. 2) 2. Το ηλεκτρόνιο του ατόµου του υδρογόνου (1Η) κινείται στην ενεργειακή στάθµη που χαρακτηρίζεται από τον κύριο κβαντικό αριθµό n=1 µε ενέργεια Ε1. Απορροφώντας την κατάλληλη ενέργεια, Ε1→3 (συχνότητα ακτινοβολίας ν1), µεταπηδά στην ενεργειακή στάθµη µε n=3, και σε ελάχιστο χρόνο εκπέµποντας την κατάλληλη ενέργεια, Ε3→2 (συχνότητα ακτινοβολίας ν2), βρίσκεται στην ενεργειακή στάθµη µε n=2. Στηριζόµενοι στις αρχές του ατοµικού προτύπου του Bohr: α. Να βρείτε την ενέργεια που απορρόφησε το ηλεκτρόνιο για να βρεθεί στην στάθµη µε n=3, συναρτήσει της ενέργειας της θεµελιώδους κατάστασης Ε1. β. Να βρεθεί ο λόγος

ν1 . ν2

γ. Ένα άτοµο υδρογόνου (1Η) βρίσκεται στη θεµελιώδη κατάσταση (n=1). Πόση ενέργεια απαιτείται ώστε το άτοµο αυτό να ιονιστεί;

(ΟΕΦΕ 2011/Μον. 2+2+1)

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

39

1.4 ΑΡΧΕΣ ∆ΟΜΗΣΗΣ ΠΟΛΥΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΑΤΟΜΩΝ

ΑΠΑΓΟΡΕΥΤΙΚΗ ΑΡΧΗ ΤΟΥ PAULI ∆ιατυπώνεται: «Είναι αδύνατον να υπάρχουν στο ίδιο άτοµο δύο ηλεκτρόνια µε την ίδια τετράδα κβαντικών αριθµών». Καθορίζει: Το µέγιστο αριθµό ηλεκτρονίων ενός τροχιακού σε δύο. Ένα τροχιακό, που καθορίζεται από τους τρεις κβαντικούς αριθµούς(n,l,ml), δεν µπορεί να χωρέσει πάνω από δύο ηλεκτρόνια τα οποία θα διαθέτουν τις εξής τετράδες κβαντικών αριθµών: (n,l,ml, +1/2) και (n,l,ml,-1/2) Επίσης καθορίζεται και ο µέγιστος αριθµός ηλεκτρονίων σε κάθε υποστοιβάδα µε βάση τον αριθµό των τροχιακών της.

Υποστοιβάδα

Πλήθος

τροχιακών Μέγιστος αριθµός ηλεκτρονίων

υποστιβάδας (2l+1)

υποστιβάδας 2⋅(2l+1)

ns

1

2

np

3

6

nd

5

10

nf

7

14

O µέγιστος αριθµός ηλεκτρονίων σε κάθε υποστοιβάδα γράφεται σαν εκθέτης της υποστιβάδας: ns2 np6 nd10 nf 14.

ΑΡΧΗ ΕΛΑΧΙΣΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ∆ιατυπώνεται: κατά την ηλεκτρονιακή δόµηση ενός πολυηλεκτρονικού ατόµου, τα ηλεκτρόνια καταλαµβάνουν τροχιακά µε τη µικρότερη ενέργεια, ώστε να αποκτήσουν τη µέγιστη σταθερότητα στη θεµελιώδη κατάσταση.

40

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Παράγοντες που καθορίζουν την ενέργεια του ηλεκτρονίου •

Οι ελκτικές δυνάµεις πυρήνα - ηλεκτρονίου (που καθορίζονται από τον κύριο κβαντικό αριθµό). αριθµό)

Όσο µικραίνει η τιµή του n, τόσο όσο το ηλεκτρόνιο ηλεκτρόνιο πλησιάζει τον πυρήνα και τόσο µειώνεται η ενέργεια του.

•

Οι απώσεις ηλεκτρονίου - ηλεκτρονίου (που καθορίζονται από τον το δευτερεύοντα

κβαντικό

αριθµό) και επηρεάζουν µόνο τα πολυηλεκτρονικά άτοµα και όχι τα άτοµα του υδρογόνου και των υδρογονοειδών (ιόντων µε ένα µόνο ηλεκτρόνιο π.χ. He+, Li2+ κλπ.). Όσο µικραίνει η τιµή του l, µικραίνουν οι απωστικές δυνάµεις και τόσο µειώνεται η ενέργεια του. Προσοχή! Στο υδρογόνο και στα υδρογονοειδή οι ενεργειακές στάθµες των υποστιβάδων που ανήκουν στην ίδια στιβάδα ταυτίζονται. Συµπέρασµα: Ανάµεσα σε δύο υποστιβάδες, τη χαµηλ χαµηλότερη ενέργεια έχει εκείνη που παρουσιάζει το µικρότερο άθροισµα των δύο πρώτων κβαντικών αριθµών (n+ ( l) Στην περίπτωση που το άθροισµα (n n+ l)) είναι το ίδιο για δύο υποστιβάδες, τότε µικρότερη ενέργεια έχει η υποστιβάδα µε το µικρότερο n.

Μνηµονικός κανόνας για τη διαδοχική συµπλήρωση των ατοµικών τροχιακών Στο παρακάτω διάγραµµα, η συµπλήρωση των τροχιακών ακολουθεί µια - µια, µε τη σειρά τις διαγώνιες, µε τη φορά που δείχνουν τα βέλη. Κατ΄ αυτό τον τρόπο δοµείται ηλεκτρονιακά το άτοµο στη θεµελιώδη του κατάσταση

1s Σειρά

2s

2p

συµπλήρωσης

3s

3p

3d

ατοµικών

4s

4p

4d

4f

τροχιακών

5s

5p

5d

5f

6s

6p

6d

7s

7p

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

41

Παραδείγµατα: 7N:

1s2 2s2 2p3

19K:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1

26Fe:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2

Στη τελευταία ηλεκτρονιακή

δοµή

γράφουµε πρώτα την 3d και µετά την 4s, παρόλο που η

υποστιβάδα 4s συµπληρώθηκε πρώτη, σύµφωνα µε την αρχή ελάχιστης ενέργειας. Αυτό συµβαίνει επειδή µετά την εισαγωγή ηλεκτρονίων στην υποστιβάδα 3d αυτή αποκτά λιγότερη ενέργεια από την 4s.

ΚΑΝΟΝΑΣ ΤΟΥ HUND ∆ιατυπώνεται: Ηλεκτρόνια που καταλαµβάνουν τροχιακά της ίδιας ενέργειας, έχουν κατά προτίµηση παράλληλα spin (↑, ↑), ώστε τα ηλεκτρόνια να αποκτήσουν το µέγιστο άθροισµα κβαντικών αριθµών “spin” Καθορίζει: Τη κατανοµή ηλεκτρονίων σε τροχιακά µη συµπληρωµένης υποστιβάδας Για παράδειγµα στο άτοµο του αζώτου 7Ν η κατανοµή σε υποστιβάδες είναι: 7Ν:

1s2 2s2 2p3

ή αναλυτικότερα, αν θέλουµε να δείξουµε την κατανοµή των ηλεκτρονίων στα τροχιακά: 7Ν

οπότε

1s 2s 2px 2py 2pz ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑

αφού τα ηλεκτρόνια της υποστιβάδας 2p είναι παράλληλα έχουν και το µέγιστο άθροισµα

κβαντικών αριθµών “spin”: ½ +½+½=3/2 Προσέξτε: Τα ηλεκτρόνια που βρίσκονται µόνα τους σε κάποιο τροχιακό ονοµάζονται µονήρη ή ασύζευκτα. Τα ασύζευκτα ηλεκτρόνια βρίσκονται στην εξωτερική στοιβάδα (εξαιρούνται τα στοιχεία µετάπτωσης που θα δούµε παρακάτω) όπως φαίνεται και στο παρακάτω πίνακα. Εξωτερική στιβάδα ενός ατόµου είναι η στιβάδα ηλεκτρονίων του µε το µεγαλύτερο κύριο κβαντικό αριθµό.

42

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Τα δύο ηλεκτρόνια που πληρώνουν κάποιο τροχιακό ονοµάζονται συζευγµένα και αποτελούν ζεύγος ηλεκτρονίων. Τα συζευγµένα ηλεκτρόνια

βρίσκονται στις εσωτερικές

στοιβάδες όταν το άτοµο

βρίσκεται στη θεµελιώδη κατάσταση.

1s

2s

∆ OMH

2p

3

Li

↑↓ ↑

1s 2 2s 1

4

Be

↑↓ ↑ ↓

1s 2 2s 2

5

B

↑↓ ↑ ↓ ↑

1s 2 2s 2 2p 1

6

C

↑↓ ↑ ↓ ↑

↑

7

N

↑↓ ↑ ↓ ↑

↑

↑

1s 2 2s 2 2p 3

8

O

↑↓ ↑ ↓

↑↓ ↑

↑

1s 2 2s 2 2p 4

9

F

↑↓ ↑ ↓

↑↓ ↑↓ ↑

1s 2 2s 2 2p 5

10

Ne ↑↓

↑↓

1s 2 2s 2 2p 2

↑↓ ↑↓ ↑↓ 1s 2 2s 2 2p 6

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

43

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ

1. ∆ίνεται η παρακάτω ηλεκτρονιακή δοµή ατόµου στοιχείου: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p2 Προσδιόρισε τα παρακάτω: α. Ποιος είναι ο ατοµικός αριθµός του στοιχείου; β. Ποιος είναι ο κύριος κβαντικός αριθµός της εξωτερικής στιβάδας; γ. Ποιος είναι ο αριθµός των εξωτερικών ηλεκτρονίων;

2. Να εξετάσετε αν οι παρακάτω προτάσεις είναι σωστές: α. Σε ένα τροχιακό µπορούν να βρίσκονται το πολύ δύο ηλεκτρόνια. β. Ο ms µπορεί να πάρει µόνο δύο τιµές. Στην περίπτωση που και οι δύο προτάσεις είναι σωστές, να εξετάσεις αν η δεύτερη πρόταση αποτελεί σωστή εξήγηση για την πρώτη πρόταση.

3. Να αντιστοιχίσεις τις στήλες του παρακάτω πίνακα: Υποεπίπεδο

n

l

ενέργειας

Πλήθος

Μέγιστος

τιµών ml

αριθµός ηλεκτρονίων

44

2p

5

0

1

2

3s

3

1

3

6

5d

2

2

5

10

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

4. Σύγκρινε: α. Σε τι διαφέρει ένα ηλεκτρόνιο στο τροχιακό 2px από ένα ηλεκτρόνιο στο τροχιακό 2py δύο ατόµων υδρογόνου; β. Πότε δύο ηλεκτρόνια στο υποεπίπεδο ενέργειας 3p έχουν µεγαλύτερη ενέργεια, όταν βρίσκονται και τα δύο στα 3px ή όταν το ένα βρίσκεται στο 3px και το άλλο στο 3py;

5. α. Να συγκρίνετε την ενέργεια των τροχιακών: 2s, 2px, 2py και 2pz i) σε ένα πολυηλεκτρονιακό άτοµο. ii) στο άτοµο του υδρογόνου. β) Οι κβαντικοί αριθµοί έξι τροχιακών σε ένα πολυηλεκτρονιακό άτοµο είναι: i) (3, 1, -1)

ii) (4, 0, 0)

iii) (3, 2, -1)

iv) (3, 1, 0)

v) (4, 2, -2)

vi) (4, 1, +1)

Να διατάξετε τα τροχιακά κατά σειρά αυξανόµενης ενέργειας.

6. Να εξηγήσετε ποιος είναι ο µέγιστος αριθµός ηλεκτρονίων που µπορούν να τοποθετηθούν: α. στο τροχιακό 4s

β. στο τροχιακό 3px

γ. στην υποστιβάδα 5s

δ. στην υποστιβάδα 2p

ε. στην υποστιβάδα 3d

στ. στην στιβάδα L

ζ. στη στιβάδα Ν

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

45

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ ΣΕ ΣΤΙΒΑ∆ΕΣ-ΥΠΟΣΤΙΒΑ∆ΕΣ- ΤΡΟΧΙΑΚΑ Παρaδείγµατα

1. Να τοποθετηθούν σε υποστιβάδες, στιβάδες και τροχιακά τα ηλεκτρόνια των ατόµων

8

Ο και

25

Μn στη θεµελιώδη κατάσταση.

Λύση Κατανέµουµε τα ηλεκτρόνια σε υποστιβάδες 8Ο:

1s2 2s2 2p4

25Μn:

Κ:2, L:6

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s2 Κ=2, L=8, M=13, N=2

Για να γράψουµε την ηλεκτρονιακή δοµή σε στιβάδες ενός ατόµου, γράφουµε πρώτα την ηλεκτρονιακή δοµή του σε υποστιβάδες και αθροίζουµε τα ηλεκτρόνια των υποστιβάδων µε τον ίδιο κύριο κβαντικό αριθµό. Τοποθετούµε τα ηλεκτρόνια στα τροχιακά, γνωρίζοντας ότι σε κάθε συµπληρωµένη υποστιβάδα, τα τροχιακά της περιέχουν ζεύγη ηλεκτρονίων µε αντίθετα spin (↑↓) ενώ σε κάθε ελλιπώς συµπληρωµένη υποστιβάδα η δηµιουργία ζευγών αρχίζει, αφού πρώτα όλα τα τροχιακά της έχουν ηµισυµπληρωθεί. Σε κάθε ηµισυµπληρωµένο τροχιακό το ηλεκτρόνιο βρίσκεται κατά σύµβαση µε ms=+1/2 (↑).

8O

1s 2s 2px 2py 2pz ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑

Το συνολικό άθροισµα spin στα 2ρ τροχιακά είναι: ½+½+½- ½=+1 που είναι το µεγαλύτερο από οποιαδήποτε άλλη διάταξη. Προσοχή: Το τέταρτο ηλεκτρόνιο της υποστιβάδας 2ρ µπορεί να τοποθετηθεί σε οποιοδήποτε τροχιακό της υποστιβάδας (2ρχ, 2ρy ή 2ρz) αφού τα τροχιακά αυτά είναι ισοενεργειακά.

25 Mn

46

1s 2s 2p 3s ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓

3p ↑↓ ↑↓ ↑↓

3d ↑ ↑ ↑ ↑ ↑

4s ↑↓

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Το συνολικό άθροισµα spin στα 3d τροχιακά είναι:

1 1 1 1 1 5 + + + + = που είναι το µεγαλύτερο από 2 2 2 2 2 2

οποιαδήποτε άλλη διάταξη.

2. Πόσα ηλεκτρόνια στο άτοµο του

15Ρ,

στη θεµελιώδη κατάσταση, έχουν µαγνητικό κβαντικό αριθµό

ml= -1;

Λύση Η κατανοµή των ηλεκτρονίων του φωσφόρου σε υποστιβάδες και τροχιακά είναι:

15 P

1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ml=0 ml=0 ml=-1,0,1 ml=0 ml=-1,0,1

Όπως παρατηρούµε τρία ηλεκτρόνια έχουν µαγνητικό κβαντικό αριθµό ml=-1. ∆ύο από αυτά βρίσκονται στο τροχιακό 2ρy και ένα από αυτά βρίσκεται στο τροχιακό 3 ρy

3. α) Γράψτε την ηλεκτρονιακή δοµή για το άτοµο του κασσίτερου 50Sn β) Ποιος είναι ο αριθµός των ασύζευκτων ηλεκτρονίων στο ουδέτερο άτοµο του Sn; γ) Γράψτε την

ηλεκτρονιακή δοµή του ιόντος Sn+4 . Ποιος είναι ο

αριθµός των ασύζευκτων

ηλεκτρονίων στο ιόν Sn+4; δ) Το ιόν του ινδίου (49Ιnx+) είναι ισοηλεκτρονικό µε το Sn+4. Να βρείτε το φορτίο του.

Λύση α)Η ηλεκτρονιακή δοµή για το άτοµο του κασσίτερου

50Sn

1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p2 ή σωστότερα

είναι:

1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p2

β) Ασύζευκτα ηλεκτρόνια βρίσκονται στην εξωτερική στοιβάδα. Συγκεκριµένα υπάρχουν ασύζευκτα ηλεκτρόνια στα 5p τροχιακά.

5s 5px 5py 5pz ↑↓ ↑ ↑ 

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

47

2

γ) Το άτοµο του Sn αποβάλει 4 ηλεκτρόνια και προκύπτει το κατιόν Sn+4. Η ηλεκτρονιακή δοµή του Sn+4 είναι: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d10 ∆εν υπάρχουν ασύζευκτα

ηλεκτρόνια

στο Sn+4 γιατί στην 4d υποστοιβάδα υπάρχουν πέντε

τροχιακά µε δύο ηλεκτρόνια το καθένα

↑↓

↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓

δ) Το ιόν του ινδίου είναι ισοηλεκτρονικό µε το Sn+4 δηλαδή έχει ίδιο αριθµό ηλεκτρονίων. Το Sn+4 έχει 50-4 = 46 ηλεκτρόνια. Εποµένως το In πρέπει να αποβάλλει 3 ηλεκτρόνια ώστε τελικά να έχει 49-3 =46. Εποµένως το ιόν που θα σχηµατισθεί είναι το In+3.

4. Ποιοι κβαντικοί αριθµοί περιγράφουν τα ηλεκτρόνια της εξωτερικής στιβάδας του ατόµου του 7Ν στη θεµελιώδη κατάσταση;

Λύση Η ηλεκτρονιακή δοµή του ατόµου του αζώτου είναι: 7Ν:

1s2 2s2 2ρ3. Τα ηλεκτρόνια της εξωτερικής στιβάδας είναι εκείνα µε το µεγαλύτερο κύριο

κβαντικό αριθµό, δηλαδή n=2. Οι τετράδες των κβαντικών αριθµών που περιγράφουν τα πέντε ηλεκτρόνια της εξωτερικής στιβάδας είναι: (2,0,0,+1/2), (2,0,0,-1/2), (2,1,-1,+1/2), (2,1,0,+1/2), (2,1,1,+ 1/2)

5. Να εξηγήσετε γιατί οι παρακάτω ηλεκτρονιακές δοµές ατόµων, στη θεµελιώδη κατάσταση, είναι λανθασµένες. a) 1s2 2s2 2ρ6 3s2 3ρ6 3d1 β) 1s2 2s3 2ρ2

48

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Λύση α) Η παραπάνω ηλεκτρονιακή δοµή έρχεται σε αντίθεση µε την αρχή της ελάχιστης ενέργειας, γιατί η uποστιβάδα 4s έχει χαµηλότερη ενέργεια από την uποστιβάδα 3d και πρέπει να συµπληρωθεί πρώτη. Συνεπώς η σωστή ηλεκτρονιακή δοµή είναι: 1s2 2s2 2ρ6 3s2 3ρ6 4s1 . β) Η παραπάνω ηλεκτρονιακή δοµή έρχεται σε αντίθεση µε την απαγορευτική αρχή του Pauli, γιατί δύο από τα τρία ηλεκτρόνια της 2s υποστιβάδας θα έχουν την ίδια τετράδα κβαντικών αριθµών. Η σωστή ηλεκτρονιακή δοµή είναι 1s2 2s2 2ρ3

6. Ποιες από τις παρακάτω ηλεκτρονιακές δοµές ατόµων αντιστοιχούν σε διεγερµένη κατάσταση; α) 1s2 2s1 2ρ1 β) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2

Λύση Για να µπορέσουµε να διακρίνουµε αν µία ηλεκτρονιακή δοµή αντιστοιχεί σε θεµελιώδη ή διεγερµένη κατάσταση, πρέπει να εξετάσουµε αν ακολουθείται η σειρά διαδοχής των υποστιβάδων µε βάση την αρχή της ελάχιστης ενέργειας (δηλαδή µε βάση το µνηµονικό κανόνα) και εάν σε κάθε υποστιβάδα (εκτός της τελευταίας) τοποθετήθηκε ο µέγιστος αριθµός ηλεκτρονίων. Αυτό γίνεται ως εξής: i) Υπολογίζουµε το συνολικό αριθµό ηλεκτρονίων του ατόµου. ii) Γράφουµε την ηλεκτρονιακή του δοµή, σύµφωνα µε τις αρχές δόµησης. iii) Συγκρίνουµε τις δύο δοµές. α) Αριθµός ηλεκτρονίων: 4 Ηλεκτρονιακή δοµή θεµελιώδους κατάστασης: 1s2 2s2 Συγκρίνοντας τις δύο δοµές παρατηρούµε ότι έχουµε διεγερµένη κατάσταση, αφού ένα ηλεκτρόνιο της υποστιβάδας 2s έχει µεταπηδήσει στην υποστιβάδα 2ρ. β) Έχουµε θεµελιώδη κατάσταση, αφού η υποστιβάδα 4s συµπληρώνεται πριν την τοποθέτηση ηλεκτρονίων στην υποστιβάδα 3d.

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

49

7. Η εξωτερική στιβάδα για το άτοµο ενός στοιχείου στη θεµελιώδη κατάσταση είναι η Ο και περιέχει τρία ηλεκτρόνια. Ποια είναι η ηλεκτρονιακή δοµή του ατόµου και ποιος ο ατοµικός αριθµός του στοιχείου;

Λύση Αφού η εξωτερική στιβάδα είναι η Ο, ο µέγιστος κύριος κβαντικός αριθµός για το άτοµο αυτό είναι n=5. Τα τρία ηλεκτρόνια της εξωτερικής στιβάδας, θα τοποθετηθούν σε υποστιβάδες µε n=5. Άρα η εξωτερική στιβάδα του ατόµου θα έχει τη δοµή: 5s2 5ρ1. Ακολουθώντας το µνηµονικό κανόνα της ηλεκτρονιακής δόµησης, θα έχουµε την παρακάτω ηλεκτρονιακή δοµή για τη θεµελιώδη κατάσταση του ατόµου του στοιχείου: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p1 Αθροίζοντας τα ηλεκτρόνια συµπεραίνουµε ότι ο ατοµικός αριθµός του στοιχείου είναι Ζ=49 (γιατί ο ατοµικός αριθµός δηλαδή ο αριθµός των πρωτονίων είναι ίσος µε τον αριθµό των ηλεκτρονίων στα αφόρτιστα άτοµα των στοιχείων).

8. Το άτοµο ενός στοιχείου στη θεµελιώδη κατάσταση έχει 2 µονήρη ηλεκτρόνια στη στιβάδα L. Ποιος είναι ο ατοµικός αριθµός του στοιχείου;

Λύση Η στιβάδα L (n=2) έχει δύο υποστιβάδες, τη 2s και τη 2ρ. Επειδή η υποστιβάδα 2s έχει ένα τροχιακό, δεν µπορεί παρά να διαθέτει ένα µόνο µονήρες ηλεκτρόνιο. Άρα τα 2 µονήρη ηλεκτρόνια, θα βρίσκονται στην υποστιβάδα 2ρ. Με βάση τον κανόνα του Hund σι πιθανές ηλεκτρονιακές δοµές είναι:

50

1s2 2s2 ↑↓ ↑↓

2p2 ↑ ↑

συνεπώς Ζ=6

1s2 2s2 ↑↓ ↑↓

2p4 ↑↓ ↑ ↑

συνεπώς Ζ=8

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

9. Ποιος είναι ο ελάχιστος ατοµικός αριθµός στοιχείου, το άτοµο του οποίου στη θεµελιώδη κατάσταση περιέχει: α) πέντε ηλεκτρόνια σε s τροχιακά, β) δύο ηλεκτρόνια σε d τροχιακά, γ) ένα ζεύγος ηλεκτρονίων σε d υποστιβάδα.

Λύση α) Τοποθετούµε ηλεκτρόνια σύµφωνα µε τις αρχές ηλεκτρονιακής δόµησης, µέχρι το άτοµο να αποκτήσει στα s τροχιακά 5 ηλεκτρόνια.

1s22s22p63s1 Άρα ο ατοµικός αριθµός του στοιχείου είναι Ζ=11. β) Τοποθετούµε ηλεκτρόνια σύµφωνα µε τις αρχές ηλεκτρονιακής δόµησης, µέχρι το άτοµο να αποκτήσει στα d τροχιακά 2 ηλεκτρόνια.

1s22s22p63s23p63d24s2 Άρα ο ατοµικός αριθµός του στοιχείου είναι Ζ=22. γ) Αφού ζητείται ο ελάχιστος ατοµικός αριθµός του στοιχείου µε ένα ζεύγος ηλεκτρονίων σε d υποστιβάδα, αυτά θα βρίσκονται στην 3d υποστιβάδα. Όµως, σύµφωνα µε τον κανόνα του Hund, πρώτα θα τοποθετήσουµε ένα µονήρες ηλεκτρόνιο σε καθένα από τα πέντε τροχιακά της 3d υποστιβάδας και στη συνέχεια θα εισάγουµε σε κάποιο από αυτά τα τροχιακά ηλεκτρόνιο µε αντίθετο spin. Συνεπώς η δοµή είναι3d6

↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ Άρα η ηλεκτρονιακή δοµή του στοιχείου είναι η εξής: 1s22s22p63s23p63d64s2 Και ο ατοµικός αριθµός του Ζ=26.

10. Να γραφούν οι ηλεκτρονιακές δοµές των ιόντων: 13Αl3+ , 16S2-,

22Τi

2+

Λύση α) Αρχικά γράφουµε την ηλεκτρονιακή δοµή του ατόµου στη Θεµελιώδη κατάσταση.

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

51

1s22s22p63s23p1

13Αl:

Επειδή το Αl3+ είναι κατιόν, θα έχει τρία ηλεκτρόνια λιγότερα (όσα δηλαδή το φορτίο του) απ’ ότι το αντίστοιχο άτοµο. Η ηλεκτρονιακή δοµή του κατιόντος προκύπτει

εάν αφαιρέσουµε τα τρία

ηλεκτρόνια από τις υποστιβάδες του ατόµου µε την υψηλότερη ενέργεια.

13Αl

3+

: 1s22s22p6

β) Η ηλεκτρονιακή δοµή του ατόµου στη θεµελιώδη κατάσταση είναι: 16S:

1s22s22p63s23p4

Επειδή το

16S

2-

είναι ανιόν, θα έχει δύο ηλεκτρόνια περισσότερα (όσα δηλαδή το φορτίο του) απ’ ότι

το αντίστοιχο άτοµο. Η ηλεκτρονιακή δοµή του ιόντος είναι: 16S

2-

: 1s22s22p63s23p6

γ) Η ηλεκτρονιακή δοµή του ατόµου στη θεµελιώδη κατάσταση είναι: 22Τι:

1s22s22p63s23p63d24s2

Επειδή το Τi2+ είναι κατιόν θα έχει δύο ηλεκτρόνια λιγότερα (όσα δηλαδή το φορτίο του) απ’ ότι το αντίστοιχο άτοµο. Η ηλεκτρονιακή δοµή του κατιόντος είναι: Τi2+ : 1s22s22p63s23p63d2 Παρατηρούµε ότι τα δύο ηλεκτρόνια αφαιρέθηκαν από την υποστιβάδα 4s, που έχει, µετά την κατανοµή των ηλεκτρονίων, τη µεγαλύτερη ενέργεια.

Προσοχή: Για την εύρεση της ηλεκτρονιακής δοµής ενός κατιόντος πρέπει απαραίτητα να γραφεί πρώτα η ηλεκτρονιακή δοµή του αντίστοιχου ουδέτερου ατόµου και ακολούθως να αφαιρεθούν ηλεκτρόνια, ίσα µε το θετικό φορτίο του ιόντος, από την υποστιβάδα µε τη µεγαλύτερη πλέον ενέργεια. Για την εύρεση της ηλεκτρονιακής δοµής ενός ανιόντος κατανέµουµε το συνολικό αριθµό των ηλεκτρονίων του ανιόντος σύµφωνα µε τις αρχές της ηλεκτρονιακής δόµησης.

11. Να γραφεί η ηλεκτρονιακή δοµή σε υποστιβάδες και τροχιακά των ιόντων Fe2+ και Fe3+. Ποιο από τα δύο κατιόντα είναι σταθερότερο; ∆ίνεται: ZFe =26.

52

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Λύση Η ηλεκτρονιακή δοµή του ατόµου του Fe στη Θεµελιώδη κατάσταση είναι: 26Fe:

1s22s22p63s23p63d64s2

Οι ηλεκτρονιακές δοµές των κατιόντων είναι: i) Fe2+: 1s22s22p63s23p63d6 ii) Fe3+: 1s22s22p63s23p63d5 Σταθερότερο είναι το ιόν Fe3+ γιατί έχει ηµισυµπληρωµένη d υποστιβάδα.

12. Οι κβαντικοί αριθµοί τεσσάρων ηλεκτρονίων που ανήκουν στο ίδιο άτοµο είναι: α) n=4,l=0, ml=0, ms=+1/2 β) n=3, l=2, ml=1, ms=+1/2 γ) n=3, l=2, ml= -2, ms=-1/2 δ) n=3, l=1, ml=1, ms=-1/2 Να διατάξετε τα ηλεκτρόνια κατά σειρά αυξανόµενης ενέργειας.

Λύση Με βάση τον κύριο κβαντικό αριθµό (n) και το δευτερεύοντα κβαντικό αριθµό (l) προσδιορίζουµε σε ποια υποστιβάδα ανήκει καθένα από τα ηλεκτρόνια. α. n=4,l=0 άρα 4s β. n=3, l=2 άρα 3d γ. n=3, l=2 άρα 3d δ. n=3, l=1 άρα 3p Αφού πρέπει να συγκρίνουµε την ενέργεια ηλεκτρονίων συµπεραίνουµε ότι αυτά έχουν τοποθετηθεί στις υποστιβάδες. Η ενέργεια των υποστιβάδων στις οποίες έχουν τοποθετηθεί ηλεκτρόνια αυξάνεται σύµφωνα µε την παρακάτω σειρά: 3ρ < 3d < 4s Συνεπώς τα ηλεκτρόνια διατάσσονται κατά αυξανόµενη ενέργεια ως εξής: δ<β=γ<α

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

53

Προσοχή: Το άθροισµα (n+l), δηλαδή ο µνηµονικός κανόνας συµπλήρωσης των υποστιβάδων, καθορίζει την ενεργειακή σειρά κενών υποστιβάδων. Στην παραπάνω άσκηση όµως, ζητείται η ενεργειακή σειρά υποστιβάδων στις οποίες έχουν τοποθετηθεί ηλεκτρόνια και για το λόγο αυτό δεν πρέπει να χρησιµοποιήσουµε ως κριτήριο το άθροισµα (n+l).

13. Ποιες από τις παρακάτω ηλεκτρονιακές δοµές αντιστοιχούν σε: α) θεµελιώδη κατάσταση ατόµου, β) διεγερµένη κατάσταση ατόµου, γ) δοµή ιόντος; i) 17Cl: 1s22s22p63s23p4 4s1 ii) 9F: 1s22s22p6 iii) 28Νi: 1s22s22p63s23p63d84s2 iν) 21Sc: 1s22s22p63s23p6

Λύση

Για να διαπιστώσουµε εάν ένα σωµατίδιο είναι άτοµο (το οποίο βρίσκεται στη θεµελιώδη κατάσταση ή σε διεγερµένη κατάσταση) ή είναι ιόν, ακολουθούµε την εξής διαδικασία: Υπολογίζουµε τον αριθµό των ηλεκτρονίων που έχουν τοποθετηθεί στις υποστιβάδες του σωµατιδίου και το συγκρίνουµε µε τον αριθµό των πρωτονίων του πυρήνα του σωµατιδίου. Αν ο αριθµός των ηλεκτρονίων είναι διαφορετικός από τον αριθµό των πρωτονίων, συµπεραίνουµε ότι το σωµατίδιο είναι ιόν. Αν ο αριθµός των ηλεκτρονίων ισούται µε τον αριθµό των πρωτονίων συµπεραίνουµε ότι το σωµατίδιο είναι ουδέτερο άτοµο. Σε περίπτωση που η ηλεκτρονιακή δοµή του ατόµου ακολουθεί το µνηµονικό κανόνα, συµπεραίνουµε ότι το άτοµο βρίσκεται στη θεµελιώδη κατάσταση.

54

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Σε περίπτωση που η ηλεκτρονιακή δοµή του ατόµου δεν ακολουθεί το µνηµονικό κανόνα (δηλαδή έχουν τοποθετηθεί ηλεκτρόνια σε µια υποστιβάδα µε µεγαλύτερη ενέργεια και ταυτόχρονα έχουµε τοποθετήσει λιγότερα ηλεκτρόνια από το µέγιστο αριθµό σε κάποιες από τις προηγούµενες υποστιβάδες), συµπεραίνουµε ότι το άτοµο βρίσκεται σε διεγερµένη κατάσταση.

i) 17Cl: 1s22s22p63s23p4 4s1 : ουδέτερο άτοµο σε διεγερµένη κατάσταση. Η ηλεκτρονιακή δοµή του παραπάνω σωµατιδίου έχει 17 ηλεκτρόνια όσα δηλαδή και τα πρωτόνια του πυρήνα (Ζ=17). Συνεπώς το παραπάνω σωµατίδιο είναι ουδέτερο άτοµο. Όµως ένα ηλεκτρόνιο της υποστιβάδας 3ρ έχει µεταπηδήσει σε υποστιβάδα υψηλότερης ενέργειας (4s). Συνεπώς το άτοµο βρίσκεται σε διεγερµένη κατάσταση. Η ηλεκτρονιακή δοµή του ατόµου του χλωρίου στη θεµελιώδη κατάσταση είναι:

17Cl:

1s22s22p63s23p5. ii) 9F: 1s22s22p6: ανιόν µε φορτίο -1, στη θεµελιώδη κατάσταση. Η ηλεκτρονιακή δοµή του παραπάνω σωµατιδίου έχει 10 ηλεκτρόνια, ενώ ο αριθµός των πρωτονίων του πυρήνα είναι 9 (Ζ=9). Συνεπώς το παραπάνω σωµατίδιο αντιστοιχεί στο ανιόν F1-, στη θεµελιώδη κατάσταση. iii)

28Νi:

1s22s22p63s23p63d84s2: ουδέτερο άτοµο στη θεµελιώδη κατάσταση. Η ηλεκτρονιακή δοµή

του παραπάνω σωµατιδίου έχει 28 ηλεκτρόνια όσα δηλαδή και τα πρωτόνια του πυρήνα (Ζ=28). Συνεπώς το παραπάνω σωµατίδιο είναι ουδέτερο άτοµο στη θεµελιώδη κατάσταση, αφού η ηλεκτρονιακή του δοµή υπακούει στο µνηµονικό κανόνα. iν)

21Sc:

1s22s22p63s23p6: κατιόν µε φορτίο +3, στη θεµελιώδη κατάσταση. Η ηλεκτρονιακή δοµή του

παραπάνω σωµατιδίου έχει 18 ηλεκτρόνια, ενώ ο αριθµός των πρωτονίων του πυρήνα είναι 21 (Ζ=21). Συνεπώς το παραπάνω σωµατίδιο αντιστοιχεί στο κατιόν Sc3+ στη θεµελιώδη κατάσταση.

14. Ποιες από τις παρακάτω ηλεκτρονιακές δοµές παραβιάζουν την απαγορευτική αρχή του Pauli και ποιες τον κανόνα του Hund; Κάθε τροχιακό παριστάνεται µε τετράγωνο πλαίσιο.

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

55

Λύση α. Βλέπουµε δύο ηλεκτρόνια µε παράλληλο spin (+1/2) στο ίδιο τροχιακό. ∆ηλαδή στο ίδιο άτοµο υπάρχουν δύο ηλεκτρόνια µε την ίδια τετράδα κβαντικών αριθµών, οπότε παραβιάζουν την απαγορευτική αρχή του Pauli β. Παραβιάζεται ο κανόνας

του Hund. Θα έπρεπε στα δύο

ηµισυµπληρωµένα τροχιακά τα

ηλεκτρόνια να έχουν ms=+1/2 (↑). γ. Η δοµή είναι σύµφωνη µε την απαγορευτική αρχή του Pauli και τον κανόνα του Hund. δ. Παραβιάζεται ο κανόνας του Hund. Θα έπρεπε όλα τα τροχιακά να ήταν ηµισυµπληρωµένα και τα ηλεκτρόνια να έχουν ms=+1/2 (↑). ε. Παραβιάζεται ο κανόνας του Hund. Θα έπρεπε και στα τέσσερα

ηµισυµπληρωµένα τροχιακά τα

ηλεκτρόνια να έχουν ms=+1/2 (↑). στ. Βλέπουµε δύο ηλεκτρόνια µε παράλληλο spin (-1/2) στο ίδιο τροχιακό. ∆ηλαδή στο ίδιο άτοµο υπάρχουν δύο ηλεκτρόνια µε την ίδια τετράδα κβαντικών αριθµών, οπότε παραβιάζουν την απαγορευτική αρχή του Pauli

15. Να βρείτε το µέγιστο αριθµό ηλεκτρονίων, σε ένα πολυηλεκτρονιακό άτοµο, τα οποία περιγράφονται από τους παρακάτω κβαντικούς αριθµούς. α. n=4 ε. n=2, ms= +1/2

β. η=3, l=2 στ. n=2, l=2

γ. η=3, l=1, ml= -1 ζ. n=3, l=2, ml=2,

δ. n=3, ml=0 η. n=3, l=1, ml=-1, ms=+1/2

Λύση Υπενθυµίζουµε ότι: • µια στιβάδα έχει η υποστιβάδες

56

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

• µια στιβάδα έχει n2 τροχιακά • µια στιβάδα έχει το πολύ 2 n2 ηλεκτρόνια • µια υποστιβάδα έχει (2l+1) τροχιακά • µια υποστιβάδα έχει το πολύ 2(2l+1) ηλεκτρόνια • ένα τροχιακό έχει το πολύ 2 ηλεκτρόνια α. Ο µέγιστος αριθµός ηλεκτρονίων για µια στιβάδα δίνεται από τον τύπο 2n2. Άρα για τη στιβάδα Ν, µε κύριο κβαντικό αριθµό n=4, ο µέγιστος αριθµός ηλεκτρονίων θα είναι: 2⋅42 = 32 . β. Οι κβαντικοί αριθµοί n=3, l=2 περιγράφουν την 3d υποστιβάδα. Ο µέγιστος αριθµός ηλεκτρονίων κάθε d υποστιβάδας είναι 10, όπως προκύπτει από τον τύπο 2⋅(2l+1). γ. Οι κβαντικοί αριθµοί n=3, l=1, ml = -1 περιγράφουν το τροχιακό 3ρy. Ο µέγιστος αριθµός ηλεκτρονίων κάθε τροχιακού είναι 2. δ. Τα τροχιακά που αντιστοιχούν σε κύριο κβαντικό αριθµό n είναι n2. Άρα για n=3 έχουµε 9 τροχιακά. n

ℓ

mℓ

0

0 -1

1

0 +1 -2 -1

3

2

0 +1 +2

Από το παραπάνω πίνακα παρατηρούµε ότι υπάρχουν τρία τροχιακά µε n=3 και ml=0. Άρα ο µέγιστος αριθµός ηλεκτρονίων που περιέχεται σ’ αυτά τα τροχιακά είναι 6. ε. Ο µέγιστος αριθµός ηλεκτρονίων για τη στιβάδα µε n=2, είναι 8. Από αυτά τα µισά έχουν ms=+1/2 και τα υπόλοιπα ms=-1/2. Άρα ο µέγιστος αριθµός ηλεκτρονίων µε n=2 και ms=-1/2 είναι 4 στ. Όπως γνωρίζουµε για δεδοµένη τιµή του κύριου κβαντικού αριθµού n, η µέγιστη τιµή του δευτερεύοντα κβαντικού αριθµού είναι l=n-1. Συνεπώς ηλεκτρόνια µε κβαντικούς αριθµούς n=2 και l=2 δεν µπορούν να υπάρχουν.

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

57

ζ. Όπως γνωρίζουµε για δεδοµένη τιµή του δευτερεύοντα κβαντικού αριθµού l=1, o µαγνητικός κβαντικός αριθµός ml παίρνει µόνο τις τιµές: -1, 0, +1. Συνεπώς ηλεκτρόνια µε τέτοιους κβαντικούς αριθµούς δεν υπάρχουν. η. Γνωρίζουµε ότι µια τετράδα κβαντικών αριθµών n, l, ml και ms περιγράφει ένα ηλεκτρόνιο ( αρχή του Pauli).

58

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΡΟΣ ΛΥΣΗ

1. Ποιος είναι ο ελάχιστος ατοµικός αριθµός στοιχείου µε άτοµα που έχουν: α. 4 ηλεκτρόνια σε s τροχιακό. β. 4 ηλεκτρόνια σε p τροχιακό.

2. ∆ώσε την τετράδα των κβαντικών αριθµών του ηλεκτρονίου της εξωτερικής στιβάδας ατόµου νατρίου (11Να) στη θεµελιώδη κατάσταση ενέργειας.

3. Ποια από τα παρακάτω σύνολα κβαντικών αριθµών της µορφής (n, ml, ms) δεν είναι επιτρεπτά και γιατί;

1 ) 2

α. (2, 1, -2, ε. (1, 0, 0,

1 ) 2

β. (3, 0, 1, − στ. (2, 1, 0,

1 ) 2

γ. (2, 2, 2,

1 ) 2

δ. (3, 2, 1, 0)

1 ) 2

4. Ποια από τα παρακάτω σύνολα κβαντικών αριθµών είναι επιτρεπτά; n

l

ml

ms

1

2

1

0

−

1 2

2

3

0

+1

−

1 2

3

1

1

0

+

1 2

4

2

1

0

0

5

3

2

-2

−

1 2

5. Ένα άτοµο Si (Z = 14) έχει ολικό αριθµό p ηλεκτρονίων: α. 2

β. 4

γ. 6

δ. 8

ε. 20

6. Να δοθούν οι τιµές όλων των κβαντικών αριθµών για τα παρακάτω ηλεκτρόνια:

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

59

α. του 13ου στη θεµελιώδη κατάσταση του Al.

β. του 15ου στη θεµελιώδη κατάσταση του P.

γ. του 26ου στη θεµελιώδη κατάσταση του Fe.

δ. του 36ου στη θεµελιώδη κατάσταση του Kr.

ε. του 63ου στη θεµελιώδη κατάσταση του Eu.

7. Πόσα d ηλεκτρόνια, πόσα ηλεκτρόνια µε l = 1 και πόσα µονήρη ηλεκτρόνια υπάρχουν στα άτοµα που έχουν τους παρακάτω ατοµικούς αριθµούς: α. Ζ = 15

β. Ζ = 26

γ. Ζ = 32

8. α. Να γράψετε την ηλεκτρονιακή δοµή σε υποστιβάδες και σε στιβάδες για τα επόµενα άτοµα στη θεµελιώδη κατάσταση: 3Li, 4Be, 8O, 13Al, 17Cl, 20Ca, 22Ti, 25Mn, 32Ge, 38Sr, 40Zr, 47Ag, 51Sb, 56Ba, 60Nd, 63Eu, 71Lu, 79Au, 83Bi, 87Fr, 95Am

β. Πόσα ηλεκτρόνια έχει η εξωτερική στιβάδα και πόσα µονήρη ηλεκτρόνια έχει το καθένα από τα άτοµα αυτά;

9. α. Να γράψετε την ηλεκτρονιακή δοµή σε υποστιβάδες και σε στιβάδες για τα επόµενα ιόντα στη θεµελιώδη κατάσταση: 2+ 2 2+ 2+ 2+ 2+ 22+ 2+ 2+ 1Η , 2Ηe , 6C , 8O , 9F , 16S , 19K , 22Ti , 28Ni , 30Zn , 34Se , 50Sn , 53I , 56Ba , 63Eu

β. Πόσα ηλεκτρόνια έχει η εξωτερική στιβάδα και πόσα µονήρη ηλεκτρόνια έχει το καθένα από τα ιόντα αυτά;

10. Να γράψετε τους κβαντικούς αριθµούς των ηλεκτρονίων της εξωτερικής στιβάδας για τα επόµενα άτοµα στη θεµελιώδη κατάσταση: α. 10Ne

β. 15P

γ. 19Κ

δ. 25Mn

11. Ποιες από τις επόµενες ηλεκτρονιακές δοµές παραβιάζουν την απαγορευτική αρχή του Pauli; α. 1s22s22p53s3

β. 1s22s22p63s23p44s1

δ. 1s22s22p63s23p63d5

γ. 1s22s22p7

ε. 1s22s22p63s23p63d114s2

στ. K(2) L(8) M (12) N (4) ζ.

60

↑↓

↑↓

↑↑

↑

↑

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

↑↓

η.

θ.

↑

↑

↑↓

↑

↑

↓

12. Ποιες από τις επόµενες ηλεκτρονιακές δοµές παραβιάζουν τον κανόνα του Hund; α.

↑↑

β.

↑↑

↑

↓

γ.

↑↑

↑

↑

δ.

↑↓

ε.

↑

στ.

↑↓

2 2 2 1 ζ. 1s 2s 2 px 2 p y

↑↓

↑

↑

↑

↑

↑↓

↑

↑↓ ↑

↓

↑

↑↓

↑↓

↓

2 2 1 2 1 η. 1s 2s 2 px 2 p y 2 pz

θ.

η.

↑

↑↓

↑↓

↓

↑

↑

↑↑

↑

↑↓

↑

13. Ποιες από τις επόµενες ηλεκτρονιακές δοµές ατόµων στη θεµελιώδη κατάσταση είναι λανθασµένες; α. 1s22s12p2

2 2 1 1 β. 1s 2s 2 px 2 p y

γ. 1s22s22p63s33p1

2 2 1 1 δ. [ Ne]3s 2 px 3 p y 3 pz

ε. [Ar]3d74s2

στ. ↑↓ ↑↓ ↑ ↑↓ ↓ 1s 2 s 2p

ζ. ↑↓ ↑↑ ↑ ↑ 1s 2 s 2p

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

61

14. ∆ίνονται οι κβαντικοί αριθµοί (n, l, ml, ms) έξι ηλεκτρονίων ενός πολυηλεκτρονιακού ατόµου: α. (3, 1, -1, −

1 ) 2

β. (3, 2, +1, +

1 ) 2

ε. (3, 1, +1, +

1 ) 2

στ. (5, 0, 0, −

1 ) 2

γ. (4, 0, 0, +

1 ) 2

δ. (4, 1, 0, −

1 ) 2

Να διατάξετε τα ηλεκτρόνια αυτά κατά σειρά αυξανόµενης ενέργειας.

15. Ποιες από τις παρακάτω ηλεκτρονιακές δοµές αντιστοιχούν σε: i) θεµελιώδη κατάσταση ατόµου;

ii) διεγερµένη κατάσταση ατόµου;

iii) δοµή ιόντος; α. 12Mg: 1s22s22p6

β. 9F: 1s22s22p5

γ. 11Na: 1s22s22p6

δ. 10Νe: 1s22s22p53s1

ε. 15P: 1s22s22p63s13p3

ζ. 22Ti: 1s22s22p63s23p63d4

η. 24Cr: 1s22s22p63s23p63d3

ι. 29Cu: 1s22s22p63s23p63d10

ια. 35Br: [Ar]3d104s24p5

στ. 17Cl: 1s22s22p63s23p6 θ. 33As: 1s22s22p63s23p63d104s2

16. Να υπολογίσετε τον µέγιστο αριθµό ηλεκτρονίων σε ένα πολυηλεκτρονιακό άτοµο στη θεµελιώδη κατάσταση τα οποία χαρακτηρίζονται σε κβαντικούς αριθµούς: α. n = 3

β. n = 4 και l = 1

ε. n = 3 και l = 3

στ. n = 2 και ms = +

θ. l = 0 και ms = +

1 2

ιβ. n = 5, l = 2 και ml = +3

γ. n = 5 και l = 3

1 2

ζ. n = 3 και ml = -1

ι. n = 4 και ml = +1 ιγ. n = 4, l = 2 και ms = −

δ. n = 2 και ml = 0 η. n = 5 και l = 0

ια. n = 4, l = 1 και ml = -1

1 2

ιδ. n = 3, l = 1, ml = -1 και ms = −

1 2

ιε. n = 4, l = 2 και ml = 0

17. Ποιος είναι ο ελάχιστος ατοµικός αριθµός του χηµικού στοιχείου, το άτοµο του οποίου στη θεµελιώδη κατάσταση έχει: α. πέντε ηλεκτρόνια σε τροχιακά s;

β. δύο ηλεκτρόνια σε τροχιακά p;

γ. συµπληρωµένη τη στιβάδα L;

δ. δύο ηλεκτρόνια σε τροχιακά µε l = 2;

ε. τρία µονήρη ηλεκτρόνια; ζ. ηµισυµπληρωµένη d υποστιβάδα;

62

στ. τρία ηλεκτρόνια σε τροχιακά µε l = 3; θ. συµπληρωµένη πλήρως τη στιβάδα Ν;

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

18. Να υπολογίσετε τους δυνατούς ατοµικούς αριθµούς των χηµικών στοιχείων, τα άτοµα των οποίων στη θεµελιώδη κατάσταση διαθέτουν: α. 1 µονήρες ηλεκτρόνιο στη στιβάδα L.

β. 2 µονήρη ηλεκτρόνια στη στιβάδα Μ.

γ. 3 µονήρη ηλεκτρόνια στη στιβάδα L.

δ. 7 µονήρη ηλεκτρόνια και έχει ατοµικό αριθµό Ζ < 80.

ε. 1 µονήρες ηλεκτρόνιο στη στιβάδα Μ.

19. Για το άτοµο ενός χηµικού στοιχείου Χ στη θεµελιώδη κατάσταση γνωρίζουµε τα έξης: Ι) Έχει ηµισυµπληρωµένα τα τροχιακά p της εξωτερικής στιβάδας. ΙΙ) ∆ιαθέτει ηλεκτρόνια που χαρακτηρίζονται µε ml = 2. α. Ποιος είναι ο ελάχιστος ατοµικός αριθµός του χηµικού στοιχείου Χ; β. Πόσα ηλεκτρόνια του ατόµου του χηµικού στοιχείου Χ στη θεµελιώδη κατάσταση χαρακτηρίζονται µε: i) l = 1;

ii) ml = -1;

iii) n = 3 και ml = 0;

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

iv) ms = +

1 ; 2

63

ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΑΡΧΕΣ ∆ΟΜΗΣΗΣ ΘΕΜΑ 1ο 1.Σωστό - Λάθος α. Στα πολυηλεκτρονιακά άτοµα οι ενεργειακές στάθµες των υποστιβάδων της ίδιας στιβάδας ταυτίζονται.

(2002/Μον. 1) β. Ο δευτερεύων ή αζιµουθιακός κβαντικός αριθµός καθορίζει τον προσανατολισµό του ηλεκτρονιακού νέφους.

(2002/Μον. 1) γ. Για το άτοµο του οξυγόνου (8Ο), στη θεµελιώδη κατάσταση, η κατανοµή των ηλεκτρονίων είναι: 1s2 2s2 2px2 2py2 .

(2003/Μον. 2) δ. Σύµφωνα µε την απαγορευτική αρχή του Pauli είναι αδύνατο να υπάρχουν στο ίδιο άτοµο δύο ηλεκτρόνια µε ίδια τετράδα κβαντικών αριθµών. (Επαν.Εσπ.2005/Μον. 2) ε. Η ηλεκτρονιακή δόµηση των πολυηλεκτρονιακών ατόµων στη θεµελιώδη κατάσταση γίνεται µόνο µε βάση την απαγορευτική αρχή του Pauli. (Επαν. 2006/Μον. 1) ζ. Στο άτοµο του υδρογόνου δεν υπάρχει τροχιακό 3p (OΕΦΕ 2005/Μον.1) η. Η υποστιβάδα 5p έχει περισσότερα ατοµικά τροχιακά από την υποστοιβάδα 3p (OΕΦΕ 2005/Μον.1) θ. Το άτοµο Χ µε Ζ=24 έχει ένα ηλεκτρόνιο στην υποστοιβάδα 4s. (ΟΕΦΕ 2009/Μον.1) ι. Στο άτοµο του υδρογόνου (1Η) η υποστοιβάδα 2s έχει µικρότερη ενέργεια από την υποστοιβάδα 2p. (ΟΕΦΕ 2009/Μον.1) κ. Στο άτοµο του υδρογόνου οι υποστοιβάδες 2s και 2p έχουν την ίδια ενέργεια. (ΟΕΦΕ 2008/Μον.1) 2

2

2 x

1 y

0 z

λ. Η ηλεκτρονιακή δοµή 1s 2s 2p 2p 2p δεν είναι σύµφωνη µε τον κανόνα του Hund. (ΟΕΦΕ 2010/Μον. 1) µ. Η ηλεκτρονιακή δοµή του 15P στη θεµελιώδη κατάσταση είναι: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 (Επαν. 2010/Μον. 1)

2. Το πλήθος των ατοµικών τροχιακών στις στιβάδες L και Μ είναι αντίστοιχα: α. 4 και 9 β. 4 και 10 γ. 8 και 18 δ. 4 και 8.

(2001/Μον. 5)

64

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

3. Να αντιστοιχίσετε σε κάθε ηλεκτρονιακή δοµή της Στήλης Ι το σωστό σώµα (στοιχείο σε θεµελιώδη ή διεγερµένη κατάσταση, ιόν) της Στήλης ΙΙ, γράφοντας στο τετράδιό σας το γράµµα της Στήλης Ι και δίπλα τον αριθµό της Στήλης ΙΙ.

Στήλη Ι 2

2

Στήλη ΙΙ 6

2

6

α. 1s 2s 2p 3s 3p β. 1s22p1 γ. 1s22s22p63s23p4 δ. 1s22s22p2

1. 3Li 2. 7N+ 3. 14Si 4. 17Cl5. 16S (2001/Μον. 4)

4. Η ηλεκτρονιακή δοµή (διαµόρφωση) του φθορίου (ατοµικός αριθµός = 9), σε θεµελιώδη κατάσταση, είναι: α. 1s2 2s2 2p3 3s2 β. 1s2 2s2 2p4 3s1 γ. 1s2 2s2 2p5 δ. καµιά από τις παραπάνω (Εσπ. 2001/Μον. 4) 5. Η κατανοµή των ηλεκτρονίων του ατόµου του οξυγόνου (Z = 8) στη θεµελιώδη κατάσταση παριστάνεται µε το συµβολισµό:

1s 2s α. (↑↓) (↑↓) β. (↑↓) (↑↓) γ. (↑↓) ( ↑) δ. ( ↑) ( ↑)

2p (↑↓) (↑↓) ( ) (↑↓) ( ↑) ( ↑) (↑↑) (↑↑) ( ↑) (↑↓) (↑↓) (↑↓) (2002/Μον. 5)

6. Σε ένα πολυηλεκτρονιακό άτοµο ο µέγιστος αριθµός ηλεκτρονίων µε κβαντικούς αριθµούς n=2 και ms = - 1/2 είναι: α. οκτώ β. τέσσερα γ. δύο δ. ένα (Οµογ. 2002/Μον. 5) 7. Στο ιόν 26Fe2+ ο αριθµός των ηλεκτρονίων στην υποστιβάδα 3d και στη θεµελιώδη κατάσταση είναι: α. 2 β. 5 γ. 3 δ. 6 (2003/Μον. 4) 8. Ποια από τις παρακάτω τετράδες κβαντικών αριθµών (n, ℓ, mℓ, ms) δεν είναι επιτρεπτή για ένα ηλεκτρόνιο σε ένα άτοµο ; α. (4, 2, 2, +1/2) β. (4, 1, 0, - 1/2) γ. (4, 2, 3, +1/2) δ. (4, 3, 2, - 1/2) (2003/Μον. 4) 9. Σε ένα άτοµο, ο µέγιστος αριθµός ηλεκτρονίων που χαρακτηρίζονται από τους κβαντικούς αριθµούς n=2 και mℓ = -1 είναι α. 1 β. 2 γ. 4 δ. 6

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

65

(Επαν. 2003/Μον. 5) 10. Να αντιστοιχίσετε καθένα από τα στοιχεία της Στήλης Ι µε τον αριθµό των ηλεκτρονίων της εξωτερικής τους στιβάδας που αναγράφεται στη Στήλη II. (δύο από τους αριθµούς της Στήλης II περισσεύουν).

Στήλη Ι 1. 7Ν 2. 3Li 3. 8Ο 4. 10Ne

Στήλη II α. 6 β. 1 γ. 8 δ. 2 ε. 3 στ. 5 (Εσπ. 2004/Μον. 6)

11. Ποια από τις παρακάτω ηλεκτρονιακές δοµές αντιστοιχεί σε διεγερµένη κατάσταση του ατόµου του φθορίου (9F); α. 1s22s22p6 β. 1s22s22p5 γ. 1s2 2s1 2p6 δ. 1s1 2s1 2p7 (2004/Μον. 5) 12. Σε ποια από τις παρακάτω ηλεκτρονιακές δοµές παραβιάζονται η αρχή του Pauli και ο κανόνας του Hund; 3s 3p α. ( ↑↑) (↑) (↑) (↑) β. (↑↓) (↑) (↑) (↑) γ. (↑↓) (↑) (↑) (↓) δ. (↑↑) (↑) (↑) (↓) (Επαν. 2004/Μον. 5) 13. Η ηλεκτρονιακή δοµή που αναφέρεται στη θεµελιώδη κατάσταση του ατόµου του 5Β είναι η: 1s 2s 2p α. (↑↓) (↑↓) (↑) ( ) ( ) β. (↑↓) (↑↑) (↑) ( ) ( ) γ. (↑↓) ( ) (↑↓) (↑) ( ) δ. (↑↓) (↑) (↑) (↑) ( ) (Εσπ.2005/Μον. 4) 14. Ο µέγιστος αριθµός των ηλεκτρονίων που είναι δυνατόν να υπάρχουν σε ένα τροχιακό, είναι: α. 2. β. 14. γ. 10. δ. 6.

(2005/Μον. 5) 15. Από τις παρακάτω υποστιβάδες τη χαµηλότερη ενέργεια έχει η υποστιβάδα: α. 3d. β. 3p. γ. 3s. δ. 4s. (Επαν. Εσπ. 2005/Μον. 5)

66

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

16. Ο αριθµός των τροχιακών σε µια f υποστιβάδα είναι: Α. α. 1. β. 3. γ. 5. δ. 7.

(2006/Μον. 5) Β.

α. 6

β. 5

γ. 7

δ. 14 (Επαν. 2005/Μον. 5)

17. Στη θεµελιώδη κατάσταση όλα τα ηλεκτρόνια σθένους ενός στοιχείου ανήκουν στην 3s υποστιβάδα. Το στοιχείο αυτό µπορεί να έχει ατοµικό αριθµό: α. 8. β. 10. γ. 12. δ. 13.

(2006/Μον. 5) 18. Στη θεµελιώδη κατάσταση το µοναδικό ηλεκτρόνιο του ατόµου του υδρογόνου βρίσκεται στην υποστιβάδα 1s, διότι: α. το άτοµο του υδρογόνου διαθέτει µόνο s ατοµικά τροχιακά. β. το άτοµο του υδρογόνου έχει σφαιρικό σχήµα. γ. η υποστιβάδα 1s χαρακτηρίζεται από την ελάχιστη ενέργεια. δ. τα p τροχιακά του ατόµου του υδρογόνου είναι κατειληµµένα. (Επαν.2006/Μον. 5) 19. Πόσα ηλεκτρόνια στη θεµελιώδη κατάσταση του στοιχείου 18Ar έχουν µαγνητικό κβαντικό αριθµό mℓ = –1 ; α. 6. β. 8. γ. 4. δ. 2.

(2007/Μον. 5) 20. H ηλεκτρονιακή δοµή του 25Μn2+ στη θεµελιώδη κατάσταση είναι: α. 1s22s22p63s23p63d5. β. 1s22s22p63s23p63d34s2. γ. 1s22s22p63s23p63d44s1. δ. 1s22s22p63s23p53d44s2.

(2007/Μον. 5) 21. Ποιο από τα παρακάτω ατοµικά τροχιακά ενός πολυηλεκτρονιακού ατόµου στη θεµελιώδη κατάσταση έχει τη µεγαλύτερη ενέργεια; (οι αριθµοί στην παρένθεση αντιστοιχούν στους τρεις πρώτους κβαντικούς αριθµούς). α. (3, 1, 0) β. (3, 2, 0) γ. (3, 0, 1) δ. (4, 0, 0) (Επαν.2007/Μον. 5) 22. Tο ηλεκτρόνιο της εξωτερικής στιβάδας του Νa (Ζ=11) µπορεί να έχει την εξής τετράδα κβαντικών αριθµών στη θεµελιώδη κατάσταση: α. (3, −1, 0, +1/2). β. (3, 0, 0, +1/2). γ. (3, 1, 1, +1/2). δ. (3, 1, −1, +1/2).

(2008/Μον. 5)

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

67

23. Το άτοµο ενός στοιχείου έχει ηλεκτρονιακή δοµή: [Ar]3d24s2. Ποιος είναι ο ατοµικός αριθµός του στοιχείου αυτού; α. 20 β. 21 γ. 22 δ. 23 (Οµογ. 2006/Μον. 5) 24. Ποιο από τα παρακάτω ιόντα δεν έχει ηλεκτρονιακή δοµή 1s2 στη θεµελιώδη κατάσταση; α. 1Η-

β. 2He+

γ. 3Li+

δ. 4Be2+ (Οµογ. 2006/Μον. 5)

25. Ποια από τις επόµενες τετράδες κβαντικών αριθµών (n, l, ml, ms) δεν είναι δυνατή; α. (2, 1, 0, +

1 ) 2

β. (3, 1, −1, −

1 ) 2

γ. (2, 2, 0, +

1 1 ) δ. (3, 2, −2, − ) 2 2 (Οµογ. 2008/Μον. 5)

26. Ποια από τις παρακάτω ηλεκτρονιακές δοµές ατόµων εκφράζει άτοµο σε διεγερµένη κατάσταση; α. 1s22s1 β. 1s22s22p63s1 γ. 1s22s22p6 δ. 1s12s2 (Οµογ. 2008/Μον. 5) 27. Ποια από τις παρακάτω τριάδες των κβαντικών αριθµών (n, l, ml) αντιστοιχεί στο ατοµικό τροχιακό 3pχ ; α. (3,1,1) β. (3,0,0) γ. (3,2,1) δ. (4,1,1) (Οµογ. 2007/Μον. 5) 28. Ποιο από τα παρακάτω ιόντα έχει την ίδια ηλεκτρονιακή δοµή µε το ιόν 17Cl− στη θεµελιώδη κατάσταση; α. 9 F − β. 11Na+ γ. 19 K+ δ. 20Ca+ (Οµογ. 2007/Μον. 5) 29. Ποια από τις παρακάτω τετράδες κβαντικών αριθµών (n, ℓ, mℓ, mS) αντιστοιχεί στο ηλεκτρόνιο σθένους του ατόµου 3Li στη θεµελιώδη κατάσταση; α. (2 , 1 , 0 , +1/2) β. (2 , 0 , 0 , +1/2) γ. (2 , 1 , 1 , +1/2) δ. (1 , 0 , 0 , -1/2) (Οµογ. 2004/Μον. 5) 30. Σε ποια από τα παρακάτω άτοµα ή ιόντα αντιστοιχεί η ηλεκτρονιακή δοµή: 1s22s22p6 ; α. 8Ο β. 11Νa γ. 8Ο2δ. 10Νe+ (Οµογ. 2004/Μον. 5)

68

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

31. Ποια από τις παρακάτω ηλεκτρονιακές δοµές είναι σύµφωνη µε την απαγορευτική αρχή του Pauli; 1s 2s 2p α. (↑↓) (↑↓) (↑) (↑) (↑) β. (↑↓) (↑↑) (↑) ( ) ( ) γ. (↑↑) (↑↓) (↑↓) ( ) ( ) δ. (↑↓) (↑↓) (↑↓) (↑↓) (↑↓↑) (Οµογ. 2003/Μον. 5) 32. Ποιο από τα παρακάτω τροχιακά δεν υπάρχει σε ένα άτοµο; α. 5s β. 3p γ. 4f δ. 2d (Οµογ. 2004/Μον 5) 33. «Είναι αδύνατο να υπάρχουν στο ίδιο άτοµο δύο ηλεκτρόνια µε ίδια τετράδα κβαντικών αριθµών (n, ℓ, mℓ, ms)». Η αρχή αυτή διατυπώθηκε από τον: α. Planck. β. Pauli. γ. De Broglie. δ. Hund. (Εσπ. 2006/Μον. 5) 34. Από τις παρακάτω τετράδες κβαντικών αριθµών (n, l, ml, ms) δεν είναι δυνατή : α. (5,0,0,-

1 ) 2

β. (3,2,3,+

1 ) 2

γ. ( 2,1, 0, +

1 ) 2

δ. ( 3,1, −1, −

1 ) 2 (Εσπ. 2009/Μον. 5)

35. Ένα ηλεκτρόνιο που ανήκει σε τροχιακό της 3p υποστιβάδας είναι δυνατόν να έχει την εξής τετράδα κβαντικών αριθµών: α. (3, 0, 0, +1/2) β. (3, 2, -1, -1/2) γ. (3, 3, -1, +1/2) δ. (3, 1, 1, +1/2) (Επαν. 2009/Μον. 5) 36. Σε ποια από τις επόµενες υποστιβάδες µπορούν να τοποθετηθούν περισσότερα ηλεκτρόνια; α. 1p

β. 3d

γ. 5p

δ.2s (OΕΦΕ 2003/Μον.)

37. Από τα επόµενα τροχιακά µικρότερη ενέργεια έχει το: α. 3d

β. 3p

γ. 4s

δ. 4p (OΕΦΕ 2004/Μον.2)

38. Οι παρακάτω ηλεκτρονιακές δοµές, σε θεµελιώδη κατάσταση είναι λανθασµένες. Να αναφέρετε µόνο την αρχή ή τον κανόνα που παραβιάζεται σε κάθε ηλεκτρονιακή δοµή. α. 1s22s22p63s23p63d2 β. 1s22s32p2 1s

2s

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

2p

69

↑↓

↑↓

γ.

δ. (ΟΕΦΕ

↑↓

1s

2s

↑↓

↑↓

↑↓

2p

↑↓

↑↑

↑

2004/Μον 8)

39. Η κατανοµή των ηλεκτρονίων του ατόµου οξυγόνου (z=8) στη θεµελιώδη κατάσταση παριστάνεται µε τον

συµβολισµό:





( )( ) ( )( ) ( )

α. ↑↓ ↑↓  ↑↓ ↑↓ 1s 2 s  2p





( )( ) ( )( )( )



β. ↑↓ ↑↓  ↑↓ ↑ ↑   1s 2 s  2p



( )( ) ( )( )( )



γ. ↑↓ ↑  ↑↑ ↑↑ ↑   1s 2 s  2p (ΟΕΦΕ 2005/Μον. 3) 40. Στο ιόν 26Fe+2 ο αριθµός των ηλεκτρονίων στην υποστιβάδα 3d και στη θεµελιώδη κατάσταση είναι: α. 2

β. 5

γ. 3

δ. 6 (OΕΦΕ 2005/Μον.3)

41. Πόσα ηλεκτρόνια µπορούν να υπάρχουν σ’ ένα άτοµο, τα οποία να έχουν: α. n=4 , ℓ=3

β. n=5 , ℓ=1 γ. n=5 ℓ=2 , mℓ=3 δ. n=2 , mℓ=0 ε. n=2 , ms=+1/2 (OΕΦΕ 2006/Μον.5)

42. Ποια από τις παρακάτω ηλεκτρονιακές δοµές αντιστοιχούν στη θεµελιώδη κατάσταση του ατόµου 25Μn; α. K(2)L(8)M(8)N(7)

β. K(2)L(8)M(13)N(2)

γ. K(2)L(8)M(15)

δ. K(2)L(8)M(14)N(1). (ΟΕΦΕ 2008/Μον.4)

43. Οι παρακάτω τετράδες κβαντικών αριθµών αντιστοιχούν σε ηλεκτρόνια του ίδιου ατόµου. Ποιο από αυτά έχει την υψηλότερη ενέργεια;

 

1 2

α.  2,1, 0, 

70

 

1 2

β.  3,1, 0, 

 

1 2

γ.  3, 2, −2, − 

 

1 2

δ.  4, 0, 0, 

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

(ΟΕΦΕ 2010/Μον. 5) 44. Στοιχείο Χ βρίσκεται στη θεµελιώδη κατάσταση. Στο άτοµό του το άθροισµα των κβαντικών αριθµών ms των ηλεκτρονίων του ισούται µε τρία (3). Ο µικρότερος ατοµικός αριθµός που αντιστοιχεί σε τέτοιο στοιχείο είναι ο: α. 7

β. 24

γ. 26

δ. 62 (ΟΕΦΕ 2010/Μον. 5)

45. Ένα ηλεκτρόνιο που ανήκει σε τροχιακό της 2p υποστιβάδας είναι δυνατόν να έχει την εξής τετράδα κβαντικών αριθµών (n, ℓ, mℓ, ms):

 

a.  2,1, − 1, +

1 1 1 1     . β.  2, 2,1, +  . γ.  2, 0, 0, −  . δ.  3,1,1, +  .

2 2 2 2    (Εσπ. 2010/Μον. 5)

46. Η ηλεκτρονιακή δοµή, στη θεµελιώδη κατάσταση, της εξωτερικής στιβάδας του 7Ν είναι: 2s

2px

2py

2pz

α.

↑↓

↑

↑

↓

β.

↑↓

↑

↑

↑

γ.

↑↓

↑

↓

↑

δ.

↑↓

↑↓

↑ (2010/Μον. 5)

47. Ποιος είναι ο µέγιστος αριθµός ηλεκτρονίων που µπορεί να περιέχει η υποστιβάδα p; α. 3

β. 6

γ. 10

δ. 14 (Οµογ. 2010/Μον. 5)

48. Το στοιχείο που περιέχει στη θεµελιώδη κατάσταση τρία ηλεκτρόνια στην 2p υποστιβάδα έχει ατοµικό αριθµό: α. 5

β. 7

γ. 9

δ. 15 (2011/Μον. 5)

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

71

ΘΕΜΑ 2ο

1. Ποια από τις παρακάτω υποστιβάδες έχει τη χαµηλότερη ενέργεια; α. 2s β. 3s γ. 2p δ. 1s (Εσπ.2001/Μον. 4) 2+

2. Να γράψετε την ηλεκτρονιακή δοµή, σε υποστιβάδες, του ιόντος 26Fe . Να γράψετε τις τετράδες των κβαντικών αριθµών των ηλεκτρονίων της εξωτερικής στιβάδας του ατόµου 26Fe στη θεµελιώδη κατάσταση. (Εσπ. 2002/Μον. 4+4) 3. Να αιτιολογήσετε την πρόταση: Σε κάθε τροχιακό δεν µπορούµε να έχουµε περισσότερα από 2 ηλεκτρόνια.

(2010/Μον. 2) 4. ∆ίνονται τα άτοµα/ιόντα: 12Mg2+, 15P, 19K, 26Fe2+. a. Να γράψετε τις ηλεκτρονιακές δοµές τους (κατανοµή ηλεκτρονίων σε υποστιβάδες). β. Να γράψετε τον αριθµό των µονήρων ηλεκτρονίων που περιέχει καθένα από τα άτοµα/ιόντα: 15P, 2+ 19K, 26Fe .

(2011/Μον. 4+3)

72

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

1.5 ΠΕΡΙΟ∆ΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ - ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΜΕΤΑΠΤΩΣΗΣ

ΠΕΡΙΟ∆ΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ Είναι: Ένας πίνακας που περιλαµβάνει όλα τα στοιχεία κατά αύξοντα ατοµικό αριθµό Στηρίζεται: στο νόµο περιοδικότητας του Moseley «η χηµική συµπεριφορά των στοιχείων είναι περιοδική συνάρτηση του ατοµικού τους αριθµού» Αποτελείται: Από 7 γραµµές και 18 στήλες και χωρίζεται σε τοµείς, περιόδους και οµάδες. ΠΕΡΙΟ∆ΟΣ Είναι: Η οριζόντια γραµµή του Π.Π. που περιέχει στοιχεία µε ίδιο αριθµό ηλεκτρονιακών στοιβάδων. Υπάρχουν 7 περίοδοι (7 γραµµές) . Ο αριθµός της ταυτίζεται µε:

Τον αριθµό των στιβάδων που έχουν χρησιµοποιηθεί για τη

ηλεκτρονιακή δόµηση του ατόµου ενός στοιχείου. Για παράδειγµα το άζωτο (7N: 1s2 2s2 2p3 ) ανήκει στη 2η περίοδο επειδή έχει τα ηλεκτρόνια του δοµηµένα σε δύο στιβάδες. ΟΜΑ∆Α Είναι: Η κατακόρυφη στήλη του Π.Π. που περιέχει στοιχεία µε παρόµοιες χηµικές ιδιότητες επειδή διαθέτουν τον ίδιο αριθµό ηλεκτρονίων στην εξωτερική στοιβάδα. Υπάρχουν 18 οµάδες, αφού υπάρχουν 18 στήλες, οι οποίες αριθµούνται είτε µε αραβικούς αριθµούς (1-18 νέα αρίθµηση κατά IUPAC) είτε µε λατινικούς αριθµούς (I έως VIII ευρωπαϊκή παραδοσιακή). ∆ιακρίνονται: Σε κύριες, οι οποίες χαρακτηρίζονται από το λατινικό αριθµό (I έως VIII) και γράµµα Α, και σε δευτερεύουσες οι οποίες χαρακτηρίζονται από το λατινικό αριθµό(I έως VIII) και γράµµα Β. Ο λατινικός αριθµός κύριας οµάδας ταυτίζεται µε: Τον αριθµό των ηλεκτρονίων της εξωτερικής στιβάδας. Το άζωτο (7N: 1s2 2s2 2p3 ) ανήκει στη VA (ή 15) οµάδα επειδή έχει 5 ηλεκτρόνια στην εξωτερική του στιβάδα (n=2) Ονοµασίες κυριότερων οµάδων: αλκάλια :

1η οµάδα ή IA οµάδα ( Το υδρογόνο δεν είναι αλκάλιο αλλά ανήκει στην ΙΑ οµάδα).

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

73

αλκαλικές γαίες : 2η οµάδα ή IIA οµάδα. αλογόνα : ευγενή αέρια :

17η οµάδα ή VIIA οµάδα 18η οµάδα ή VIIIA

οµάδα ή

0 (µηδενική οµάδα). Στην οµάδα αυτή

περιλαµβάνεται το 2Ηe: 1s2 (παρόλο που διαθέτει 2 ηλεκτρόνια στην εξωτερική του στοιβάδα) γιατί εµφανίζει τις ιδιότητες των ευγενών αερίων τα οποία, όπως και το Ηe, έχουν συµπληρωµένη την εξωτερική τους στοιβάδα. Επίσης η IIIΑ οµάδα (13) ονοµάζεται οµάδα του βορίου, η ΙVA οµάδα (14) ονοµάζεται οµάδα του άνθρακα, η VA οµάδα ονοµάζεται οµάδα του αζώτου, και η VIA οµάδα ονοµάζεται οµάδα του θείου. ΤΟΜΕΙΣ Είναι: ένα σύνολο στοιχείων των οποίων τα άτοµα έχουν τα τελευταία τους ηλεκτρόνια (µε τη µεγίστη ενέργεια), στον ίδιο τύπο υποστιβάδας. Ο περιοδικός πίνακας διαιρείται σε τέσσερις τοµείς s, p, d και f. Για παράδειγµα το άζωτο, µε ηλεκτρονιακή δοµή 1s2 2s2 2p3, ανήκει στον τοµέα p, επειδή το τελευταίο του ηλεκτρόνιο (αυτό µε τη µεγαλύτερη ενέργεια) είναι στην υποστιβάδα p . ΤΟΜΕΑΣ s Περιλαµβάνει στοιχεία των οποίων τα άτοµα έχουν τα τελευταία τους ηλεκτρόνια σε υποστιβάδα s. Επειδή η υποστιβάδα s έχει το πολύ δύο ηλεκτρόνια γι’ αυτό και ο τοµέας s έχει δύο κύριες οµάδες, την ΙΑ ( s1 ) και την ΙΙΑ (s2) ΤΟΜΕΑΣ p Περιλαµβάνει στοιχεία των οποίων τα άτοµα έχουν τα τελευταία τους ηλεκτρόνια σε υποστιβάδα p. Η υποστιβάδα p περιέχει το πολύ έξι ηλεκτρόνια γι’ αυτό και ο τοµέας p περιλαµβάνει έξι κύριες οµάδες στοιχείων τις IIIA (p1),

VIA (p2),

VA (p3),

VIA (p4), VIIA (p5), και

VIIIA

(p6) ΤΟΜΕΑΣ d Περιλαµβάνει τα στοιχεία µετάπτωσης στα οποία το τελευταίο ηλεκτρόνιο, κατά την ηλεκτρονιακή δόµηση των ατόµων τους, τοποθετείται σε υποστιβάδα d. Αποτελείται από 10 οµάδες (δευτερεύουσες), γιατί η υποστιβάδα d χωράει 10 ηλεκτρόνια και τρεις περιόδους. Οι οµάδες ονοµάζονται:

74

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

µε βάση τους τοµείς : µε την κλασική αρίθµηση: µε τη νέα αρίθµηση:

d1

d2

ΙΙΙΒ, IVB 3

4

d3…

VB …

5

d 10 IIB

… 12

Οι τρεις περίοδοι καθορίζουν τις τρεις σειρές των στοιχείων µετάπτωσης: 1η σειρά:

στοιχεία 4ης περιόδου πληρώνεται η 3d υποστιβάδα (η υποστιβάδα 4s είναι ήδη

συµπληρωµένη γιατί έχει µικρότερη ενέργεια).

2η σειρά:

στοιχεία 5ης περιόδου πληρώνεται η 4d υποστιβάδα, ενώ η 5s είναι συµπληρωµένη

3η σειρά:

στοιχεία 6ης περιόδου πληρώνεται η 5d υποστιβάδα, ενώ η 6s είναι συµπληρωµένη

Εµφανίζουν κοινές ιδιότητες:αν και ανήκουν σε διαφορετικές οµάδες του Π.Π. Αυτό συµβαίνει, γιατί δεν έχουν συµπληρωµένη την εσωτερική υποστιβάδα d, ενώ η εξωτερική στιβάδα σε όλα σχεδόν αυτά τα στοιχεία παραµένει µε δύο ηλεκτρόνια.

•

Έχουν µεταλλικό χαρακτήρα

•

Σχηµατίζουν σύµπλοκα ιόντα.

•

Σχηµατίζουν έγχρωµες ενώσεις

•

Έχουν πολλούς αριθµούς οξείδωσης. Υπάρχει η άποψη ότι τα στοιχεία Sc και Zn καταχρηστικά

ονοµάζονται στοιχεία µετάπτωσης γιατί δεν έχουν πολλούς αριθµούς οξείδωσης και δεν σχηµατίζουν έγχρωµες ενώσεις.

•

Είναι παραµαγνητικά, δηλαδή έλκονται από το µαγνητικό πεδίο, γιατί έχουν ένα ή περισσότερα

µονήρη ηλεκτρόνια.

•

Έχουν καταλυτική δράση.

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

75

Ηλεκτρονική δοµή της 1η σειράς των στοιχείων µετάπτωσης.

4s

2

2

4s

2

3

4s

2

ή [Ar] 3d

Ti: [Ar]

ή [Ar] 3d

V: [Ar]

ή [Ar] 3d

Cr: [Ar]

ή [Ar] 3d

Mn: [Ar]

ή [Ar] 3d

Fe: [Ar]

ή [Ar] 3d

Co: [Ar]

ή [Ar] 3d

Ni: [Ar]

ή [Ar] 3d

Cu: [Ar] `

ή [Ar] 3d

Zn: [Ar]

ή [Ar] 3d

5

4s

5

4s

6

4s

7

4s

8

4s

10

4s

10

3d

•

1

Sc: [Ar]

1 2 2 2 2

1`

4s

2

4s

Η ηλεκτρονική δοµή του ευγενούς αερίου Ar:1s2 2s2 2p63s2 3p6 είναι ίδια µε την ηλεκτρονική

δοµή των εσωτερικών στοιβάδων όλων των παραπάνω στοιχείων.

•

Σε όλες τις ηλεκτρονικές δοµές γράφουµε πρώτα την 3d και µετά την 4s, παρόλο που η

υποστιβάδα 4s συµπληρώθηκε πρώτη, σύµφωνα µε την αρχή ελάχιστης ενέργειας. Αυτό συµβαίνει επειδή µετά την εισαγωγή ηλεκτρονίων στην υποστιβάδα 3d αυτή αποκτά λιγότερη ενέργεια από την 4s.

•

Τα στοιχεία

Cr και Cu

έχουν ιδιόρρυθµη ηλεκτρονική

διαµόρφωση λόγω της µεγάλης

σταθερότητας( µικρής ενέργειας) που έχουν τα συµπληρωµένα µε 10 ηλεκτρόνια d τροχιακά ( 3d10 ) και ηµισυµπληρωµένa µε 5 ηλεκτρόνια d τροχιακά (3d5). Έτσι η παραπάνω ηλεκτρονική δοµή του Cr είναι µικρότερης ενέργειας από την (Ar) 3d4 4s2 και προτιµάται. Όµοια προτιµάται η παραπάνω ηλεκτρονική δοµή του Cu γιατί έχει µικρότερη ενέργεια από την (Ar) 3d9 4s2.

76

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Προσέξτε:

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

77

•

Ο αριθµός όλων των επιπλέον ηλεκτρονίων που διαθέτουν τα άτοµα των παραπάνω στοιχείων

από τα ηλεκτρόνια που διαθέτει το προηγούµενο ευγενές αέριο (ηλεκτρόνια σθένους), δηλώνει και την οµάδα (σύµφωνα µε τη νέα αρίθµηση) που ανήκει το στοιχείο. Για παράδειγµα το στοιχείο Sc έχει τρία περισσότερα ηλεκτρόνια από το Αr και ανήκει στην 3η οµάδα.

Οµάδα

3

4

5

6

7

8

9

10

11

ΙΙΙΒ

ΙVB

VB

VIB

VIIB

VIIIB VIIIB VIIIB IB

12

Νέα αρίθµηση Οµάδα

IIB

Λατινική αρίθµηση Ηλεκτρονιακή (s2)d1 (s2)d2 ∆οµή

(s2)d3 (s1)d5 (s2)d5 (s2)d6

(s2)d7

(s2)d8

(s1)d10 (s2)d10

d

τροχιακών

ΤΟΜΕΑΣ f Περιλαµβάνει τις λανθανίδες δηλαδή στοιχεία µε ατοµικούς αριθµούς από 57-71 οι οποίες ανήκουν στην 6η περίοδο, και τις ακτινίδες δηλαδή στοιχεία µε ατοµικούς αριθµούς από 89-103 οι οποίες ανήκουν στην 7η περίοδο. Οι λανθανίδες και οι ακτινίδες ανήκουν στην 3η οµάδα του Π.Π. Τα παραπάνω συνοψίζονται στο παρακάτω πίνακα

Ο αριθµός των στιβάδων καθορίζει τον αριθµό της περιόδου Τοµείς

s

p

d

f

ns1, ή ns2

ns2, npx

ns2, (n-l)dx

ns2, (n-2)fx

Αριθµός οµάδων

2

6

10

1

Οµάδες

ΙΑ και ΙΙΑ

ΙΙΙΑ

ή 1η και 2η

VΙΙΙΑ ή 13η

VIIIB

περιοδικού

έως 18η

ή 3η έως 12η

πίνακα

Ηλεκτρονιακή δοµή εξωτερικής στοιβάδας

78

έως

IB

έως

Παράρτηµα

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΠΕΡΙΟ∆ΙΚΗ ΤΑΣΗ ΤΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ Κατά µήκος µιας περιόδου ορισµένες ιδιότητες των στοιχείων και των ενώσεων τους µεταβάλλονται προοδευτικά. Όταν αλλάζουµε περίοδο τα στοιχεία ή οι ενώσεις τους που αντιστοιχούν στην ίδια οµάδα έχουν παραπλήσιες ιδιότητες. Αυτή η περιοδικότητα στις φυσικές και χηµικές ιδιότητες φαίνεται στους παρακάτω πίνακες.

Ι∆ΙΟΤΗΤΕΣ ΧΛΩΡΙ∆ΙΩΝ

2η περίοδος

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

µοριακός τύπος

LiCl

BeCl2

BCl3

CCl4

NCl3

Cl2O

FCl

-

φυσική κατάσταση

στερεό

στερεό

αέριο

υγρό

υγρό

αέριο

αέριο

-

1350

487

12

77

71

2

-101

-

3η περίοδος

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

µοριακός τύπος

NaCl

MgCl2

Al2Cl6

SiCl4

PCl3

, SCl2,

Cl2

-

PCl5

S2Cl2

υγρό,

υγρό,

στερεό

υγρό

74, 164

59, 138

(20 οC) σηµείο βρασµού /ºC

φυσική κατάσταση

στερεό

στερεό

στερεό

υγρό

( 20 ºC ) σηµείο βρασµού

1465

1418

423

57

αέριο

-35

-

/ºC

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

79

Ι∆ΙΟΤΗΤΕΣ ΟΞΕΙ∆ΙΩΝ

2η περίοδος

Li

Be

B

C

N

O

F

Li2O

BeO

B2O3

CO2, CO

N2O, NO…

O2

OF2

βασικός

επαµφ.

όξινος

όξινος

όξινος

-

όξινος

στερεό

στερεό

στερεό

αέριο

αέριο

αέριο

αέριο

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ne

µοριακός τύπος

-

χηµικός χαρακτήρας

-

φυσική κατάσταση

( 20 ºC ) 3η περίοδος

Ar

-

µοριακός τύπος

Na2O

MgO

Al2O3

SiO2

P4O10 , P4O6

SO2,

Cl2O

SO3

χηµικός

βασικός

βασικός επαµφ. όξινος

όξινος

όξινος

όξινος

-

χαρακτήρας

φυσική

στερεό

στερεό

στερεό

στερεό

στερεό

κατάσταση

αέριο

αέριο

-

(υγρό)

( 20 ºC )

Συµπέρασµα: Κατά µήκος µιας περιόδου από αριστερά προς τα δεξιά ελαττώνεται ο αµέταλλος χαρακτήρας των στοιχείων. Έτσι από ετεροπολικά χλωρίδια ή οξείδια µεταβαίνουµε σε οµοιοπολικές ενώσεις κατά συνέπεια από στερεές σε υγρές και στη συνέχεια σε αέριες ενώσεις.

80

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Ειδικά για τα οξείδια από βασικό χαρακτήρα µεταβαίνουµε σε επαµφοτερίζοντα και στη συνέχεια σε όξινο.

ΟΙ ∆ΙΑΦΩΝΙΕΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΠΕΡΙΟ∆ΙΚΟ ΠΙΝΑΚΑ 1. Έχουν προταθεί δύο διαφορετικά συστήµατα αρίθµησης των οµάδων του περιοδικού πίνακα: α) το «Ευρωπαϊκό παραδοσιακό» επίσης µε λατινικούς αριθµούς από Ι έως VIII και β) το σχετικά πρόσφατα προταθέν από την IUPAC, µε αραβικούς αριθµούς από 1 έως 18.

2. Η δεύτερη διαφωνία αφορά τη θέση του υδρογόνου στον περιοδικό πίνακα. Οι περισσότεροι επιστήµονες τοποθετούν το υδρογόνο στην 1η οµάδα (ΙΑ) µαζί µε τα αλκάλια, αφού έχουν ανάλογη ηλεκτρονιακή διαµόρφωση. Ωστόσο, το υδρογόνο είναι αέριο και όχι µέταλλο, συνεπώς η τοποθέτηση του µε τα αλκάλια θεωρείται ανάρµοστη. Έτσι, πολλοί επιστήµονες υποστηρίζουν ότι η σωστή θέση του υδρογόνου είναι έξω από το «κύριο σώµα» του περιοδικού πίνακα, µόνο του, υπό µορφή παραρτήµατος (όπως συµβαίνει µε τις λαναθανίδες) 3. Η τρίτη διαφωνία αφορά το παράρτηµα που βρίσκεται στο κάτω µέρος του περιοδικού πίνακα και αφορά τις λανθανίδες και ακτινίδες. Ορισµένοι ερευνητές υποστηρίζουν ότι η θέση του λανθανίου (La) είναι στο κύριο σώµα του περιοδικού πίνακα (οµάδα 3, περίοδος 6), ενώ άλλοι ότι βρίσκεται στο αριστερό άκρο του παραρτήµατος των λανθανίδων. Οι ίδιες αντιρρήσεις διατυπώνονται για και για το ακτίνιο (Ac). Η ίδια ασυµφωνία δυστυχώς επεκτείνεται και στο άλλο άκρο του παραρτήµατος (το τελευταίο στοιχείο) των λανθανίδων. Ορισµένοι ερευνητές διατείνονται ότι το στοιχείο λουτέτσιο (Lu) θα πρέπει να αποτελεί το δεξιό άκρο του παραρτήµατος των λανθανίδων και ορισµένοι υποστηρίζουν ότι η θέση του είναι στο κύριο σώµα του περιοδικού πίνακα. Το ίδιο ισχύει και για το στοιχείο λωρέντσιο (Lr).

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

81

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ

1. Στον παρακάτω πίνακα δίνεται η ηλεκτρονιακή διαµόρφωση πέντε διαφορετικών στοιχείων. Στοιχείο

Ηλεκτρονιακή δοµή

Α

1s22s22p63s23p1

Β

1s22s22p63s23p3

Γ

1s22s22p63s23p63d54s2

∆

1s22s22p63s23p63d104s24p65s2

Ε

1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6

Να επιλέξετε από τα γράµµατα Α έως Ε αυτό που περιγράφει σωστά το καθένα από τα παρακάτω στοιχεία (το γράµµα µπορεί να χρησιµοποιηθεί µία, περισσότερες ή καµία φορές). α. Ένα ευγενές αέριο.

β. Μια αλκαλική γαία (οµάδα ΙΙΑ).

γ. Ένα στοιχείο του d- τοµέα.

δ. Ένα στοιχείο που σχηµατίζει ανιόν µε φορτίο 3-.

2. Ποιος θα είναι ο µικρότερος ατοµικός αριθµός στοιχείου που έχει: α. Τρία d ηλεκτρόνια δ. Τέσσερα s ηλεκτρόνια.

β. ∆έκα p ηλεκτρόνια.

γ. Πλήρη d υποστιβάδα.

ε. Ένα f ηλεκτρόνιο.

3. Ποιος θα είναι ο ατοµικός αριθµός ενός στοιχείου που βρίσκεται στην ίδια οµάδα του περιοδικού πίνακα µ’ ένα στοιχείο που έχει ατοµικό αριθµό: α. 3

β. 25

γ. 32

δ. 44

ε. 15

4. Γιατί η Τρίτη περίοδος περιέχει οκτώ και όχι δεκαοκτώ στοιχεία;

5. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασµένες: α. Στοιχείο Χ µε ατοµικό αριθµό 56 σχηµατίζει υδρίδιο του τύπου ΧΗ2. β. Στοιχείο Χ µε ατοµικό αριθµό 55 σχηµατίζει οξείδιο του τύπουΧ2Ο. γ. Στοιχείο Χ µε ατοµικό αριθµό 32 σχηµατίζει δύο χλωρίδια µε τύπους XCl2 και XCl4.

82

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

6. Η πρώτη σειρά των στοιχείων µετάπτωσης, στα οποία αρχίζει να συµπληρώνεται µε ηλεκτρόνια η 3d υποστιβάδα, αρχίζει µε τον ατοµικό αριθµό. α. 19

β. 21

γ. 11

δ. 13

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

83

ΑΣΚΗΣΕΙΣ Α. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑΚΗ ∆ΟΜΗ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΜΕΤΑΠΤΩΣΗΣ Παράδειγµα

1. Ποια η ηλεκτρονιακή δοµή του

29Cu;

Με βάση την κατανοµή αυτή να βρεθεί η ηλεκτρονιακή δοµή

των ιόντων Cu+1 και Cu+2;

Λύση Με βάση τις αρχές δόµησης έχουµε: 29Cu

: 1s22s22p63s23p63d94s2.

Όταν η υποστιβάδα d περιέχει 5 ηλεκτρόνια ή είναι συµπληρωµένη µε 10 ηλεκτρόνια τότε το άτοµο παρουσιάζει χαµηλότερη ενέργεια, οπότε έχουµε αυξηµένη σταθερότητα, οπότε τελικά η κατανοµή είναι: 29Cu

:1s22s22p63s23p63d104s1.

Τα ιόντα προκύπτουν αφού αφαιρεθούν ηλεκτρόνια µε την µεγαλύτερη ενέργεια. Έτσι η δοµή των ιόντων είναι: Cu+1:1s22s22p63s23p63d10.

Cu+2: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 3d9.

84

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Β. ΠΡΟΣ∆ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΘΕΣΗΣ ΣΤΟΙΧΕΙΟΥ ΣΤΟΝ ΠΕΡΙΟ∆ΙΚΟ ΠΙΝΑΚΑ Παραδείγµατα

2. Να βρεθεί η θέση (περίοδος, τοµέας, οµάδα) στον Π.Π. για τα στοιχεία

18Αr, 20Ca, 26Fe,35Βr,

63Ευ, 2Ηe.

Λύσn Για τον προσδιορισµό της θέσης ενός στοιχείου στον Π.Π., γράφουµε την ηλεκτρονιακή δοµή του ατόµου του στη θεµελιώδη κατάσταση.

•

Ο αριθµός των στιβάδων που έχουν χρησιµοποιηθεί για την ηλεκτρονιακή

δόµηση του ατόµου του στοιχείου δηλαδή ο µέγιστος κύριος κβαντικός αριθµός (nmax ) καθορίζει την περίοδο του Π.Π., στην οποία βρίσκεται το στοιχείο.

•

Το είδος της υποστιβάδας (s, p. d ή f) στην οποία τοποθετείται το

τελευταίο ηλεκτρόνιο, καθορίζει τον τοµέα του Π.Π. .

•

Για να προσδιοριστεί η οµάδα του Π.Π. στην οποία βρίσκεται το στοιχείο,

ακολουθείται η εξής διαδικασία: Εάν το στοιχείο βρίσκεται σε τοµέα s ή p τότε ο αριθµός των ηλεκτρονίων της εξωτερικής στιβάδας ταυτίζεται µε τον λατινικό αριθµό της κύριας οµάδας (Α). Εάν το στοιχείο βρίσκεται σε τοµέα d τότε ο αριθµός όλων των επιπλέον ηλεκτρονίων που διαθέτει παραπάνω από τα ηλεκτρόνια που έχει το προηγούµενο ευγενές αέριο (ηλεκτρόνια σθένους), δηλώνει και την οµάδα (σύµφωνα µε τη νέα αρίθµηση µε αραβικούς αριθµούς) που ανήκει το στοιχείο. Στα ηλεκτρόνια αυτά δεν προσµετρούνται όσα βρίσκονται σε f τροχιακά. Εάν το στοιχείο βρίσκεται σε τοµέα f τότε ανήκει στην 3η οµάδα του Π.Π. (σύµφωνα µε τη νέα αρίθµηση µε αραβικούς αριθµούς).

18Αr:

1s22s22p63s23p6

nmax = 3 άρα ανήκει στη 3η περίοδο. Τελευταίο ηλεκτρόνιο σε υποστιβάδα p άρα ανήκει στο τοµέα p

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

85

∆ιαθέτει 8 ηλεκτρόνια στην εξωτερική στιβάδα (και ανήκει στον τοµέα p) άρα ανήκει στη VΙΙΙΑ (18η) οµάδα.

20Ca:

1s22s22p63s23p6 4s2

nmax =4 άρα ανήκει στη 4η περίοδο. Τελευταίο ηλεκτρόνιο σε υποστιβάδα s άρα ανήκει στο τοµέα s. ∆ιαθέτει 2 ηλεκτρόνια στην εξωτερική στιβάδα άρα ανήκει στη ΙΙΑ (2η) οµάδα.

26Fe:

1s22s22p63s23p63d64s2

nmax = 4 άρα ανήκει στη 4η περίοδο. Τελευταίο ηλεκτρόνιο σε υποστιβάδα d άρα ανήκει στο τοµέα d. ∆ιαθέτει 8 ηλεκτρόνια επιπλέον σε σχέση µε το προηγούµενο ευγενές αέριο (και ανήκει στον τοµέα d) άρα ανήκει στη 8η οµάδα.

35Βr:

1s22s22p63s23p63d64s24ρ5

nmax =4 άρα ανήκει στη 4η περίοδο. Τελευταίο ηλεκτρόνιο σε υποστιβάδα p άρα ανήκει στο τοµέα p. ∆ιαθέτει 7 ηλεκτρόνια στην εξωτερική στιβάδα (και ανήκει στον τοµέα p) άρα ανήκει στη VΙΙΑ (17η) οµάδα.

63Ευ:

1s22s22p63s23p63d64s24ρ6 4d10 5s2 5ρ6 6s2 4f7

nmax = 6 άρα ανήκει στη 6η περίοδο. Τελευταίο ηλεκτρόνιο σε υποστιβάδα f άρα ανήκει στο τοµέα f. Επειδή το στοιχείο βρίσκεται στο τοµέα f ανήκει στη 3η οµάδα.

2Ηe:

1s2

nmax = 1 άρα ανήκει στη 1η περίοδο. Τελευταίο ηλεκτρόνιο σε υποστιβάδα s άρα ανήκει στο τοµέας s.

86

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Θα περιµέναµε το ήλιο να βρίσκεται στη IIA οµάδα. Όµως βρίσκεται στη VIIIA (184) οµάδα αφού παρουσιάζει ανάλογες ιδιότητες µε τα στοιχεία αυτής της οµάδας (ευγενή αέρια) επειδή έχει συµπληρωµένη την εξωτερική του στιβάδα.

3. Να βρεθεί η ηλεκτρονιακή δοµή και ο ατοµικός αριθµός: a. Του στοιχείου που βρίσκεται στην 5η περίοδο και ΙΑ οµάδα β. του στοιχείου που βρίσκεται στη 2η περίοδο και VΙΑ οµάδα γ. του δεύτερου αλογόνου δ. του τέταρτου ευγενούς αερίου ε. του δεύτερου στοιχείου της 7ης οµάδας.

Λύση α. Αφού ανήκει στη 5η περίοδο σηµαίνει ότι διαθέτει 5 στιβάδες ή nmax = 5 Αφού ανήκει στη ΙΑ οµάδα σηµαίνει ότι διαθέτει 1 ηλεκτρόνιο στην εξωτερική στιβάδα. Συνεπώς η υποστιβάδα στην οποία τοποθετήθηκε το τελευταίο ηλεκτρόνιο είναι η 5s

1

(σε κάθε στιβάδα τα s

τροχιακά έχουν την χαµηλότερη ενέργεια και συµπληρώνονται πρώτα) και έχει ηλεκτρονιακή δοµή: 1s22s22p63s23p63d104s24ρ6 5s1 µε Ζ=37 Το παραπάνω στοιχείο είναι το τέταρτο αλκάλιο, αφού όπως γνωρίζουµε η οµάδα των αλκαλίων αρχίζει από τη 2η περίοδο. To στοιχείο υδρογόνο ανήκει στην IA οµάδα αλλά δεν είναι αλκάλιο.

β. Αφού ανήκει στη 2η περίοδο σηµαίνει ότι διαθέτει 2 στιβάδες ή nmax = 2 Αφού ανήκει στη V ΙΑ οµάδα σηµαίνει ότι διαθέτει 6 ηλεκτρόνια στην εξωτερική στιβάδα (2s22p4 γιατί σε κάθε στιβάδα τα s τροχιακά έχουν την χαµηλότερη ενέργεια και συµπληρώνονται πριν τα p ), και έχει ηλεκτρονιακή δοµή: 1s22s22p4 µε Ζ=8

γ. Η οµάδα των αλογόνων είναι η VIIA οµάδα. Άρα τα αλογόνα διαθέτουν 7 ηλεκτρόνια στην εξωτερική στιβάδα έχουν δοµή (ns2 np5 ) και το πρώτο ανήκει στη 2η περίοδο. Άρα το δεύτερο αλογόνο βρίσκεται στην 3η περίοδο δηλαδή διαθέτει 3 στιβάδες ή nmax = 3 και έχει ηλεκτρονιακή δοµή: 1s22s22p63s23p5 µε Ζ=17

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

87

δ. Η οµάδα των ευγενών αερίων αρχίζει από την 1n περίοδο. Άρα το τέταρτο ευγενές αέριο βρίσκεται στην 4η περίοδο και VIIΙA οµάδα. Αφού ανήκει στη 4η περίοδο σηµαίνει ότι διαθέτει 4 στιβάδες ή nmax = 4 Αφού ανήκει στη VIIΙA οµάδα σηµαίνει ότι διαθέτει 8 ηλεκτρόνια στην εξωτερική στιβάδα (4s2 4p6 ) και έχει ηλεκτρονιακή δοµή: 1s22s22p63s23p63d104s24ρ6 µε Ζ=36

ε. Η 7η οµάδα ανήκει στον τοµέα d o οποίος αρχίζει από την 4η περίοδο. Συνεπώς το δεύτερο στοιχείο της 7ης οµάδας ανήκει στην 5η περίοδο. Αφού ανήκει στη 5η περίοδο σηµαίνει ότι διαθέτει 5 στιβάδες ή nmax = 5 Αφού ανήκει στη VIΙΒ οµάδα σηµαίνει ότι διαθέτει 7 ηλεκτρόνια επιπλέον σε σχέση µε το προηγούµενο ευγενές αέριο

(της 4ης περιόδου, 1s22s22p63s23p63d64s24ρ6) δηλαδή έχει

ηλεκτρονιακή δοµή: 1s22s22p63s23p63d64s24ρ6 4d5 5s2 µε Ζ=43

4. Να προσδιοριστεί ο ατοµικός αριθµός και η ηλεκτρονιακή δοµή (θεµελιώδης κατάσταση) του στοιχείου που βρίσκεται στον Π.Π. ακριβώς κάτω από το στοιχείο µε ατοµικό αριθµό Ζ=15.

Λύση Η ηλεκτρονιακή δοµή του στοιχείου µε Ζ=15 είναι: 1s22s22p63s23p3 οπότε έχει 5 ηλεκτρόνια στην εξωτερική στιβάδα και ανήκει στην VA οµάδα και στην 3η περίοδο. Το στοιχείο που τοποθετείται ακριβώς κάτω από το στοιχείο µε Ζ=15, βρίσκεται στην επόµενη περίοδο (4η περίοδος) και στην ίδια οµάδα (VA οµάδα). Η ηλεκτρονιακή του δοµή είναι: 1s22s22p63s23p63d104s24ρ3 µε Ζ=33

5. Να βρεθεί η οµάδα του Π.Π. στην οποία µπορεί να ανήκει το στοιχείο Α, το άτοµο του οποίου διαθέτει 3 µονήρη ηλεκτρόνια στη θεµελιώδη του κατάσταση και βρίσκεται στις πέντε πρώτες περιόδους του Π.Π.

Λύση Αφού το άτοµο του στοιχείου Α στη θεµελιώδη κατάσταση έχει 3 µονήρη ηλεκτρόνια αυτά βρίσκονται σε p ή d υποστιβάδα (οι f υποστιβάδες βρίσκονται στην 6η και 7η περίοδο) :

88

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

θα

↑

↑

↑

d3 . Η ηλεκτρονιακή δοµή της εξωτερικής στιβάδας είναι: (n-1)d3 ns2 οπότε

διαθέτει 5 ηλεκτρόνια παραπάνω από το προηγούµενο ευγενές αέριο και ανήκει στον τοµέα d δηλαδή ανήκει στην 5η οµάδα

↑

↑

↑

p3 . Η ηλεκτρονιακή δοµή της εξωτερικής στιβάδας είναι: ns2 np3 και ανήκει στο τοµέα

p δηλαδή ανήκει στην VΑ (15η) οµάδα.

↑↓

↑↓ ↑ ↑ ↑ d7. Η ηλεκτρονιακή δοµή της εξωτερικής στιβάδας είναι: (n-1)d7 ns2 οπότε

διαθέτει 9 ηλεκτρόνια παραπάνω από το προηγούµενο ευγενές αέριο και ανήκει στον τοµέα d δηλαδή ανήκει στην 9η οµάδα

6. Το κατιόν Α3+ έχει ηλεκτρονιακή δοµή: 1s22s22p63s23p6. Να βρεθεί η θέση του στοιχείου Α στον Π.Π.

Λύση

Προσοχή: Η θέση ενός στοιχείου στον Π.Π. βρίσκεται από την ηλεκτρονιακή δοµή του ουδέτερου ατόµου του στοιχείου στη θεµελιώδη κατάσταση.

a. Το ουδέτερο άτοµο του στοιχείου Α έχει τρία ηλεκτρόνια περισσότερα από το κατιόν Α3+. Συνεπώς η ηλεκτρονιακή δοµή του ατόµου του στοιχείου Α στη θεµελιώδη κατάσταση είναι: 21Α:

1s22s22p63s23p63d14s2

nmax =4 άρα ανήκει στη 4η περίοδο. Τελευταίο ηλεκτρόνιο σε υποστιβάδα d σηµαίνει ότι ανήκει στο τοµέα d. Επειδή διαθέτει 3 ηλεκτρόνια επιπλέον σε σχέση µε το προηγούµενο ευγενές αέριο (1s22s22p63s23p6 ) ανήκει στη 3η οµάδα.

7. ∆ύο στοιχεία Σ1 και Σ2 των οποίων οι ατοµικοί αριθµοί Z1 και Ζ2 (Ζ2 > Z1) διαφέρουν κατά 1 βρίσκονται σε διαφορετικές περιόδους του Π.Π. Να βρείτε τις οµάδες του Π.Π. στις οποίες ανήκουν τα στοιχεία Σ1 και Σ2.

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

89

Λύση Αφού µε προσθήκη ενός πρωτονίου το στοιχείο Σ2 βρίσκεται σε διαφορετική περίοδο από το Σ1, το Σ1 είναι το τελευταίο στοιχείο της περιόδου, ανήκει λοιπόν στην 18η (VΙΙΙΑ) οµάδα, ενώ το Σ2 στην 1η (IA) οµάδα του Π.Π.

90

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΡΟΣ ΛΥΣΗ

1. Σε ποια περίοδο και ποια οµάδα ανήκουν τα στοιχεία που έχουν τους παρακάτω ατοµικούς αριθµούς: α. 78

β. 105

γ. 56

δ. 13

ε. 24

2. Βρείτε την οµάδα στην οποία ανήκει στοιχείο που αποτελείται από άτοµα στα οποία το τελευταίο ηλεκτρόνιο, α. Τοποθετείται αλλά δεν συµπληρώνει µια s υπστιβάδα. β. Είναι το πρώτο που τοποθετείται σε µια d υποστιβάδα. γ. Τοποθετείται και συµπληρώνει µια p υποστιβάδα. δ. Ηµισυµπληρώνει µια d υποστιβάδα. ε. Τοποθετείται και συµπληρώνει µια s υποστιβάδα.

3. Να βρείτε σε ποια θέση στον Π.Π. (τοµέας, περίοδος, οµάδα) ανήκουν τα επόµενα χηµικά στοιχεία, για τα οποία δίνεται η ηλεκτρονιακή δοµή των ατόµων τους στη θεµελιώδη κατάσταση. α. [Ne]3s23p5

β. [Xe]6s2

ε. [Xe]4f76s2

στ. [Kr]4d105s25p1

η. [Xe]4f145d106s1

θ. 1s2

γ. [Νe]3s1

δ. [Ar]3d54s2

ζ. [Rn]6d17s2 ι. [Xe]4f145d106s26p2

4. Με βάση την ηλεκτρονιακή δοµή των ατόµων τους να προσδιορίσετε σε ποιον τοµέα, σε ποια περίοδο και σε ποια οµάδα του Π.Π. ανήκουν τα επόµενα χηµικά στοιχεία: 7Ν, 12Mg, 16S, 23V,

25Mn,

29Cu, 33As,

37Rb,

48Cd,

50Sn,

63Eu,

83Pb

5. Να απαντήσετε στα παρακάτω ερωτήµατα: α. Ποια από τα επόµενα χηµικά στοιχεία ανήκουν στα στοιχεία µετάπτωσης; 15P, 19K, 22Ti, 25Mn, 28Ni, 29Cu, 31Ga, 35Br, 40Zr, 47Ag, 76Os, 80Hg

β. Σε ποια οµάδα του Π.Π. και σε ποια σειρά στοιχείων µετάπτωσης ανήκει καθένα από τα στοιχεία αυτά; γ. Γιατί τα στοιχεία µετάπτωσης παρουσιάζουν πολλές κοινές ιδιότητες;

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

91

6. Να υπολογίσετε τους ατοµικούς αριθµούς και να γράψετε την ηλεκτρονιακή δοµή των ατόµων στη θεµελιώδη κατάσταση για τα επόµενα χηµικά στοιχεία: α. Το πρώτο στοιχείο από τα ευγενή αέρια. β. Το τρίτο στοιχείο από τα αλκάλια. γ. Το δεύτερο στοιχείο από τα αλογόνα. δ. Το τέταρτο στοιχείο από τα ευγενή αέρια. ε. Το πρώτο στοιχείο από τα αλκάλια. στ. Το τρίτο στοιχείο από τις αλκαλικές γαίες. ζ. Το πρώτο από τα στοιχεία µετάπτωσης. η. Το δεύτερο στοιχείο της οµάδας του άνθρακα. θ. το πρώτο στοιχείο της 9ης οµάδας. ι. Το τρίτο στοιχείο της 1ης σειράς των στοιχείων µετάπτωσης. ια. Το τελευταίο στοιχείο από τα αλκάλια. ιβ. Το προτελευταίο στοιχείο της 1ης σειράς των στοιχείων µετάπτωσης. ιγ. Το δεύτερο στοιχείο της 2ης σειράς των στοιχείων µετάπτωσης. ιδ. Το τελευταίο στοιχείο της 3ης σειράς των στοιχείων µετάπτωσης.

7. ∆ίνονται οι ηλεκτρονιακές δοµές των παρακάτω ατόµων: Α: [He]2s12p5 ∆: [Kr]4d105s25p1

B: [Ar]3d104s24p5 E: [Ar]5d54s1

Γ: [Ne]3s23p24s1 Z: [Xe]4f106s2

α. Ποιες από τις δοµές αυτές αντιστοιχούν σε διεγερµένα άτοµα; Να γραφούν οι αντίστοιχες δοµές στη θεµελιώδη κατάσταση. β. Σε ποια οµάδα, σε ποια περίοδο και σε ποιον τοµέα του Π.Π. ανήκουν τα χηµικά στοιχεία Α έως Ζ;

8. Να βρείτε σε ποια θέση στον Π.Π. (τοµέας, οµάδα, περίοδος) ανήκουν τα επόµενα χηµικά στοιχεία, για τα οποία γνωρίζουµε την ηλεκτρονιακή δοµή των ιόντων τους στη θεµελιώδη κατάσταση: α. Α-: 1s22s22p6 ε. Ε2-: [Kr]

92

β. Β3+: 1s22s22p6

γ. Γ3+: 1s22s22p63s23p6

στ. Ζ3+: 1s22s22p63s23p63d5

δ. ∆2+: 1s22s22p63s23p63d8

ζ. Θ3+: [Xe]4f6

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

9. Τα χηµικά στοιχεία Α, Β και Γ έχουν ατοµικούς αριθµούς v, v + 1 και v + 2 αντίστοιχα. Το χηµικό στοιχείο Β είναι ευγενές αέριο. α. Σε ποια οµάδα του Π.Π. ανήκουν τα χηµικά στοιχεία Α και Γ; β. Να εξηγήσετε αν τα οξείδια των χηµικών στοιχείων Α και Γ είναι ιοντικές ή οµοιοπολικές ενώσεις. γ. Να εξετάσετε πως αντιδρά το οξείδιο του χηµικού στοιχείου Γ µε Η2Ο, διάλυµα HCl και διάλυµα NaOH.

10. Να προσδιορίσετε τον ατοµικό αριθµό και τη θέση που βρίσκονται στον Π.Π. τα επόµενα χηµικά στοιχεία, για το κάθε άτοµο των οποίων, στη θεµελιώδη κατάσταση, ισχύει ότι: α. 4 ηλεκτρόνια µε n = 3. γ. 11 ηλεκτρόνια σε τροχιακά µε l = 1. ε. 2 ηλεκτρόνια µε n = 4 και l = 2.

β. 3 ηλεκτρόνια µε n = 2 και l = 1. δ. 14 ηλεκτρόνια µε n = 3. στ. 5 µονήρη ηλεκτρόνια στη στιβάδα Μ.

Ποια από τα στοιχεία αυτά είναι στοιχεία µετάπτωσης;

11. Σε ποια οµάδα του Π.Π. είναι δυνατόν να ανήκουν τα επόµενα χηµικά στοιχεία; α. Σ1: ανήκει στη δεύτερη περίοδο και το άτοµό του στη θεµελιώδη κατάσταση έχει 2 µονήρη ηλεκτρόνια. β. Σ2: ανήκει στη τρίτη περίοδο και το άτοµό του στη θεµελιώδη κατάσταση έχει 3 µονήρη ηλεκτρόνια. γ. Σ3: ανήκει στην πρώτη σειρά των στοιχείων µετάπτωσης και το άτοµο του στη θεµελιώδη κατάσταση έχει 2 µονήρη ηλεκτρόνια. δ. Σ4: ανήκει σε κύρια οµάδα (Α) του Π.Π. και το άτοµό του στη θεµελιώδη κατάσταση έχει δύο ζεύγη ηλεκτρονίων στην εξωτερική στιβάδα. ε. Σ5: ανήκει στη τέταρτη περίοδο και το άτοµό του στη θεµελιώδη κατάσταση έχει τρία ηλεκτρόνια στην υποστιβάδα που συµπληρώνεται τελευταία. στ. Σ6: ανήκει σε κύρια οµάδα (Α) και στο άτοµό του στη θεµελιώδη κατάσταση ο αριθµός των ηλεκτρονίων της εξωτερικής στιβάδας δεν συµπίπτει µε τον αριθµό της οµάδας (Α) στην οποία ανήκει.

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

93

ζ. Σ7: ανήκει στην πρώτη σειρά των στοιχείων µετάπτωσης και το ιόν Σ 7+ δεν έχει µονήρη ηλεκτρόνια.

12. Το άτοµο ενός χηµικού στοιχείου Σ στη θεµελιώδη κατάσταση έχει πλήρως συµπληρωµένα όλα τα τροχιακά της στιβάδας Μ και έχει δύο ηλεκτρόνια στη στιβάδα Ν. α. Ποιος είναι ο ατοµικός αριθµός του χηµικού στοιχείου Σ; Σε ποια οµάδα και σε ποιον τοµέα του Π.Π. ανήκει; β. Πόσα ηλεκτρόνια έχει το άτοµο του χηµικού στοιχείου Σ στη θεµελιώδη κατάσταση τα οποία έχουν: i) ml = 0;

ii) ml = -1;

iii) ml = +2;

γ. Ποιο είναι στο σταθερότερο κατιόν που σχηµατίζει το χηµικό στοιχείο Σ; δ. Να υπολογίσετε τους ατοµικούς αριθµούς των επόµενων χηµικών στοιχείων: i) Το στοιχείο Σ1 είναι το επόµενο στοιχείο που ανήκει στην ίδια οµάδα µε το χηµικό στοιχείο Σ. ii) Το χηµικό στοιχείο Σ2 ανήκει στην ίδια περίοδο µε το χηµικό στοιχείο Σ και στην οµάδα του άνθρακα. iii) Το χηµικό στοιχείο Σ3 ανήκει στην ίδια περίοδο και στον ίδιο τοµέα µε το χηµικό στοιχείο Σ και έχει έναν µόνο αριθµό οξείδωσης.

13. Το άτοµο ενός χηµικού στοιχείου Σ στη θεµελιώδη κατάσταση έχει πλήρως συµπληρωµένες µόνο τις στιβάδες Κ και L, ενώ το άθροισµα των κβαντικών αριθµών spin όλων των ηλεκτρονίων του είναι

5 .

2 α. Ποιος είναι ο ατοµικός αριθµός του χηµικού στοιχείου Σ; Πόσα από τα ηλεκτρόνια του ατόµου του χηµικού στοιχείου Σ στη θεµελιώδη κατάσταση έχουν: i) ml = +1;

ii)ml = -2;

β. Σε ποια οµάδα και σε ποια περίοδο του Π.Π. ανήκει το χηµικό στοιχείο Σ; Να αναφέρετε τρεις χηµικές ιδιότητες που έχει το χηµικό στοιχείο Σ. γ. Να υπολογίσετε τον ατοµικό αριθµό του χηµικού στοιχείου που ανήκει στην ίδια περίοδο µε το χηµικό στοιχείο Σ και είναι: i) το δραστικότερο µέταλλο. ii) το δραστικότερο αµέταλλο.

iii) ευγενές αέριο.

94

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

14. Το χηµικό στοιχείο Α ανήκει στην Τρίτη περίοδο του Π.Π. και το άτοµό του στη θεµελιώδη κατάσταση έχει δύο µονήρη ηλεκτρόνια. α. Ποιοι είναι οι δυνατοί ατοµικοί αριθµοί του χηµικού στοιχείο Α; β. Το χηµικό στοιχείο Α παρουσιάζει παρόµοιες χηµικές ιδιότητες µε το 34Se. Ποιος είναι ο ατοµικός αριθµός του χηµικού στοιχείου Α; γ. Το χηµικό στοιχείο Α σχηµατίζει οξείδιο µε µοριακό τύπο ΑΟ3. Να γράψετε τις χηµικές εξισώσεις των αντιδράσεων του οξειδίου ΑΟ3 µε νερό, διάλυµα HCl και ΝαΟΗ.

15. Για το χηµικό στοιχείο Α υπάρχουν τα εξής δεδοµένα: Ι. Ανήκει στην 3η περίοδο του Π.Π. ΙΙ. Σχηµατίζει οξείδιο µε χηµικό τύπο ΑΟ, το οποίο είναι ιοντική ένωση. α. Ποιος είναι ο ατοµικός αριθµός του χηµικού στοιχείου Α; Ποια είναι η ηλεκτρονιακή δοµή του ατόµου του στη θεµελιώδη κατάσταση; β. Να γράψετε τις χηµικές εξισώσεις των αντιδράσεων του οξειδίου ΑΟ µε τα αντιδραστήρια Η2Ο, HCl και NaOH. γ. Να υπολογίσετε τους ατοµικούς αριθµούς των επόµενων χηµικών στοιχείων: i) Το χηµικό στοιχείο Β είναι το επόµενο στοιχείο της οµάδας στην οποία ανήκει το χηµικό στοιχείο Α. ii) Το χηµικό στοιχείο Γ ανήκει στην ίδια περίοδο µε το Α και είναι το δραστικότερο αµέταλλο της περιόδου του.

16. Τα χηµικά στοιχεία Α, Β και Γ ανήκουν στην ίδια περίοδο του Π.Π. Το κατιόν Α2+ έχει ίδια ηλεκτρονιακή δοµή µε το άτοµο του τρίτου στοιχείου από τα ευγενή αέρια. Το άτοµο του χηµικού στοιχείου Β στη θεµελιώδη κατάσταση έχει 4 µονήρη ηλεκτρόνια. Το χηµικό στοιχείο Γ είναι το δραστικότερο αµέταλλο της περιόδου. α. Να υπολογίσετε ους ατοµικούς αριθµούς των χηµικών στοιχείων Α, Β και Γ και να προσδιορίσετε τη θέση τους στον Π.Π. β. Πόσα ηλεκτρόνια από το άτοµο του χηµικού στοιχείου Α στη θεµελιώδη κατάσταση έχουν: i) ms = −

1 ; 2

ii) ml = -1;

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

95

γ. Ποιο από τα χηµικά στοιχεία Α, Β και Γ: i) Σχηµατίζει έγχρωµες ενώσεις και σύµπλοκα ιόντα; ii) Σχηµατίζει το πιο βασικό οξείδιο; iii) Είναι ηλεκτραρνητικό στοιχείο;

17. Για τα χηµικά στοιχεία Α, Β και Γ υπάρχουν τα εξής δεδοµένα: Ι. Είναι στοιχεία της τρίτης περιόδου του Π.Π. ΙΙ. Το χηµικό στοιχείο Β ανήκει στον τοµέα s και το άτοµό του στη θεµελιώδη κατάσταση έχει ένα µονήρες ηλεκτρόνιο. ΙΙΙ. Το χηµικό στοιχείο Α ανήκει στα αλογόνα, ενώ το χηµικό στοιχείο Γ σχηµατίζει οξείδιο µε µοριακό τύπο ΓΟ3, το οποίο χαρακτηρίζεται ως όξινο. α. Σε ποια οµάδα ανήκει καθένα από τα χηµικά στοιχεία Α, Β και Γ και ποιος είναι ο ατοµικός αριθµός του; β. Πόσα µονήρη ηλεκτρόνια διαθέτουν τα άτοµα των χηµικών στοιχείων Α και Γ στη θεµελιώδη κατάσταση; γ. Ποιο από τα χηµικά στοιχεία Α. Β και Γ έχει ισχυρότερο µεταλλικό χαρακτήρα και ποιο είναι δραστικότερο αµέταλλο; δ. Το χηµικό στοιχείο Β σχηµατίζει οξείδιο µε χηµικό τύπο Β2Ο. Να γράψετε τις χηµικές εξισώσεις των αντιδράσεων του οξειδίου αυτού µε νερό, διάλυµα H2SO4 και διάλυµα ΚΟΗ.

18. Ποιος είναι ο ελάχιστος ατοµικός αριθµός στοιχείου που έχει 5 ηλεκτρόνια σε d τροχιακό.

19. Να γράψετε την ηλεκτρονιακή δοµή σε υποστιβάδες και σε στιβάδες για τα επόµενα στη θεµελιώδη κατάσταση:

24Cr, 29Cu,

+ 29Cu .

20. Ποιος είναι ο ελάχιστος ατοµικός αριθµός του χηµικού στοιχείου, το άτοµο του οποίου στη θεµελιώδη κατάσταση έχει συµπληρωµένη πλήρως d υποστιβάδα; 21. Να υπολογίσετε τους δυνατούς ατοµικούς αριθµούς των χηµικών στοιχείων, τα άτοµα των οποίων στη θεµελιώδη κατάσταση διαθέτουν: a. 7 ηλεκτρόνια σε s ατοµικά χηµικά.

96

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ

∆ΟΜΗ ΠΕΡΙΟ∆ΙΚΟΥ ΠΙΝΑΚΑ ΘΕΜΑ 1ο 1. Σωστό - Λάθος α. Στοιχεία µετάπτωσης είναι τα στοιχεία που καταλαµβάνουν τον τοµέα d του περιοδικού πίνακα.

(2003/Μον. 2) β. Ο αριθµός των ηλεκτρονίων της εξωτερικής στιβάδας ενός στοιχείου καθορίζει τον αριθµό της περιόδου, στην οποία ανήκει το στοιχείο.

(2006/Μον. 1) 2 γ. Στοιχείο που βρίσκεται στη θεµελιώδη κατάσταση και έχει ηλεκτρονιακή δοµή 1s 2s22p3 , ανήκει στην οµάδα 13 (ΙΙΙΑ) του Περιοδικού Πίνακα.

(2004/Μον. 1) 2 δ. Η ηλεκτρονιακή δοµή της εξωτερικής στιβάδας όλων των ευγενών αερίων είναι ns np6. (Επαν.2007/Μον. 1) ε. Ένα χηµικό στοιχείο ανήκει στον τοµέα s, όταν είναι συµπληρωµένες όλες οι s υποστιβάδες του. (Επαν. 2008/Μον. 1) ζ. Κάθε στοιχείο στη θεµελιώδη κατάσταση, που το άτοµο διαθέτει 1 µονήρες ηλεκτρόνιο στην p υποστοιβάδα της εξωτερικής του στοιβάδας, θα ανήκει στην 13η οµάδα του Περιοδικού Πίνακα. (ΟΕΦΕ 2010/Μον. 1) η. Οι τοµείς s και p του περιοδικού πίνακα περιέχουν 2 και 6 οµάδες αντίστοιχα.

(2011/Μον. 1) 2. Ποια από τις παρακάτω ηλεκτρονιακές δοµές αποδίδει τη δοµή ατόµου στοιχείου του τοµέα s στη θεµελιώδη κατάσταση;

α. 1s22s22p63s23p2 . β. 1s22s22p63s23p64s1 . γ. 1s22s22p63s23p63d64s2 . δ. 1s22s22p63s23p64s3 .

(2005/Μον. 5) 3. Η ηλεκτρονιακή δοµή του ατόµου στοιχείου Σ σε θεµελιώδη κατάσταση είναι:

1s22s22p63s23p63d104s24p65s2. Το στοιχείο Σ ανήκει στη: α. 2ηοµάδα, 5ηπερίοδο και p τοµέα. β. 5ηοµάδα, 2ηπερίοδο και s τοµέα. γ. 2ηοµάδα, 5ηπερίοδο και s τοµέα. δ. 5ηοµάδα, 2ηπερίοδο και d τοµέα. (Επαν.2006/Μον. 5)

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

97

4. Το σύνολο των στοιχείων που ανήκουν στις κύριες οµάδες του περιοδικού πίνακα βρίσκονται στους τοµείς: α. s β. p γ. s και p δ. s, p και d (Οµογ. 2005/Μον. 5) 5. Η Στήλη Ι περιέχει τα σύµβολα ορισµένων στοιχείων και µια πληροφορία για την οµάδα ή τον τοµέα του περιοδικού πίνακα που ανήκουν. Η Στήλη ΙΙ περιλαµβάνει ορισµένες ηλεκτρονιακές δοµές ατόµων στη θεµελιώδη κατάσταση. Στήλη Ι

Στήλη ΙΙ 6

2

α. Ν (V οµάδα )

1. [Ar]3d 4s

β. Fe ( στοιχείο µετάπτωσης)

2. [Ar]3d104s24p5

γ. Ca ( αλκαλική γαία )

3. 1s22s1

δ. Br (αλογόνο)

4. [Ne]3s23p1

ε. Li (αλκαλιµέταλλο)

5. 1s22s22p3

A

6. [Ar]4s2 (Ένα δεδοµένο της Στήλης ΙΙ περισσεύει). (Οµογ. 2007/Μον. 5) 6. Το στοιχείο 19K έχει στη θεµελιώδη κατάσταση την ηλεκτρονιακή δοµή 1s22s22p63s23p64s1 και ανήκει: α. στην τέταρτη περίοδο, στην πρώτη οµάδα και στον τοµέα s του περιοδικού πίνακα. β. στην τέταρτη περίοδο, στην πρώτη οµάδα και στον τοµέα d του περιοδικού πίνακα. γ. στην πρώτη περίοδο, στην τέταρτη αµάδα και στον τοµέα s του περιοδικού πίνακα. δ. στην πρώτη περίοδο, στην τέταρτη οµάδα και στον τοµέα p του περιοδικού πίνακα. (Εσπ. 2003/Μον. 5) 7. Να κατατάξετε κατά αυξανόµενο αριθµό µονήρων ηλεκτρονίων στη θεµελιώδη κατάσταση, τα στοιχεία µε ατοµικούς αριθµούς: 17Α

,

27Β

,

7Γ

,

18∆

Επίσης να βρείτε τον τοµέα, την περίοδο και την οµάδα που ανήκει το καθένα από αυτά.

(OΕΦΕ 2006/Μον.5) 8. Τα στοιχεία µετάπτωσης ανήκουν στον τοµέα του Περιοδικού Πίνακα: α. s

β. p

γ. d

δ. f (Επαν. 2010/Μον. 5)

+ 29Cu

9. Για τον ιόµ 9

2

α. [18Ar]3d 4s

ισχύει η ακόλουθη ηλεκτρονιακή δοµή:

β. [18Ar]3d94s1

γ. [18Ar]3d10

δ. [18Ar]3d84s2 (ΟΕΦΕ 2011/Μον. 4)

98

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΘΕΜΑ 2ο 1. Τα στοιχεία Α, Β, Γ,∆ έχουν διαδοχικούς ατοµικούς αριθµούς. Τα Α, Β, Γ, ανήκουν στην 2η περίοδο του περιοδικού πίνακα και το ∆ στην 3η περίοδο. Ζητούνται: α. Ο ατοµικός αριθµός (Ζ) του κάθε στοιχείου. β. Η ηλεκτρονιακή δοµή του κάθε στοιχείου. (Επαν. Εσπ. 2003/Μον. 8+4) 2. Να χαρακτηρίσετε την παρακάτω προτάση ως σωστή ή λανθασµένη. Το ανιόν Α- έχει ηλεκτρονιακή δοµή 1s22s22p6. Το στοιχείο Α ανήκει στην οµάδα των ευγενών αερίων. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. (Επαν.2005/Μον. 1+2) 3. Το ιόν Μ2+ έχει ηλεκτρονιακή δοµή 1s2 2s2 2p6. α. Ποιος είναι ο ατοµικός αριθµός του στοιχείου Μ; β. i. Να γράψετε την ηλεκτρονιακή δοµή του ατόµου του στοιχείου Μ σε υποστιβάδες, όταν βρίσκεται στη θεµελιώδη κατάσταση. ii. Σε ποια οµάδα και σε ποια περίοδο του περιοδικού πίνακα ανήκει το στοιχείο Μ; γ. Να γράψετε τις τιµές των τεσσάρων κβαντικών αριθµών για κάθε ένα από τα ηλεκτρόνια σθένους του ατόµου του στοιχείου Μ, στη θεµελιώδη κατάσταση. (Οµογ. 2005/Μον. 2+2+2+3) 4. ∆ίνονται τα στοιχεία 20Ca, 26Fe, 16S. α. Να υπολογίσετε τις ηλεκτρονιακές δοµές τους (κατανοµή ηλεκτρονίων σε υποστιβάδες). β. Να βρεθεί η περίοδος και η οµάδα του περιοδικού πίνακα στην οποία ανήκει το καθένα από τα στοιχεία αυτά.

(2010/Μον. 3+6)

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

99

1.6 ΠΕΡΙΟ∆ΙΚΟΤΗΤΑ ΤΩΝ Ι∆ΙΟΤΗΤΩΝ ΤΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ

Η περιοδικότητα στην ηλεκτρονιακή δοµή αντανακλάται σε πολλές από τις ιδιότητες των στοιχείων όπως είναι η ατοµική ακτίνα, και η ενέργεια ιοντισµού, οι οποίες καθορίζουν τη φυσική και χηµική συµπεριφορά του ατόµου. ΑΤΟΜΙΚΗ ΑΚΤΙΝΑ.

(r)

Υπολογίζεται: ως το µισό της απόστασης των πυρήνων δύο γειτονικών ατόµων του στοιχείου όταν αυτό βρίσκεται σε στοιχειακή κατάσταση.

Εκφράζει: τη µέση απόσταση του πιο αποµακρυσµένου ηλεκτρονίου από τον πυρήνα του ατόµου, και είναι

2r

ενδεικτική του µεγέθους του ατόµου.

Εξαρτάται:

•

Από το κύριο κβαντικό αριθµό των ηλεκτρονίων της εξωτερικής στοιβάδας.

•

Από την έλξη του πυρήνα και τις απώσεις των εσωτερικών ηλεκτρονίων στα εξωτερικά

ηλεκτρόνια (δραστικό πυρηνικό φορτίο)

ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΑΤΟΜΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΑΣ ΚΑΤΑ ΟΜΑ∆Α

Li 154 1η οµάδα: ατοµική ακτίνα σε pm

Na 186

Αύξηση ατοµικής ακτίνας

K 227

Rb 248

Cs 265

100

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Κατά µήκος µιας οµάδας η ατοµική ακτίνα αυξάνεται από πάνω προς τα κάτω γιατί καθώς διασχίζουµε προς τα κάτω τον περιοδικό πίνακα προστίθενται στιβάδες στο άτοµο και αυξάνει ο κύριος κβαντικός αριθµός των ηλεκτρονίων της εξωτερικής στοιβάδας, οπότε µεγαλώνει η απόσταση των ηλεκτρονίων εξωτερικής στιβάδας – πυρήνα

ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΑΤΟΜΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΑΣ ΚΑΤΑ ΠΕΡΙΟ∆Ο. Φορτίο του πυρήνα: είναι ανάλογο του αριθµού των πρωτονίων του πυρήνα και όσο µεγαλώνει, µεγαλώνει και η έλξη που ασκείται στα ηλεκτρόνια σθένους. Φορτίο των ηλεκτρονίων των εσωτερικών στιβάδων: είναι ανάλογο του αριθµού των ηλεκτρονίων των εσωτερικών στιβάδων και όσο µεγαλώνει, µεγαλώνει και η άπωση που ασκείται στα ηλεκτρόνια σθένους. ∆ραστικό πυρηνικό φορτίο: το φορτίο του πυρήνα µειωµένο κατά το φορτίο των ηλεκτρονίων των εσωτερικών στιβάδων.

Όσο το δραστικό πυρηνικό φορτίο µειώνεται, µικραίνει η έλξη προς τα

ηλεκτρόνια σθένους και µεγαλώνει η ατοµική ακτίνα.

To µοναδικό ηλεκτρόνιο του Li2+ «αισθάνεται» επάνω του όλη την έλξη του φορτίου +3 του πυρήνα ∆ραστικό πυρηνικό φορτίο=+3

Τα δύο ηλεκτρόνια που βρίσκονται στο τροχιακό 1s

και παρεµβάλλονται

µεταξύ πυρήνα και των ηλεκτρονίων που βρίσκονται στο τροχιακό 2s στο άτοµο Li µειώνουν αισθητά την ελκτική δράση του πυρηνικού φορτίου πάνω στο 2s ηλεκτρόνιο. ∆ραστικό πυρηνικό φορτίο=+3-2=+1

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

101

Οµάδα του Π.Π

ΙΑ

ΙΙΑ

ΙΙΙΑ

ΙVA

VA

VIA

VIIA

VIIIA

Στοιχείο 2ης περιόδου

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

Αριθµός πρωτονίων

3

4

5

6

7

8

9

10

εσωτερικών 2

2

2

2

2

2

2

2

πυρηνικό 1

2

3

4

5

6

7

8

90

77

75

73

71

69

Αριθµός ηλεκτρονίων ∆ραστικό φορτίο

Ατοµική ακτίνα (10-12 m)

154 112

Σε µια περίοδο η ατοµική ακτίνα αυξάνεται από δεξιά προς αριστερά γιατί όσο πηγαίνουµε προς τα αριστερά του περιοδικού πίνακα, µειώνεται ο ατοµικός αριθµός και κατά συνέπεια µειώνεται το

δραστικό πυρηνικό φορτίο του ατόµου. Έτσι, λόγω µικρότερης έλξης των ηλεκτρονίων της εξωτερικής στιβάδας από τον πυρήνα, η ατοµική ακτίνα αυξάνεται.

2 περίοδος: ατοµική ακτίνα σε pm.

C 77

B e 112

η

Li 154

F 71 N 75

B 90

O 73

Ne 69

Αύξηση ατοµικής ακτίνας Το ευγενές αέριο έχει την µικρότερη ατοµική ακτίνα από όλα τα στοιχεία της ίδιας περιόδου.

ατοµικήακτίνα(pm )

160

Προσέξτε:

Sc

αύξηση του ατοµικού αριθµού συνοδεύεται από

150 Ti 140 Zn V

130

Cr

22

23

µικρή ελάττωση της ατοµικής ακτίνας. Αυτό

Cu

120

21

Στα στοιχεία µεταπτώσεως, η

24

Mn

Fe

25

26

Co

Ni

27

28

συµβαίνει γιατί τα επιπλέον ηλεκτρόνια που 29

30

προστίθενται, καθώς προχωράµε προς τα

ατοµικός αριθµός

δεξιά, συµπληρώνουν εσωτερικές στιβάδες d, που ελάχιστα επηρεάζουν την ατοµική ακτίνα.

102

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Η ΑΤΟΜΙΚΗ ΑΚΤΙΝΑ ΕΙΝΑΙ ΕΝΑ ΠΕΡΙΟ∆ΙΚΟ ΜΕΓΕΘΟΣ

ΙΟΝΤΙΚΗ ΑΚΤΙΝΑ ΙΟΝΤΩΝ Τα κατιόντα είναι µικρότερα των αντίστοιχων ατόµων γιατί προέρχονται από τα άτοµα µε αποβολή ηλεκτρονίων. Τα ανιόντα είναι µεγαλύτερα των αντίστοιχων ατόµων γιατί προέρχονται από τα άτοµα µε πρόσληψη ηλεκτρονίων.

ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΑΤΟΜΙΚΩΝ ΑΚΤΙΝΩΝ Παραδείγµατα

1. Να εξηγήσετε ποιο στοιχείο σε καθένα από τα παρακάτω ζεύγη έχει µεγαλύτερη ατοµική ακτίνα. α. 12Μg — 20Ca

β. 12Μg — 16S

γ. 20Ca — 16S

Λύση Η ηλεκτρονιακή δοµή των ατόµων στη θεµελιώδη κατάσταση για καθένα από τα παραπάνω στοιχεία είναι: 12Μg: 20Ca: 16S:

1s22s22p63s2

∆ΠΦ =12-10=2

1s22s22p63s23p64s2

∆ΠΦ =20-18=2

1s22s22p63s23p4

∆ΠΦ =16-10=6

α. Τα άτοµα των στοιχείων Mg και Ca ανήκουν στην ίδια οµάδα (IIA). Μεγαλύτερη ατοµική ακτίνα έχει το Ca γιατί διαθέτει µεγαλύτερο αριθµό στιβάδων

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

103

β. Τα άτοµα των στοιχείων Mg και S έχουν τον ίδιο αριθµό στιβάδων. Στο άτοµο του S το ∆ΠΦ είναι µεγαλύτερο, µε αποτέλεσµα η έλξη πυρήνα-εξωτερικών ηλεκτρονίων να είναι µεγαλύτερη. Έτσι τα εξωτερικά ηλεκτρόνια πλησιάζουν προς τον πυρήνα µε αποτέλεσµα να µειώνεται η ατοµική ακτίνα. Συνεπώς µεγαλύτερη ατοµική ακτίνα έχει το Mg.

γ. Τα άτοµα των στοιχείων Ca και S έχουν διαφορετικό αριθµό στιβάδων και διαφορετικό ∆ΠΦ. Με βάση τον αριθµό στιβάδων µεγαλύτερη ατοµική ακτίνα έχει το Ca. Με βάση το ∆ΠΦ µεγαλύτερη ατοµική ακτίνα έχει το Ca. Συνεπώς µεγαλύτερη ατοµική ακτίνα έχει το Ca.

Παρατήρηση: Τα παραπάνω συµπεράσµατα προκύπτουν και από τη θέση των στοιχείων στον Περιοδικό Πίνακα.

Mg: 3η περίοδος και IIΑ οµάδα Ca: 4η περίοδος και IIΑ οµάδα S: 3η περίοδος και VIA οµάδα Το Ca έχει τη µεγαλύτερη ατοµική ακτίνα από τα τρία στοιχεία αφού βρίσκεται πιο κάτω και πιο αριστερά στον Π.Π. Προσοχή: Στις ασκήσεις όπου ζητείται να εξηγήσουµε µεταξύ κάποιων στοιχείων, ποιο από αυτά έχει τη µεγαλύτερη ατοµική ακτίνα, η εξήγηση πρέπει να δίνεται µε βάση το ∆ΠΦ και τον αριθµό των στιβάδων και να επιβεβαιώνεται µε τη θέση των στοιχείων στον Π.Π.

2. Ποιο από τα παρακάτω σωµατίδια έχει µεγαλύτερο µέγεθος και γιατί; a. 19Κ και 19Κ+ ε. 7Ν3- και 9F-

β. 17Cl και

17Cl

-

γ. 11Νa+ και 9F-

δ. 26Fe2+ και

3+ 26Fe

στ. 12Μg2+ και 20Ca2+

Λύση α. Η ηλεκτρονιακή δοµή του ατόµου

και του ιόντος 19Κ+ είναι αντίστοιχα:

1s22s22p63s23p64s1

19Κ: 19Κ

19Κ

+

:1s22s22p63s23p6

104

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Το άτοµο του Κ έχει µεγαλύτερο µέγεθος, αφού έχει περισσότερα ηλεκτρόνια, δηλαδή η έκταση του ηλεκτρονιακού νέφους είναι µεγαλύτερη (ενώ το φορτίο του πυρήνα είναι το ίδιο και στα δύο σωµατίδια).

β. Η ηλεκτρονιακή δοµή του ατόµου 17Cl και του ιόντος 17Cl- είναι αντίστοιχα: 17C1: 17Cl

-

1s22s22p63s23p5 : 1s22s22p63s23p6

Το ιόν

17Cl

-

έχει µεγαλύτερο µέγεθος, αφού έχει περισσότερα ηλεκτρόνια δηλαδή η έκταση του

ηλεκτρονιακού νέφους είναι µεγαλύτερη (ενώ το φορτίο του πυρήνα είναι το ίδιο και στα δύο σωµατίδια).

γ. Η ηλεκτρονιακή δοµή των δύο ιόντων είναι η εξής: + 2 2 6 11Νa :1s 2s 2p 9F

: 1s22s22p6

0 αριθµός ηλεκτρονίων των δύο σωµατιδίων είναι ο ίδιος (10e). Το ιόν11Νa+ έχει στον πυρήνα του 11 πρωτόνια, ενώ το ιόν 9F- έχει στον πυρήνα του 9 πρωτόνια. 0 πυρήνας του Na+ έχει µεγαλύτερο θετικό φορτίο συνεπώς ασκεί µεγαλύτερη έλξη στο νέφος των ηλεκτρονίων µε αποτέλεσµα αυτό να συρρικνώνεται και το µέγεθος του να ελαττώνεται. Συνεπώς το ιόν 9F-έχει µεγαλύτερο µέγεθος.

δ. Η ηλεκτρονιακή δοµή των δύο ιόντων είναι η εξής: 2+ 26Fe

: 1s22s22p63s23p63d6

3+ 26Fe

: 1s22s22p63s23p63d5

Το ιόν Fe2+ έχει µεγαλύτερο µέγεθος, αφού έχει περισσότερα ηλεκτρόνια δηλαδή η έκταση του ηλεκτρονιακού νέφους είναι µεγαλύτερη (ενώ το φορτίο του πυρήνα είναι το ίδιο και στα δύο ιόντα). Στο ίδιο συµπέρασµα καταλήγουµε παρατηρώντας ότι το υποστιβάδα που

3+ 26Fe

διαθέτει ηµισυµπληρωµένη (3d5)

αντιστοιχεί σε σχετικά σταθερή ενεργειακή κατάσταση , δηλαδή µικρή ατοµική

ακτίνα σαν τα ευγενή αέρια.

ε. Η ηλεκτρονιακή δοµή των δύο ιόντων είναι η εξής: 7Ν

3-

: 1s22s22p6

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

105

9F :

1s22s22p6

0 αριθµός ηλεκτρονίων είναι ο ίδιος και στα δύο ιόντα (10 e). Το ιόν 7Ν3- έχει στον πυρήνα του 7ρ, ενώ το ιόν 9F- έχει στον πυρήνα του 9ρ. 0 πυρήνας του 9F- έχει µεγαλύτερο θετικό φορτίο, συνεπώς ασκεί µεγαλύτερη έλξη στο νέφος των ηλεκτρονίων, µε αποτέλεσµα αυτό να συρρικνώνεται και το µέγεθος του να ελαττώνεται. Συνεπώς το ιόν 7Ν3- έχει µεγαλύτερο µέγεθος.

στ. H ηλεκτρονιακή κατανοµή των δύο ιόντων είναι η εξής: 12Μg

2+

:1s22s22p6

2+ 2 2 6 2 6 20Ca :1s 2s 2p 3s 3p

Μεγαλύτερο µέγεθος έχει το ιόν

2+ 20Ca ,

αφού έχει συµπληρωµένη µε ηλεκτρόνια µια στιβάδα

περισσότερη.

Παρατηρήσεις: 1. ‘Ένα ανιόν έχει πάντοτε µεγαλύτερο µέγεθος από το αντίστοιχο ουδέτερο άτοµο, αφού η πρόσληψη ενός ή περισσοτέρων ηλεκτρονίων έχει ως αποτέλεσµα την αύξηση της έκτασης του ηλεκτρονιακού νέφους.

2.‘Ένα κατιόν έχει πάντοτε µικρότερο µέγεθος από το αντίστοιχο ουδέτερο άτοµο, αφού η αποβολή ενός ή περισσοτέρων ηλεκτρονίων έχει ως αποτέλεσµα την ελάττωση της έκτασης του ηλεκτρονιακού νέφους 3. Μεταξύ ισοηλεκτρονιακών ιόντων µεγαλύτερο µέγεθος έχει το ιόν µε το µικρότερο φορτίο πυρήνα (αριθµό πρωτονίων), αφού σ’ αυτό το ιόν η έλξη του πυρήνα στο ηλεκτρονιακό νέφος είναι µικρότερη µε αποτέλεσµα την αύξηση της έκτασης του ηλεκτρονιακού νέφους.

106

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΙΟΝΤΙΣΜΟΥ (Εi) Eνέργεια πρώτου ιοντισµού (Εi1) Ορίζεται: Η ελάχιστη ενέργεια που απαιτείται για την πλήρη αποµάκρυνση ενός ηλεκτρονίου από ελεύθερο άτοµο, που βρίσκεται στη θεµελιώδη του κατάσταση και σε αέρια φάση. Αν Σ ένα στοιχείο τότε γράφουµε την αντίδραση ιοντισµού Σ(g) → Σ + (g) + e- , µε Ei 1 = ∆Η > 0 η οποία είναι ενδόθερµη Μονάδες: συνήθως σε kJ⋅ mol-1 Εκφράζει: το ποσό της ενέργειας που απαιτείται για να αποσπασθεί 1 mol ηλεκτρόνίων ( 6,02⋅1023 ηλεκτρόνια) από τις ελκτικές δυνάµεις του πυρήνα. Καθορίζει: την τάση του στοιχείου για αποβολή ηλεκτρονίων. Αν η ενέργεια ιοντισµού είναι µικρή το στοιχείο αποβάλλει εύκολα ηλεκτρόνια και το αντίστροφο. Εξαρτάται: από την ατοµική ακτίνα, (ή τον κύριο κβαντικό αριθµό των ηλεκτρονίων της εξωτερικής στοιβάδας και το δραστικό πυρηνικό φορτίο). Όσο µεγαλύτερη είναι η ατοµική ακτίνα, τόσο ελαττώνεται η έλξη πυρήνα - ηλεκτρονίου µε αποτέλεσµα να µειώνεται η ενέργεια ιοντισµού. Ενέργεια 2ου ιοντισµού ( Εi2):

είναι η ελάχιστη ενέργεια που απαιτείται για να αποµακρυνθεί και

δεύτερο ηλεκτρόνιο από το κατιόν Σ+1 .

Σ + ( g ) → Σ 2+ ( g ) + e −

µε Ei 2 = ∆Η΄ > 0

Η δεύτερη ενέργεια ιοντισµού έχει µεγαλύτερη τιµή από την πρώτη, καθώς πιο εύκολα φεύγει το ηλεκτρόνιο από το ουδέτερο άτοµο απ΄ ότι από το φορτισµένο ιόν. ∆ηλαδή,

έχουµε:

Εi 2 > Ei 1. Με ανάλογο τρόπο προκύπτει: Ei 3 > Ei 2. κ.ο.κ.

Μεταβολή ενέργειας ιοντισµού κατά οµάδα Όσο µειώνεται η ατοµική ακτίνα, τόσο αυξάνεται η έλξη πυρήνα - ηλεκτρονίου µε αποτέλεσµα να αυξάνεται η ενέργεια ιοντισµού. Κατά µήκος µιας οµάδας η ατοµική ακτίνα µειώνεται από κάτω προς τα πάνω και αυξάνεται η ενέργεια ιοντισµού.

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

107

Li 520,2

1η οµάδα: ενέργεια ιοντισµού σε ΚJ/mol

Na 495,8

Αύξηση ενέργειας ιοντισµού

K 418,8

Rb 403,0

Cs 375,7

Μεταβολή ενέργειας ιοντισµού κατά περίοδο Όσο µειώνεται η ατοµική ακτίνα, τόσο αυξάνεται η έλξη πυρήνα - ηλεκτρονίου µε αποτέλεσµα να αυξάνεται η ενέργεια ιοντισµού. Σε µια περίοδο η η ατοµική ακτίνα µειώνεται από αριστερά προς δεξιά, µε αποτέλεσµα να αυξάνεται η ενέργεια ιοντισµού

Be 899,5

C

F

1086

1681

Li

B

N

O

520,2

800,7

1402

1314

2η περίοδος: ενέργεια ιοντισµού σε ΚJ/mol

Ne 2081

Αύξηση ενέργειας ιοντισµού

Το ευγενές αέριο έχει την µεγαλύτερη ενέργεια ιοντισµού από όλα τα στοιχεία της ίδιας περιόδου. Γενικά

στοιχεία

µε

σταθερές

ηλεκτρονιακές

δοµές

ηµισυµπληρωµένα…nd5

ή….. np3

και συµπληρωµένα….ns2

(δοµή

ευγενούς

αερίου…

ns2

και …nd10 τροχιακά στην εξωτερική

στοιβάδα) έχουν µεγάλη ενέργεια ιοντισµού.

108

np6,

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Η ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΙΟΝΤΙΣΜΟΥ ΕΙΝΑΙ ΕΝΑ ΠΕΡΙΟ∆ΙΚΟ ΜΕΓΕΘΟΣ Ενέργεια ιοντισµού (kJ/mol)

περίοδος

Ατοµικός αριθµός (Ζ)

ατοµικός αριθµός

ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΩΝ ΙΟΝΤΙΣΜΟΥ Παραδείγµατα

1. a. Ποιο από τα στοιχεία 11Νa και 19Κ έχει τη µεγαλύτερη ενέργεια πρώτου ιοντισµού; β. Αν η ενέργεια πρώτου ιοντισµού του Na είναι 500kJ/mοl να βρεθεί η ενέργεια που απορροφάται όταν: i) 4,6 g Νa(g) µετατρέπεται σε Νa+(g) ii) ένα άτοµο Νa(g) µετατρέπεται σε Νa+(g) Η σχετική ατοµική µάζα του Na είναι: Αr=23. Λύση α. Η ηλεκτρονιακή δοµή των ατόµων του Na και του Κ στη θεµελιώδη κατάσταση είναι: Νa: 1s22s22p63s1

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

109

Κ: 1s22s22p63s23p6 4s1 Τα δύο στοιχεία έχουν το ίδιο ∆ΠΦ. Το Κ όµως έχει µεγαλύτερη ατοµική ακτίνα (αφού έχει µεγαλύτερο αριθµό στιβάδων) µε αποτέλεσµα να

απαιτείται µικρότερο ποσό

ενέργειας για την απόσπασή του ηλεκτρονίου. Άρα: Ει1(Κ) < Ει1(Νa)

•

Στο ίδιο συµπέρασµα καταλήγουµε και από τη θέση των στοιχείων στον Π.Π.

Na: 3η περίοδος και ΙΑ οµάδα K: 4η περίοδος και ΙΑ οµάδα Τα στοιχεία Na και Κ βρίσκονται στην ίδια οµάδα του Π.Π. (IA). Συνεπώς µεγαλύτερη ενέργεια πρώτου ιοντισµού έχει το Na αφού βρίσκεται πιο πάνω στον Π.Π. Παρατήρηση 1. Στις ασκήσεις όπου ζητείται να εξηγήσουµε µεταξύ κάποιων στοιχείων, ποιο από αυτά έχει τη µεγαλύτερη ενέργεια πρώτου ιοντισµού, η εξήγηση πρέπει να δίνεται µε βάση το ∆ΠΦ και την ατοµική ακτίνα και να επιβεβαιώνεται µε τη θέση των στοιχείων στον Π.Π.

2. Μεταξύ δύο στοιχείων πιο ηλεκτροθετικό είναι αυτό που έχει τη µικρότερη ενέργεια πρώτου ιοντισµού.

β. i.

n =m/Ar =0,2 mοl

1 mοl ατόµων Na απορροφά 500kJ 0,2 mοl

;x

x=100kJ

ii.

1 mοl ατόµων Na δηλαδή ΝΑ άτοµα απορροφούν 500 kJ 1 άτοµο

;x

x=500/ ΝΑ kJ

2. Να εξηγήσετε τις παρακάτω προτάσεις: α. Η ενέργεια πρώτου ιοντισµού του αζώτου (7Ν) είναι µεγαλύτερη από την ενέργεια πρώτου ιοντισµού του οξυγόνου (80).

110

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

β. Η ενέργεια δεύτερου ιοντισµού του λιθίου (3Li) είναι µεγαλύτερη από την ενέργεια δεύτερου ιοντισµού του βηρυλλίου (4Βe).

Λύση Η ηλεκτρονιακή δοµή των ατόµων του Ν και του O στη θεµελιώδη κατάσταση είναι: α. 7Ν: 1s22s22p3 8Ο:

1s22s22p4

2η περίοδος, VA οµάδα

2η περίοδος, VΙA οµάδα

Με βάση τη θέση των στοιχείων στον Περιοδικό Πίνακα µεγαλύτερη ενέργεια πρώτου ιοντισµού θα περιµέναµε να έχει το οξυγόνο αφού βρίσκεται πιο δεξιά από τo άζωτο στον Π.Π. Στο ίδιο συµπέρασµα θα καταλήγαµε και µε βάση τους παράγοντες που επηρεάζουν την Ei1 ( τo οξυγόνο έχει µεγαλύτερο ∆ΠΦ και µικρότερη ατοµική ακτίνα από το άζωτο). Όµως κατά τον πρώτο ιοντισµό του αζώτου αποµακρύνεται ένα ηλεκτρόνιο από την υποστιβάδα 2ρ, η οποία ήταν ηµισυµπληρωµένη (2ρ3) και αντιστοιχούσε σε σχετικά σταθερή ενεργειακή κατάσταση. Αντίθετα κατά τον πρώτο ιοντισµό του οξυγόνου αποµακρύνεται ένα ηλεκτρόνιο από την υποστιβάδα 2ρ και το ιόν που προκύπτει αποκτά ηµισυµπληρωµένη υποστιβάδα 2ρ.

Αφού λοιπόν ο πρώτος ιοντισµός του αζώτου συνοδεύεται από την απώλεια της ηµισυµπληρωµένης υποστιβάδας 2ρ, συµπεραίνουµε ότι: Εi1 (Ν) > Ε i1 (0).

β. Η ηλεκτρονιακή δοµή των ατόµων Li και Be στη θεµελιώδη κατάσταση είναι: 3Li

: 1s22s1

4Be:

1s22s2

Κατά το δεύτερο ιοντισµό των παραπάνω στοιχείων αποµακρύνεται ένα ηλεκτρόνιο από τα ιόντα Li+ (1s2) → ( 1s1 ) και Be+ (2s1) → (1s2 ) Το ιόν Li+ έχει δοµή ευγενούς αερίου (2Ηe: 1s2) η οποία είναι ιδιαίτερα σταθερή ενεργειακή κατάσταση. Συνεπώς η αποµάκρυνση του δεύτερου ηλεκτρονίου από το κατιόν Li+ απαιτεί µεγαλύτερη ενέργεια από την αντίστοιχη στο ιόν Be+ αφού συνοδεύεται από την απώλεια της σταθερής δοµής του ευγενούς αερίου. Συνεπώς Εi2 (Li) > Εi2 (Be)

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

111

3. Για ένα άγνωστο στοιχείο Α, το οποίο ανήκει σε κύρια οµάδα του Π.Π. βρέθηκαν οι εξής ενέργειες ιοντισµού: Εi1 = 600 kJ/mοl Ε i2 =1140 kJ/mοl Ε i3 = 4910 kJ/mοl Ε i4 = 6150 kJ/mοl Να βρεθεί σε ποια οµάδα του Π.Π. µπορεί να ανήκει το στοιχείο Α.

Λύση Για τις ενέργειες ιοντισµού του στοιχείου Α ισχύει: Ε i1 < Ε i2 < Ε i3< Ε i4 Η αύξηση της ενέργειας ιοντισµού, κατά την παραπάνω σειρά, οφείλεται στο ότι η δυσκολία απόσπασης ενός ηλεκτρονίου είναι τόσο µεγαλύτερη όσο µεγαλύτερο είναι το θετικό φορτίο του σωµατιδίου από το οποίο αποσπάται το ηλεκτρόνιο. Όµως η απότοµη αύξηση της ενέργειας τρίτου ιοντισµού πρέπει να οφείλεται και σε έναν ακόµα παράγοντα: την απώλεια της δοµής ευγενούς αερίου που έχει το ιόν Α2+, δηλαδή τη µετατροπή της δοµής (ns2,nρ6) σε (ns2,nρ5). Αφού το ιόν Α2+ έχει δοµή ευγενούς αερίου, συµπεραίνουµε ότι το ουδέτερο άτοµο Α (το οποίο έχει δύο ηλεκτρόνια περισσότερα) θα έχει δοµή εξωτερικής στιβάδας (n+1)s2. Συνεπώς το στοιχείο Α ανήκει στη 2η οµάδα (IIΑ) του Π.Π.

ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΤΟΥ ΠΕΡΙΟ∆ΙΚΟΥ ΠΙΝΑΚΑ Ηλεκτροθετικότητα: ονοµάζεται η τάση που έχουν τα άτοµα των στοιχείων να αποβάλλουν ηλεκτρόνια δηλαδή να οξειδωθούν. Όσο µικραίνει η ενέργεια ιοντισµού ενός στοιχείου τόσο αυξάνεται η ηλεκτροθετικότητα του.

112

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Μέταλλα: ονοµάζονται τα στοιχεία που έχουν σχετικά χαµηλές τιµές ενέργειας ιοντισµού µε αποτέλεσµα εύκολα να αποβάλλουν ηλεκτρόνια και να µετατρέπονται σε θετικά ιόντα(αναγωγικά στοιχεία).Για το λόγο αυτό και τα µέταλλα χαρακτηρίζονται ως ηλεκτροθετικά στοιχεία.

Ο

µεταλλικός χαρακτήρας (όµοια και η ηλεκτροθετικότητα) µεταβάλλεται κατά τη φορά του βέλους όπως φαίνεται στο σχέδιο. Το πιο ισχυρό µέταλλο είναι το Fr (κάτω αριστερά)

α τητ ικό τ η ρν τρα ρας κ ε τή ηλ ύ - αρακ ο µ χ ς τισ ιον αλλικό α ι ε τ τα ργ αµε ενέ ότη κ ι τ οθε κτρ τήρας ε λ -η ακ ίνα ς χαρ τ κ ήα ικό µικ εταλλ ο τ α µ

Κάθε ιδιότητα αυξάνεται κατά την φορά του βέλους.

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

113

Ηλεκτραρνητικότητα: ονοµάζεται η τάση που έχουν τα στοιχεία να έλκουν τα κοινά ζεύγη των ηλεκτρόνιων των οµοιοπολικών δεσµών στους οποίους συµµετέχουν.

Αµέταλλα: ονοµάζονται τα στοιχεία που έχουν µεγάλες τιµές ενέργειας ιοντισµού οπότε έχουν µεγάλη τάση να προσλαµβάνουν ηλεκτρόνια και να µετατρέπονται σε αρνητικά ιόντα, για το λόγο αυτό χαρακτηρίζονται

ως

ηλεκτραρνητικά

στοιχεία.

Ο

αµέταλλος

χαρακτήρας

(όµοια

και

η

ηλεκτραρνητικότητα) µεταβάλλεται αντίθετα από την ηλεκτροθετικότητα κατά τη φορά του βέλους όπως φαίνεται στο σχέδιο. Το πιο ισχυρό αµέταλλο είναι το F (πάνω δεξιά). Όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήµα τα µέταλλα βρίσκονται στο κάτω αριστερό τµήµα του Π.Π. (καταλαµβάνουν το µεγαλύτερο κοµµάτι του πίνακα), και διαχωρίζονται µε την κλιµακωτή γραµµή από τα αµέταλλα που βρίσκονται στο επάνω δεξιό κοµµάτι του περιοδικού πίνακα και κατέχουν περίπου το ¼ της συνολικής του έκτασης.

Ιοντικός ή ετεροπολικός δεσµός: δηµιουργείται µεταξύ στοιχείων µε πολύ µεγάλη διαφορά ηλεκτραρνητικότητας (ενός µετάλλου και ενός αµέταλλου). Οι ιοντικές ενώσεις είναι στερεές µε υψηλά σηµεία βρασµού.

Οµοιοπολικός δεσµός: δηµιουργείται µεταξύ αµέταλλων στοιχείων µε παρόµοια ηλεκτραρνητικότητα. Οι οµοιοπολικές ενώσεις είναι αέριες µε χαµηλά σηµεία βρασµού. Όσο αυξάνεται η διαφορά ηλεκτραρνητικότητας των αµετάλλων που συµµετέχουν στον οµοιοπολικό τόσο πολώνεται ο δεσµός και αυξάνει το σηµείο βρασµού. Στο παρακάτω πίνακα φαίνονται οι χαρακτηριστικές ιδιότητες των χλωριδίων των στοιχείων της 3ης περιόδου (Na-Ar). Το χλώριο είναι αµέταλλο (µεγάλη ηλεκτραρνητικότητα). Όταν ενώνεται µε ισχυρά µέταλλα (Να) που βρίσκονται αριστερά του πίνακα, προκύπτουν ιοντικές ενώσεις µε υψηλά σηµεία βρασµού (πολύ µεγάλη διαφορά ηλεκτραρνητικότητας µεταξύ των µετάλλων και του χλωρίου). Καθώς κινούµαστε προς τα δεξιά της 3ης περιόδου µειώνεται ο µεταλλικός χαρακτήρας των στοιχείων και ο ετεροπολικός χαρακτήρας χλωριδίων µε αντίστοιχη µείωση του σηµείου βρασµού. Καταλήγουµε στην ένωση Cl2 που δύο άτοµα χλωρίου µε όµοια ηλεκτραρνητικότητα σχηµατίζουν µη πολωµένο οµοιοπολικό δεσµό µε χαµηλό σηµείο βρασµού.

114

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

3η περίοδος

Na

Mg

Al

Si

P

µοριακός τύπος

NaCl

MgCl2

Al2Cl6

SiCl4

φυσική κατάσταση

στερεό

στερεό

στερεό

υγρό

( 20 ºC ) σηµείο βρασµού

1465

1418

423

57

S

Cl

Ar

PCl3

, SCl2,

Cl2

-

PCl5

S2Cl2

υγρό,

υγρό,

στερεό

υγρό

74, 164

59, 138

αέριο

-35

-

/ºC

Στο παρακάτω πίνακα φαίνονται οι χαρακτηριστικές ιδιότητες των οξειδίων των στοιχείων της 3ης περιόδου (Na-Ar). Το οξυγόνο είναι αµέταλλο (µεγάλη ηλεκτραρνητικότητα). Όταν ενώνεται µε ισχυρά µέταλλα (Να) που βρίσκονται αριστερά του πίνακα, προκύπτουν βασικά

οξείδια

(συµπεριφέρονται σαν βάσεις και εξουδετερώνονται από οξέα) µε υψηλά σηµεία βρασµού. Καθώς κινούµαστε προς τα δεξιά της 3ης περιόδου και συναντάµε τα αµέταλλα ( P, S, και Cl) προκύπτουν όξινα οξείδια (συµπεριφέρονται σαν οξέα και εξουδετερώνονται από βάσεις) µε χαµηλότερα σηµεία βρασµού. Ανάµεσα στα όξινα και στα βασικά οξείδια εµφανίζονται τα επαµφοτερίζοντα οξείδια που συµπεριφέρονται είτε σαν οξέα είτε σαν βάσεις.

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

115

ΑΥΞΗΣΗ ΟΞΙΝΟΥ ΧΑΡΑΚΤΗΡΑ

3ηπερίοδος

Mg

Si

Na

µοριακός τύπος

Na2O

Al

MgO

Al2O3

SiO2

P

S

Cl

P4O10 , P4O6

SO2,

Cl2O

SO3

χηµικός

βασικός

βασικός επαµφ. όξινος

όξινος

όξινος

όξινος

στερεό

στερεό

στερεό

στερεό

αέριο

αέριο

χαρακτήρας

φυσική

στερεό

κατάσταση

(υγρό)

( 20 ºC )

Ι∆ΙΟΤΗΤΕΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΟ∆ΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ Παραδείγµατα

1. ∆ίνονται τα στοιχεία 6Α και 9Β. α. Να βρεθεί η θέση των στοιχείων στον Π.Π. β. Ποιο από τα δύο στοιχεία έχει µεγαλύτερη ατοµική ακτίνα; γ. Ποιο από τα δύο στοιχεία έχει µεγαλύτερη ενέργεια πρώτου ιοντισµού; δ. Ποιο από τα δύο στοιχεία είναι πιο ηλεκτροθετικό; ε. Ποιο από τα δύο στοιχεία είναι πιο ηλεκτραρνητικό; στ. Ποιο από τα δύο στοιχεία σχηµατίζει οξείδιο µε πιο έντονο όξινο χαρακτήρα; Να εξηγήσετε αναλυτικά τις απαντήσεις σας.

116

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Λύση α. 6Α: 1s22s22p2. Αφού τα ηλεκτρόνια κατανέµονται σε δύο στιβάδες, θα ανήκει στην 2η περίοδο. Αφού διαθέτει 4 ηλεκτρόνια στην εξωτερική στιβάδα ανήκει στην IVA οµάδα.

9Β:

1s22s22p5

Αφού τα ηλεκτρόνια κατανέµονται σε δύο στιβάδες, θα ανήκει στην 2η περίοδο. Αφού διαθέτει 7 ηλεκτρόνια στην εξωτερική στιβάδα ανήκει στην VIIA οµάδα.

β. Γνωρίζουµε ότι η ατοµική ακτίνα εξαρτάται από δύο παράγοντες: i.

Τον αριθµό των στιβάδων. Σε όσο πιο πολλές στιβάδες είναι κατανεµηµένα τα ηλεκτρόνια του

ατόµου τόσο µεγαλύτερο µέγεθος έχει το άτοµο. ii)

Το δραστικό πυρηνικό φορτίο (∆ΠΦ). Όσο πιο µεγάλο είναι το δραστικό πυρηνικό φορτίο (κατά

προσέγγιση το φορτίο του πυρήνα ελαττωµένο κατά το φορτίο των ηλεκτρονίων των εσωτερικών στιβάδων) τόσο πιο µεγάλη έλξη ασκείται στο πιο αποµακρυσµένο ηλεκτρόνιο και συνεπώς τόσο πιο µικρή ατοµική ακτίνα έχει το στοιχείο. Τα στοιχεία Α και Β ανήκουν στην ίδια περίοδο (2η ). Γνωρίζουµε ότι κατά µήκος µιας περιόδου από τα αριστερά προς τα δεξιά αυξάνεται το δραστικό πυρηνικό φορτίο, ενώ ο αριθµός των στιβάδων παραµένει σταθερός, µε αποτέλεσµα να ελαττώνεται η ατοµική ακτίνα. Συνεπώς το στοιχείο Α που βρίσκεται πιο αριστερά έχει µεγαλύτερη ατοµική ακτίνα.

γ. Γνωρίζουµε ότι η ενέργεια πρώτου ιοντισµού (Εi1) εξαρτάται από τρεις παράγοντες: i) Την ατοµική ακτίνα. Όσο πιο µικρή είναι η ατοµική ακτίνα ενός στοιχείου τόσο µικρότερη είναι η µέση απόσταση του πιο αποµακρυσµένου ηλεκτρονίου από τον πυρήνα. Αυτό έχει ως συνέπεια να αυξάνεται η έλξη πυρήνα-ηλεκτρονίου µε αποτέλεσµα να αυξάνεται η ενέργεια πρώτου ιοντισµού. ii)

Στοιχεία

µε

σταθερές

ηµισυµπληρωµένα…nd5

ηλεκτρονιακές

ή….. np3

δοµές

(δοµή

και συµπληρωµένα….ns2

ευγενούς

αερίου…

ns2

np6,

και …nd10 τροχιακά στην εξωτερική

στοιβάδα) έχουν µεγάλη ενέργεια ιοντισµού.

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

117

Κατά τον πρώτο ιοντισµό των στοιχείων (Α και Β) αποµακρύνεται ένα ηλεκτρόνιο από την υποστιβάδα 2ρ και

κανένα από τα

ιόντα που προκύπτουν δεν αποκτούν

ηµισυµπληρωµένη

υποστιβάδα 2ρ. Τα στοιχεία Α και Β ανήκουν στην ίδια περίοδο. Γνωρίζουµε ότι κατά µήκος µιας περιόδου από τα αριστερά προς τα δεξιά η ατοµική ακτίνα ελαττώνεται µε αποτέλεσµα να αυξάνεται η ενέργεια πρώτου ιοντισµού. Συνεπώς το στοιχείο Β έχει µεγαλύτερη ενέργεια πρώτου ιοντισµού αφού βρίσκεται πιο δεξιά.

δ. Περισσότερο ηλεκτροθετικό είναι το στοιχείο µε τη µικρότερη ενέργεια πρώτου ιοντισµού. Αφού το στοιχείο Α έχει µικρότερη Εi1 συµπεραίνουµε ότι είναι πιο ηλεκτροθετικό.

ε. Γνωρίζουµε ότι σε µια περίοδο η ηλεκτραρνητικότητα αυξάνεται από τα αριστερά προς τα δεξιά. Συνεπώς το στοιχείο Β είναι πιο ηλεκτραρνητικό.

στ. Γνωρίζουµε ότι για τα στοιχεία µιας περιόδου ο όξινος χαρακτήρας των οξειδίων τους αυξάνεται από τα αριστερά προς τα δεξιά. Συνεπώς το οξείδιο του στοιχείου Β έχει εντονότερο όξινο χαρακτήρα.

2. ∆ίνεται ο παρακάτω υποθετικός Περιοδικός Πίνακας Α Λ

Β

Μ ∆

Ε

Ζ

Η Θ

Γ i.

Κ

Ποιο από όλα τα στοιχεία έχει µεγαλύτερη ενέργεια ιοντισµού και ποιο τη µικρότερη;

ii. Το οξείδιο του Λ είναι όξινο ή βασικό; iii. Ποιο στοιχείο έχει µεγαλύτερη ακτίνα το Ε ή το Ζ και γιατί; vi. Ποιο στοιχείο έχει µεγαλύτερη ατοµική ακτίνα το ∆ ή το Μ και γιατί;

118

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

v. Ποιο στοιχείο έχει µεγαλύτερη ενέργεια πρώτου ιοντισµού το Ε ή το Ζ και γιατί; iv. Ποιο στοιχείο έχει µεγαλύτερη ενέργεια πρώτου ιοντισµού το Γ ή το ∆ και γιατί;

Λύση

i) Κατά µήκος µιας περιόδου του Π.Π. η ενέργεια ιοντισµού αυξάνεται από αριστερά προς δεξιά, και από κάτω προς τα πάνω. Μεγαλύτερη ενέργεια ιοντισµού έχει το Α που βρίσκεται δεξιότερα και πιο πάνω και τη µικρότερη ενέργεια ιοντισµού έχει το Γ που βρίσκεται αριστερά και πιο κάτω. ii)

Το οξυγόνο είναι αµέταλλο (µεγάλη ηλεκτραρνητικότητα). Όταν ενώνεται µε ισχυρά µέταλλα (Λ)

που βρίσκονται αριστερά του πίνακα, προκύπτουν βασικά οξείδια. iii) Κατά µήκος µιας περιόδου του Π.Π. η ατοµική ακτίνα αυξάνεται από δεξιά προς αριστερά. Μεγαλύτερη ατοµική ακτίνα έχει το Ε που βρίσκεται αριστερά του Ζ. iv) Η ατοµική ακτίνα αυξάνεται από δεξιά προς αριστερά και από πάνω προς τα κάτω. Μεγαλύτερη ατοµική ακτίνα έχει το ∆ που βρίσκεται αριστερά και πιο χαµηλά του Μ. v)

Κατά µήκος µιας περιόδου του Π.Π. η ενέργεια ιοντισµού αυξάνεται από αριστερά προς δεξιά.

Μεγαλύτερη ενέργεια ιοντισµού έχει το Ζ που βρίσκεται δεξιότερα από το Ε. vi) Η ενέργεια ιοντισµού αυξάνεται από αριστερά προς δεξιά, και από κάτω προς τα πάνω. Μεγαλύτερη ενέργεια ιοντισµού έχει το ∆ που βρίσκεται δεξιότερα και πιο πάνω από το Γ.

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

119

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ

1. Γιατί υπάρχει διαφορά στην ενέργεια ιοντισµού µεταξύ Η και He και µεταξύ Li και Κ;

2. Να ταξινοµηθούν τα παρακάτω στοιχεία σε µια σειρά αυξανόµενης πρώτης ενέργειας ιοντισµού: α. Li, Na, K, Rb, Cs, Fr

β. Cl, Br, I

γ. Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ar

3. Ποιο από τα παρακάτω στοιχεία έχει τη µεγαλύτερη πρώτη ενέργεια ιοντισµού: α. Al,

β. Si,

γ. P,

δ. S,

ε. Αs

4. ∆ίνονται τα άτοµα Ca, K, Be, Na, Li. Ποιο από αυτά έχει τη µικρότερη πρώτη ενέργεια ιοντισµού; α. Ca,

β. Be,

γ. Να,

δ. Li,

ε. K

5. Όταν τα άτοµα των στοιχείων, C, Li, Ne και Si τοποθετούνται σε µια σειρά µε αυξανόµενη τιµή πρώτης ενέργειας ιοντισµού, η σειρά αυτή είναι: α. Li, Si, C, Ne

β. C, Si, Li, Ne

γ. Li, Si, Ne, C

δ. Li, C, Si, Ne,

ε. Ne, C, Si, Li.

6. Να επιλέξετε από τα Α έως Ε, τις ηλεκτρονιακές δοµές που απαντούν σωστά στις ερωτήσεις α έως δ. Α

2

8

8

Β

2

8

11 2

Γ

2

8

18 7

∆ 2

8

18 8

Ε

8 18 18

2

1

8

α. Ποιο στοιχείο έχει τη µικρότερη πρώτη ενέργεια ιοντισµού; β. Ποιο στοιχείο έχει τη µεγαλύτερη πρώτη ενέργεια ιοντισµού; γ. Ποιο στοιχείο είναι στοιχείο µετάπτωσης; δ. Ποιο στοιχείο σχηµατίζει ευκολότερα αρνητικό ιόν;

120

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

7. ∆ίνονται τα στοιχεία 10Ne, 9F, 8O, 17Cl, 2He, 11Na γράψτε τις ηλεκτρονιακές δοµές των ατόµων και µε βάση αυτές να τα κατατάξετε σε µια σειρά αυξανόµενης πρώτης ενέργειας ιοντισµού. ∆ώστε πλήρη εξήγηση της απάντησής σας.

8. ∆ίνεται ο παρακάτω πίνακας: Στοιχείο

Πρώτη

Ενέργεια ∆εύτερη

Ενέργεια

Ιοντισµού (eV)

Ιοντισµού (eV)

Li

5,39

75,62

Na

5,14

47,29

K

4,34

31,81

Rb

4,18

27,36

Cs

3,89

23,40

Mg

7,64

15,03

Να εξηγήσετε γιατί: α. Η πρώτη ενέργεια ιοντισµού ελαττώνεται από Li προς το Cs. β. Η δεύτερη ενέργεια ιοντισµού είναι πολύ υψηλότερη της πρώτης στην οµάδα ΙΑ. γ. Η πρώτη ενέργεια ιοντισµού για το Mg είναι µεγαλύτερη από την πρώτη ενέργεια ιοντισµού Νa. δ. Η δεύτερη ενέργεια ιοντισµού για το Mg είναι µικρότερη από τη δεύτερη ενέργεια ιοντισµού οποιουδήποτε αλκαλιµετάλλου.

9. Να συγκρίνετε την ατοµική ακτίνα των παρακάτω χηµικών στοιχείων: α. 3Li, 11Na, 19K, 37Rb

β. 11Na, 12Mg, 13Al, 17Cl

δ. 12Mg, 16S,

ε. 8O, 9F, 11Na

ζ. 18Ar, 19K,

20Ca 20Ca

γ. 19K, 20Ca, 21Sc, 24Cr στ. 17Cl,

20Ca, 34Se

η. 12Mg, 15P, 17Cl, 19K

10. Να συγκρίνετε το µέγεθος στα επόµενα σωµατίδια: α. 19Κ και 19Κ+

β. 9F και 9F-

ε. 16S2- και 8Ο2-

στ. 7Ν, 7Ν3- και 7Ν+

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

γ. 11Να+ και 19Κ+

δ. 13Al, 13Al+ και 13Al13+

121

11. Να µελετήσετε τον παρακάτω συνοπτικό περιοδικό πίνακα και να απαντήσετε στις ερωτήσεις που ακολουθούν: 3

4

5

6

7

8

9

10

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

11

12

13

14

15

16

17

18

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

19

35

K

Br

27

53

Rb

I

55

85

Cs

At

α. Ποιος συνδυασµός στοιχείων θα δίνει την πιο ιοντική ένωση; β. Ποια στοιχεία έχουν τις ηλεκτρονιακές δοµές: i) 1s22s22p63s23p1

ii) 1s22s22p63s23p6

γ. Ποιο από τα στοιχεία Na, Rb, Cl έχει τη µεγαλύτερη πρώτη ενέργεια ιοντισµού; δ. Ποιο από τα οξείδια στις παρακάτω σειρές θα είναι πιο όξινο; i) B2O3, CO2, ReO

ii) SiO2, H2O, Cl2O

12. Να διατάξετε τα επόµενα σωµατίδια κατά αυξανόµενο µέγεθος: α. 8Ο2-, 9F-, 10Ne, 11Na+

β. 19K+,

20Ca

2+

, 21Sc3+

γ. 16S2-, 17Cl-, 18Ar, 19K+

δ. 19Κ+, 19Κ, 17Cl-

13. Να διατάξετε κατά αυξανόµενη τιµή Εi1 τα επόµενα χηµικά στοιχεία: α. 4Be, 12Mg, δ. 10Ne, 19K,

20Ca 32Ge, 36Kr

β. 11Να, 12Mg, 14Si, 17Cl

γ. 9F, 13Al, 16S

ε. 2He, 8O, 10Ne, 16S

14. Ποιο από τα χηµικά στοιχεία 11Να και 12Mg έχει µεγαλύτερη ενέργεια: α. πρώτου ιοντισµού;

122

β. δεύτερου ιοντισµού;

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΡΟΣ ΛΥΣΗ 1. Να υπολογίσεις την ενέργεια που απαιτείται για την αποµάκρυνση ενός ηλεκτρονίου από ένα άτοµο χλωρίου, σε αέρια φάση, αν γνωρίζεις ότι για το χλώριο έχουµε Ei1 = 1260 kJ/mol (Απ. 1260/ΝΑ

kJ ) mol

2. Να υπολογίσετε τους ατοµικούς αριθµούς των επόµενων χηµικών στοιχείων: α. Ανήκει στις αλκαλικές γαίες και έχει την µικρότερη ατοµική ακτίνα. β. Ανήκει στη δεύτερη περίοδο του Π.Π. και έχει τη µικρότερη τιµή Εi1. γ. Έχει τη µικρότερη ατοµική ακτίνα από όλα τα χηµικά στοιχεία. δ. Ανήκει στην Τρίτη περίοδο του Π.Π. και έχει τη µικρότερη ατοµική ακτίνα από τα χηµικά στοιχεία της περιόδου του. ε. Ανήκει στην οµάδα IVA και έχει τη µεγαλύτερη τιµή Εi1. στ. Έχει τη µεγαλύτερη ηλεκτραρνητικότητα από όλα τα χηµικά στοιχεία. ζ. Ανήκει στα αλκάλια και έχει τη µεγαλύτερη τιµή Εi1. η. Ανήκει στην 4η περίοδο του Π.Π. και έχει αρκετά µεγαλύτερη τιµή Εi1 από το αµέσως επόµενο χηµικό στοιχείο του Π.Π.

3. Τα χηµικά στοιχεία Α, Β και Γ έχουν ατοµικούς αριθµούς ν, ν + 2, και ν + 3 αντίστοιχα. Το χηµικό στοιχείο Γ ανήκει στην 3η περίοδο του Π.Π. και έχει διαδοχικές ενέργειες ιοντισµού Εi1 = 740 kJ/mol, Εi2 = 1450 kJ/mol και Εi3 = 7730 kJ/mol. α. Να υπολογίσετε τους ατοµικούς αριθµούς των χηµικών στοιχείων Α, Β και Γ και να προσδιορίσετε τη θέση τους στον Π.Π. β. Να συγκρίνετε την ατοµική ακτίνα των χηµικών στοιχείων Α, Β και Γ. γ. Ποιο από τα χηµικά στοιχεία Α, Β και Γ είναι περισσότερο ηλεκτροθετικό;

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

123

ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ

ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΠΕΡΙΟ∆ΙΚΩΝ Ι∆ΙΟΤΗΤΩΝ ΘΕΜΑ 1ο 1. Σωστό - Λάθος α. Η ενέργεια πρώτου ιοντισµού του 11Να είναι µεγαλύτερη από την ενέργεια πρώτου ιοντισµού του 19Κ.

(2002/Μον. 1) β. H ενέργεια του πρώτου ιοντισµού έχει µεγαλύτερη τιµή από την τιµή της ενέργειας του δεύτερου ιοντισµού. (Επαν. 2004/Μον. 2) γ. Κατά µήκος µιας περιόδου του περιοδικού πίνακα η ατοµική ακτίνα ελαττώνεται από τα αριστερά προς τα δεξιά. (Εσπ. 2005/Μον. 2 – Εσπ. 2010/Μον. 2) δ. Τα µέταλλα έχουν σχετικά υψηλές τιµές ενέργειας ιοντισµού.

(2006/Μον. 1) ε. Σε µια οµάδα του περιοδικού πίνακα η ατοµική ακτίνα ελαττώνεται καθώς προχωρούµε από πάνω προς τα κάτω. (Επαν.Εσπ. 2005/Μον. 2) ζ. Από τα στοιχεία 17Cℓ και 35Br που ανήκουν στην ίδια οµάδα του περιοδικού πίνακα, το 17Cℓ έχει τη µικρότερη ατοµική ακτίνα. (Εσπ. 2004/Μον. 2) η. Η δεύτερη ενέργεια ιοντισµού ενός ατόµου έχει µεγαλύτερη τιµή από την πρώτη ενέργεια ιοντισµού του ιδίου ατόµου.

(2008/Μον. 1-Επαν. 2009/Μον. 1) θ. Σε µια οµάδα του περιοδικού πίνακα η ατοµική ακτίνα αυξάνεται καθώς προχωρούµε από πάνω προς τα κάτω. (Εσπ. 2007/Μον. 2) ι. Σε ένα ελεύθερο άτοµο, η ενέργεια δεύτερου ιοντισµού του (Εi2) έχει µικρότερη τιµή από εκείνη του πρώτου ιοντισµού του (Εi1), δηλαδή ισχύει Εi2<Ei1. (Εσπ. 2007/Μον. 2) κ. Στον περιοδικό πίνακα η ενέργεια πρώτου ιοντισµού αυξάνεται από αριστερά προς τα δεξιά και από κάτω προς τα πάνω. (Εσπ. 2006/Μον. 2) λ. Η τιµή της ενέργειας πρώτου ιοντισµού αυξάνεται από πάνω προς τα κάτω σε µια οµάδα του περιοδικού πίνακα.

(2009/Μον. 1) µ. Σε µια περίοδο του περιοδικού πίνακα η ενέργεια πρώτου ιοντισµού (Εi1) µειώνεται µε την αύξηση του ατοµικού αριθµού δηλαδή από αριστερά προς τα δεξιά. (Εσπ. 2009/Μον. 2)

124

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ν. Κατά µήκος µιας περιόδου η ατοµική ακτίνα αυξάνεται από τα αριστερά προς τα δεξιά. (Επαν. 2009/Μον. 1) ξ. Το στοιχείο µε ατοµικό αριθµό Ζ1=36 έχει πολύ µεγάλη Εi1 , µικρότερη πάντως από την Ei1 του στοιχείου µε ατοµικό αριθµό Ζ2=2. (ΟΕΦΕ 2007/Μον. 1) ο. Κατά µήκος µιας περιόδου του Π.Π η ατοµική ακτίνα ελαττώνεται από τα αριστερά προς τα δεξιά. Αυτό συµβαίνει γιατί προχωρώντας προς τα δεξιά µειώνεται το δραστικό πυρηνικό φορτίο. (ΟΕΦΕ 2007/Μον.1) π. Η ενέργεια δεύτερου ιοντισµού, Εi2, του ασβεστίου δίνεται από την παρακάτω αντίδραση:

Ca( g ) → Ca 2+ ( g ) + 2e− , Ei 2 > 0 (ΟΕΦΕ 2011/Μον. 1)

2. Από τα επόµενα χηµικά στοιχεία τη µικρότερη ατοµική ακτίνα έχει το στοιχείο:

α.6C

β.8Ο

γ.9F

δ.17Cl. (Οµογ. 2002/Μον. 5)

3. Ποιο από τα επόµενα στοιχεία έχει µεγαλύτερη ατοµική ακτίνα; α. 12Mg

β. 17Cl

γ. 18Ar δ. 11Na. (OEΦΕ 2003/Μον. 2)

4. a. Να γραφεί η ηλεκτρονιακή κατανοµή θεµελιώδους κατάστασης σε στοιβάδες, υποστοιβάδες και τροχιακά για το άτοµο του S (z=16). β. i. Πόσα ηλεκτρόνια περιέχονται στη στιβάδα σθένους του S; ii. Πόσα µονήρη ηλεκτρόνια έχει το άτοµο του S; γ. Να συγκρίνετε την ατοµική ακτίνα του S µε την ατοµική ακτίνα του S-2.

(OΕΦΕ 2004/Μον.3+2+2) 5.Η ενέργεια ιοντισµού του ατόµου του υδρογόνου σε kJ/mol είναι: a. -2,18 10-21

β. 2,18 10-21

γ. 1,31 103

δ. -1,31 103

∆ίνεται ΝΑ=6,023 1023 (ΟΕΦΕ 2007/Μον. 5)

ΘΕΜΑ 2ο 1. Η πρόταση που ακολουθεί είναι σωστή ή λανθασµένη: Στα στοιχεία της ίδιας οµάδας του Περιοδικού Πίνακα, η ενέργεια πρώτου ιοντισµού αυξάνεται µε την αύξηση του ατοµικού αριθµού (Ζ). Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. (Οµογ. 2002/Μον. 5)

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

125

2. ∆ίνεται ο παρακάτω πίνακας:

Ενέργειες ιοντισµού (MJ/mol) Ei1= 0,52 Li(g) →Li+(g) + e– Li+(g) →Li2+(g) + e–

Ei2= 7,30

Li2+(g) →Li3+(g) + e–

Ei3= 11,81

α. Να εξηγήσετε γιατί ισχύει η διάταξη Ei1< Ei2< Ei3 για τις ενέργειες ιοντισµού. β. Να εξηγήσετε γιατί η ενέργεια πρώτου ιοντισµού του 3Li είναι µεγαλύτερη από την ενέργεια πρώτου ιοντισµού του 11Νa.

(2003/Μον. 6+6) 3. ∆ίνονται τα χηµικά στοιχεία 11Na και 17Cl. α. Ποιες είναι οι ηλεκτρονιακές δοµές των παραπάνω στοιχείων στη θεµελιώδη κατάσταση; β. Ποιο από τα δυο αυτά στοιχεία έχει τη µικρότερη ατοµική ακτίνα; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας.

(2004/Μον. 2+1+3) 4. ∆ίνονται τα στοιχεία 20Ca και 21Sc. α. Ποιες είναι οι ηλεκτρονιακές δοµές των στοιχείων αυτών στη θεµελιώδη κατάσταση; β. Ποιο από τα δύο αυτά στοιχεία έχει τη µικρότερη ενέργεια πρώτου ιοντισµού; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. γ. Να γραφούν οι ηλεκτρονιακές δοµές των ιόντων Ca2+ και Sc3+ .

(2005/Μον. 2+4+2) 5. Η πρόταση που ακολουθεί είναι σωστή ή λανθασµένη: Το στοιχείο 11Νa έχει µικρότερη ατοµική ακτίνα από το στοιχείο 12Μg . Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας.

(2006/Μον. 1+4) 6. α. Πόσα στοιχεία στη θεµελιώδη κατάσταση έχουν τρία µονήρη ηλεκτρόνια στη στιβάδα Μ και ποιοι είναι οι ατοµικοί τους αριθµοί; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β. Ένα από τα στοιχεία αυτά ανήκει στον τοµέα p του περιοδικού πίνακα. Ποιος είναι ο ατοµικός αριθµός του στοιχείου που ανήκει στην ίδια οµάδα µε αυτό και έχει µεγαλύτερη ενέργεια πρώτου ιοντισµού (Εi1); Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας.

(2007/Μον. 1+3+1+2) 7. ∆ίνονται τα στοιχεία 10Α , 17Β και 19Γ . α. Να γράψετε την ηλεκτρονιακή δοµή των ατόµων τους σε υποστιβάδες στη θεµελιώδη κατάσταση. β. Σε ποια περίοδο και σε ποια οµάδα του περιοδικού πίνακα ανήκει το καθένα απ’ αυτά; γ. Να αιτιολογήσετε ποιο από τα τρία άτοµα των παραπάνω στοιχείων έχει: i. Τη µεγαλύτερη ενέργεια πρώτου ιοντισµού ii. Τη µεγαλύτερη ατοµική ακτίνα (Οµογ. 2008/Μον. 3+3+3+3)

126

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

8. ∆ίνονται τα στοιχεία 11Χ και 9Ψ. α. Πώς κατανέµονται σε υποστιβάδες τα ηλεκτρόνια των ατόµων Χ και Ψ, όταν αυτά βρίσκονται στη θεµελιώδη κατάσταση; β. Σε ποια οµάδα και ποιον τοµέα του Περιοδικού Πίνακα ανήκουν τα στοιχεία Χ και Ψ; γ. Ποιο από τα άτοµα Χ και Ψ έχει µεγαλύτερη ατοµική ακτίνα; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. (Οµογ. 2003/Μον. 3+2+1+2) 9. ∆ίνονται τα παρακάτω στοιχεία: 19Κ, 3Li, 11Na α. Να γράψετε σε ηλεκτρονιακή τους δοµή στη θεµελιώδη κατάσταση. β. Να κατατάξετε κατά σειρά αυξανόµενης ατοµικής ακτίνας. (Εσπ. 2003/Μον. 6+3) 10. Na εξηγήσετε ποιο στοιχείο µεταξύ των Μg και S έχει τη µεγαλύτερη ατοµική ακτίνα: ∆ίνονται 12Mg, 16S

(OΕΦΕ 2005/Μον.2) 11. Να αιτιολογήσετε τις προτάσεις: α. Η 2η ενέργεια ιοντισµού ενός ατόµου είναι πάντα µεγαλύτερη από την 1η ενέργεια ιοντισµού του. β. Σε µια περίοδο του περιοδικού πίνακα, η ατοµική ακτίνα ελαττώνεται από αριστερά προς τα δεξιά.

(2010/Μον. 2+2)

12. Να αιτιολογήσετε την επόµενη πρόταση: Στη διαµόρφωση της τιµής της ενέργειας πρώτου ιοντισµού ενός ατόµου καθοριστικό ρόλο παίζει η ατοµική ακτίνα. (Επαν. 2010/Μον. 2) 13. ∆ίνονται τα στοιχεία

35Br

και 20Ca.

α. Να γράψετε την ηλεκτρονιακή δοµή των ατόµων τους σε υποστοιβάδες στη θεµελιώδη κατάσταση. β. Σε ποια περίοδο και σε ποια οµάδα του περιοδικού πίνακα ανήκει το καθένα από αυτά; γ. Ποιο από τα παραπάνω στοιχεία έχει τη µεγαλύτερη ατοµική ακτίνα; Αιτιολογήστε την απάντησή σας. (Οµογ. 2010/Μον. 2+2+1+3) 14. Η 1η ενέργεια ιοντισµού του 17Cl είναι µεγαλύτερη από την 1η ενέργεια ιοντισµού του 16S. Να αιτιολογήσετε την πρόταση.

(2011/Μον. 2)

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

127

1.7 ΘΕΩΡΙΑ LEWIS

ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΗΣ ΘΕΩΡΙΑ LEWIS

Ηλεκτρόνια σθένους: ονοµάζονται τα ηλεκτρόνια της εξωτερικής στιβάδας των ατόµων. Μόνο αυτά συµµετέχουν στο σχηµατισµό του χηµικού δεσµού.

Η εξωτερική στιβάδα καλείται και στιβάδα

σθένους.

Κανόνας της οκτάδας: τα άτοµα αποβάλλουν ή προσλαµβάνουν ηλεκτρόνια (ετεροπολικός δεσµός) ή αµοιβαία συνεισφέρουν ηλεκτρόνια (οµοιοπολικός δεσµός), προκειµένου να αποκτήσουν δοµή ευγενούς αερίου, δηλαδή, οκτώ ηλεκτρόνια στην τελευταία τους στιβάδα. Εξαιρείται η στιβάδα Κ, που συµπληρώνεται µε δύο ηλεκτρόνια. Όταν δηµιουργείται ο χηµικός δεσµός το σύστηµα των ατόµων από την οποία προέρχεται η ένωση οδηγείται σε σταθερότερη κατάσταση (χαµηλότερη ενέργεια)

Εφαρµόζεται: ικανοποιητικά µόνο για τις ενώσεις στοιχείων που ανήκουν στις τρεις πρώτες περιόδους του περιοδικού πίνακα. Στα στοιχεία των επόµενων περιόδων υπάρχουν συχνά αποκλίσεις από τον κανόνα της οκτάδας. Η σύγχρονη αντίληψη για τον οµοιοπολικό δεσµό παρέχεται από τις κβαντικές θεωρίες του δεσµού σθένους και µοριακών τροχιακών.

Ιοντικός ή ετεροπολικός: είναι ο χηµικός δεσµός που σχηµατίζεται µεταξύ αντίθετα φορτισµένων ιόντων. Η σταθερότητά του οφείλεται στις ελκτικές ηλεκτρικές δυνάµεις που ασκούνται µεταξύ των αντίθετα φορτισµένων ιόντων . Τα ιόντα προκύπτουν από τα αντίστοιχα άτοµα µε αποβολή ή πρόσληψη ηλεκτρονίων, προκειµένου να αποκτήσουν δοµή ευγενούς αερίου ικανοποιώντας τον κανόνα της οκτάδας.

Οµοιοπολικός δεσµός: σχηµατίζεται µεταξύ ατόµων µε αµοιβαία συνεισφορά ηλεκτρονίων ώστε να αποκτά το καθένα από αυτά δοµή ευγενούς αερίου ικανοποιώντας τον κανόνα της οκτάδας.

128

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Σύµβολα στοιχείων κατά Lewis Στο συµβολισµό αυτό τα ηλεκτρόνια σθένους παριστάνονται µε τελείες. Για τα στοιχεία των κύριων οµάδων τα τέσσερα πρώτα ηλεκτρόνια είναι µονήρη, ενώ µετά τη τοποθέτηση και πέµπτου ηλεκτρονίου δηµιουργούνται ζεύγη ηλεκτρονίων (εξαιρείται το Ηe που τα δύο του ηλεκτρόνια είναι συζευγµένα) .

Ζεύγος ηλεκτρονίων Μονήρες ηλεκτρόνιο

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

129

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΕΥΡΕΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑΚΟΥ ΤΥΠΟΥ ΕΝΩΣΕΩΝ

Καταρχήν θα πρέπει να εξετάσουµε αν η ένωση είναι οµοιοπολική ή ιοντική. Ιοντικές είναι οι ενώσεις που περιέχουν µέταλλο ή το ΝΗ4+ . Μέταλλα είναι τα στοιχεία που διαθέτουν στην εξωτερική τους στοιβάδα από 1-3 ηλεκτρόνια ( οµάδες ΙΑ, ΙΙΑ και ΙΙΙΑ)

Τα

µέταλλα έχουν τάση τα δώσουν e και να αποκτήσουν την δοµή του προηγούµενου ευγενούς αερίου. ∆εν είναι µέταλλα το 1Η : 1s1 ( προσλαµβάνει 1 ηλεκτρόνιο για να αποκτήσει δοµή ευγενούς αερίου και είναι αµέταλλο) και το 5Β: 1s2 2s2 2p1 ( έχει µεγάλη ενέργεια ιοντισµού και δεν µπορεί να διώξει ηλεκτρόνια) Οµοιοπολικές είναι οι ενώσεις που περιέχουν µόνο αµέταλλα. Αµέταλλα είναι τα στοιχεία που διαθέτουν στην εξωτερική τους στοιβάδα από 5-7 ηλεκτρόνια ( οµάδες VA, VΙΑ, και VΙΙΑ) και ο άνθρακας 6C: 1s2 2s2 2p2 Τα αµέταλλα έχουν τάση τα πάρουν e και να αποκτήσουν την δοµή του επόµενου ευγενούς αερίου

Μέταλλα

Αµέταλλα

Κανόνες για τη γραφή των ηλεκτρονιακών τύπων των οµοιοπολικών ενώσεων.

•

Γράφουµε την ηλεκτρονιακή δοµή των ατόµων και υπολογίζουµε τα

ηλεκτρόνια σθένους κάθε ατόµου. Αν όλα τα άτοµα είναι αµέταλλα τότε η ένωση είναι οµοιοπολική •

Υπολογίζουµε τα συνολικά

ηλεκτρόνια σθένους όλων των ατόµων που

περιέχονται στο µόριο.

130

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

•

Βρίσκουµε το κεντρικό άτοµο της ένωσης. Κεντρικό άτοµο είναι αυτό

που έχει δείκτη 1 στον µοριακό τύπο της ένωσης. Αν υπάρχουν δύο άτοµα µε δείκτη 1, διαλέγουµε εκείνο που είναι λιγότερο ηλεκτραρνητικό (σειρά µειούµενης ηλεκτραρνητικότητας F >Ο >Ν, Cl > Br >S, I, C>P>H). Το άτοµο του υδρογόνου ποτέ δεν είναι κεντρικό άτοµο.

•

Συνδέουµε το κεντρικό άτοµο µε τα περιφερειακά άτοµα µε απλούς δεσµούς

(κάθε απλός δεσµός είναι ένα δεσµικό ζεύγος ηλεκτρονίων). Στις περιπτώσεις που έχουµε οξυγόνο και υδρογόνο σε ανόργανες ενώσεις, συνδέουµε τα άτοµα υδρογόνου µε τα άτοµα οξυγόνου και αυτά µε το κεντρικό άτοµο.

•

Τα υπόλοιπα ηλεκτρόνια τοποθετούνται ανά ζεύγη (µη δεσµικά ζεύγη

ηλεκτρονίων) στα περιφερειακά άτοµα, έτσι ώστε να συµπληρώσουν τη στιβάδα σθένους µε 8 ηλεκτρόνια (εξαιρείται το άτοµο Η που συµπληρώνεται µε δύο).

•

Στο κεντρικό άτοµο βάζουµε όσα ηλεκτρόνια περισσεύουν,

ακόµα και αν

χρειαστεί να υπερβούµε την οκτάδα ηλεκτρονίων. Αν το κεντρικό άτοµο έχει λιγότερα από 8 ηλεκτρόνια,

µετατρέπουµε ορισµένα µη δεσµικά ζεύγη

ηλεκτρονίων περιφερειακών ατόµων σε δεσµικά, ώστε να δηµιουργηθούν διπλοί ή τριπλοί

δεσµοί και να συµπληρωθεί η εξωτερική στοιβάδα του κεντρικού

άτοµου.

•

Επίσης, τα αλογόνα στην άκρη του µορίου µιας ένωσης (όταν δεν είναι

κεντρικά άτοµα) έχουν τρία µη δεσµικά ζεύγη ηλεκτρονίων και ένα απλό δεσµικό ζεύγος ηλεκτρονίων.

•

Τα άτοµα Ο ή S στην άκρη του µορίου µιας ένωσης (όταν δεν είναι κεντρικά

άτοµα)έχουν, είτε ένα απλό δεσµό και τρία µη δεσµικά ζεύγη, είτε δύο απλούς δεσµούς και δύο µη δεσµικά ζεύγη. ∆ηλαδή,

ή

S

S H

Αν το άτοµο Ν είναι στην άκρη του µορίου έχουµε:

N

ή

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

N

ή

N

131

Παραδείγµατα

1. Να γραφεί ο ηλεκτρονιακός τύπος κατά Lewis του CO2 ∆ίνονται οι ατοµικοί αριθµοί του C: 6 , O: 8 Λύση Γράφουµε τις ηλεκτρονιακές δοµές: 6C:

1s2 2s2 2p2

2 8O:1s

2s2 2p4

4 ηλεκτρόνια σθένους 6 ηλεκτρόνια σθένους

•

Το κεντρικό άτοµο είναι ο C.

•

Συνολικός αριθµός των ηλεκτρονίων σθένους είναι : 4 + 2 · 6 = 16

•

Σχηµατίζουµε δύο δεσµικά ζεύγη ηλεκτρονίων: O – C – O

•

Περισσεύουν 12 ηλεκτρόνια. Τα 6 αυτά ζεύγη τοποθετούνται στα δύο άτοµα του Ο, ώστε να

αποκτήσουν ηλεκτρονιακή οκτάδα.

Ο άνθρακας έχει µόνο 4 ηλεκτρόνια. Μετατρέπουµε δύο µή δεσµικά ζεύγη ηλεκτρονίων σε δεσµικά ώστε και ο άνθρακας να αποκτήσει οκτώ ηλεκτρόνια. Τελικά. ο ηλεκτρονιακός τύπος κατά Lewis του CO2 είναι:

2. Να γραφεί ο ηλεκτρονιακός τύπος κατά Lewis του HCN ∆ίνονται οι ατοµικοί αριθµοί του H: 1, C: 6, N: 7

Λύση •

Γράφουµε τις ηλεκτρονιακές δοµές:

6C:

1s2 2s2 2p2

2 7Ν:1s 1Η:

1s1

132

2s2 2p3

4 ηλεκτρόνια σθένους 5 ηλεκτρόνια σθένους 1 ηλεκτρόνιο σθένους

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

•

Προσθέτουµε τον αριθµό των ηλεκτρονίων σθένους: 1 + 4 + 5 = 10

•

Κεντρικό άτοµο επιλέγεται ο C, καθώς είναι λιγότερο ηλεκτραρνητικός από το Ν.

•

Συνδέουµε στο κεντρικό άτοµο τα περιφερειακά άτοµα

µε απλούς οµοιοπολικούς δεσµούς

(δεσµικά ζεύγη ηλεκτρονίων): Η: C: N

•

Xρησιµοποιήσαµε 4 ηλεκτρόνια και περισσεύουν 10 – 4 = 6, δηλαδή, 3 ζεύγη ηλεκτρονίων.

•

Τοποθετούµε τα 3 ζεύγη ηλεκτρονίων στο άτοµο Ν, ώστε να αποκτήσει οκτάδα ηλεκτρονίων. Το

άτοµο Η έχει ήδη αποκτήσει σταθερή ηλεκτρονιακή δοµή µε δύο ηλεκτρόνια.

•

Το άτοµο του C έχει 4 ηλεκτρόνια. Μετατρέπουµε δύο µή δεσµικά ζεύγη ηλεκτρονίων σε

δεσµικά ώστε να αποκτήσει την ηλεκτρονιακή οκτάδα.

H : C MM N :

3. Να γραφεί ο ηλεκτρονιακός τύπος κατά Lewis του ΗΝΟ3 ∆ίνονται οι ατοµικοί αριθµοί του H: 1, Ο: 8, N: 7

Λύση •

Γράφουµε τις ηλεκτρονιακές δοµές:

2 7Ν:1s 1Η:

1s1

2 8O:1s

• • •

2s2 2p3

5 ηλεκτρόνια σθένους 1 ηλεκτρόνιο σθένους

2s2 2p4

6 ηλεκτρόνια σθένους

Προσθέτουµε τα ηλεκτρόνια σθένους Σύνολο:1+5+3x6=24 Το κεντρικό άτοµο είναι το Ν. Συνδέουµε το άτοµο υδρογόνου µε ένα άτοµο οξυγόνου και αυτό µε το κεντρικό άτοµο το Ν µε

απλό δεσµό. Τα υπόλοιπα οξυγόνα συνδέονται µε το κεντρικό άτοµο. Ο | Ο − Ν− Ο − Η

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

133

•

Χρησιµοποιήσαµε 4·2e=8e. Τα υπόλοιπα ηλεκτρόνια 24-8=16e τοποθετούνται ανά ζεύγη στα

περιφερειακά άτοµα ( στα Ο)

.. ..

H:O: N :O: .. .. .. :O ..: Το Ν δεν έχει 6 ηλεκτρόνια στη στιβάδα σθένους. Μετατρέπουµε ένα µή δεσµικό ζεύγος ηλεκτρονίων ( που ανήκει σε Ο που δεν είναι συνδεδεµένο µε το Η. Το Ο που είναι συνδεδεµένο µε το Η έχει ήδη δύο απλούς δεσµούς και δεν µπορεί να σχηµατίσει και τρίτο) σε δεσµικό ώστε να αποκτήσει την ηλεκτρονιακή οκτάδα. Άρα:

.. ..

H:O: N ::O: .. .. :O ..: Κανόνες για τη γραφή των ηλεκτρονιακών τύπων των πολυατοµικών ιόντων. Οι κανόνες που ακολουθούµε για τη γραφή των ηλεκτρονιακών τύπων των πολυατοµικών ιόντων είναι οι ίδιοι µε αυτούς που ακολουθούµε στις οµοιοπολικές ενώσεις γιατί στα ιόντα αυτά υπάρχουν οµοιοπολικοί δεσµοί. Η µόνη διαφορά είναι στον υπολογισµό των ηλεκτρονίων

σθένους

όλων των

ατόµων που περιέχονται στο µόριο. Αν έχουµε ανιόν, προσθέτουµε τόσα ηλεκτρόνια επί πλέον, όσο είναι το ηλεκτρικό φορτίο του ανιόντος ( το ανιόν δηµιουργείται µε πρόσληψη ηλεκτρονίων), ενώ αν έχουµε κατιόν αφαιρούµε τόσα ηλεκτρόνια, όσο είναι το φορτίο του κατιόντος( το κατιόν δηµιουργείται µε αποβολή ηλεκτρονίων). π.χ.

Το S και το Ο διαθέτουν 6 ηλεκτρόνια σθένους. Τα συνολικά ηλεκτρόνια

σθένους στο SO3 είναι : 6 + 3 · 6 = 24 , ενώ στο SO32- είναι : 6 ηλεκτρόνια σθένους (από το S) + 3· 6 ηλεκτρόνια σθένους (από τα 3 άτοµα Ο)+ 2 ηλεκτρόνια (από το αρνητικό φορτίο του ιόντος)= 26 και στο ΝΗ4+ είναι:

5 ηλεκτρόνια σθένους (από το N) + 4 · 1 ηλεκτρόνια

σθένους (από τα 4 άτοµα Η)- 1 ηλεκτρόνια (από το θετικό φορτίο του ιόντος)= 8 ηλεκτρόνια σθένους.

134

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

4. Να γραφεί ο ηλεκτρονιακός τύπος κατά Lewis του ClO31∆ίνονται οι ατοµικοί αριθµοί του Cl: 17 , O: 8.

Λύση •

Γράφουµε τις ηλεκτρονιακές δοµές:

17Cl:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

2 8O:1s

2s2 2p4

7 ηλεκτρόνια σθένους 6 ηλεκτρόνια σθένους

•

Κεντρικό άτοµο είναι το Cl

•

Ο συνολικός αριθµός των ηλεκτρονίων σθένους είναι:1 + 7 +3·6 = 26

•

Σχηµατίζουµε απλούς οµοιοπολικούς µεταξύ των ατόµων:

1−

ή

•

Χρησιµοποιήσαµε

   .. .. ..  : Ο− Cl − Ο :  .. | ..  :Ο   ..:

6 ηλεκτρόνια και περισσεύουν 26 – 6 = 20 (περισσεύουν άλλα 10 ζεύγη

ηλεκτρονίων) Το άτοµο του Cl παίρνει 1 ζεύγος ηλεκτρονίων, ενώ 3 ζεύγη τοποθετούνται σε κάθε άτοµο

•

οξυγόνου. Έτσι, καταλήγουµε:

•• :O ••

•• Cl

•• : O ••

1-

: O :

••

5. Να γραφεί ο ηλεκτρονιακός τύπος κατά Lewis του ΝΗ41+ ∆ίνονται οι ατοµικοί αριθµοί του Ν: 7, Η: 1.

Λύση •

Γράφουµε τις ηλεκτρονιακές δοµές:

2 7Ν:1s

2s2 2p3

5 ηλεκτρόνια σθένους

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

135

1 1Η:1s

1 ηλεκτρόνιο σθένους

•

Κεντρικό άτοµο είναι το Ν

•

Ο συνολικός αριθµός των ηλεκτρονίων σθένους είναι:5 +4·1-1 = 8

•

Σχηµατίζουµε απλούς οµοιοπολικούς µεταξύ των ατόµων:

 Η ..  Η : Ν : Η   ..   Η 

ή

•

+

Χρησιµοποιήσαµε 8 ηλεκτρόνια και όλα τα στοιχεία απόκτησαν δοµή ευγενούς αερίου

Κανόνες για τη γραφή των ηλεκτρονιακών τύπων των ιοντικών ενώσεων. Θυµίζουµε ότι ιοντικές είναι οι ενώσεις που περιέχουν ένα κατιόν (µέταλλο ή το ΝΗ4+ ) και ένα ανιόν. Μέταλλα είναι τα στοιχεία που διαθέτουν στην εξωτερική τους στοιβάδα από 1-3 ηλεκτρόνια. ∆εν είναι µέταλλα το 1Η : 1s1 και το 5Β: 1s2 2s2 2p1 Η διαδικασία είναι η εξής:

•

Γράφουµε την ηλεκτρονιακή δοµή των ατόµων και υπολογίζουµε τα

ηλεκτρόνια σθένους κάθε ατόµου.

• •

Βρίσκουµε το είδος και το φορτίο του κατιόντος και του ανιόντος Γράφουµε τους ηλεκτρονιακούς τύπους των ιόντων και τους συνδυάζουµε

µε τους δείκτες του

µοριακού τύπου της ένωσης (οι δείκτες

δηλώνουν την

αναλογία των ιόντων στο κρύσταλλο)

6. Να γραφεί ο ηλεκτρονιακός τύπος κατά Lewis του Κ2Ο. ∆ίνονται οι ατοµικοί αριθµοί του Κ: 19 , O: 8

Λύση

136

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

• 19Κ:

Γράφουµε τις ηλεκτρονιακές δοµές: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1

2 8O:1s

2s2 2p4

1 ηλεκτρόνιο σθένους 6 ηλεκτρόνια σθένους

Η χηµική ένωση Κ2Ο είναι ιοντική γιατί το Κ είναι µέταλλο.

•

Το

19Κ

έχει 1 ηλεκτρόνιο στην εξωτερική του στιβάδα και στην προτελευταία 8. Για να αποκτήσει

δοµή ευγενούς αερίου πρέπει να αποβάλει το 1 ηλεκτρόνιο και να µείνει µε οκτώ ηλεκτρόνια στην στοιβάδα Μ (n = 3), οπότε θα µετατραπεί στο κατιόν Κ +.

•

Το O έχει 6 ηλεκτρόνια στην εξωτερική του στιβάδα. Για να αποκτήσει δοµή ευγενούς αερίου

πρέπει να πάρει δύο ηλεκτρόνια στην εξωτερική του στιβάδα L και να µετατραπεί στο ανιόν O2- . Ο ηλεκτρονιακός τύπος της ένωσης είναι:

Προσέξτε: πρέπει ο συνολικός αριθµός των ηλεκτρονίων που αποβάλλουν τα άτοµα του µετάλλου να είναι ίδιος µε τον συνολικό αριθµό των ηλεκτρονίων που προσλαµβάνουν τα άτοµα του αµέταλλου. Στο συγκεκριµένο παράδειγµα τα δύο άτοµα Κ απέβαλλαν δύο συνολικά ηλεκτρόνια τα οποία προσέλαβε το ένα άτοµο Ο.

7. Τα στοιχεία Α, Β, Γ έχουν ατοµικούς αριθµούς v, v + 1, v + 2 αντίστοιχα. Αv τo Β είναι ευγενές αέριο, τι δεσµός σχηµατίζεται στηv ένωση ΑΓ; (Πολυτεχνείο 1973)

Λύση 1oς τρόπος ∆ιακρίνουµε δύο περιπτώσεις: α. Το στοιχείο Β που είναι ευγενές vα έχει 8 ηλεκτρόνια στην εξωτερική στιβάδα. Οπότε το Α µε ατοµικό αριθµό κατά 1 λιγότερο, έχει 7 ηλεκτρόνια, ενώ το Γ µε ατοµικό αριθµό κατά 1 µεγαλύτερο, έχει

1 ηλεκτρόνιο στην επόµενη στιβάδα. Εποµένως το Γ

αποβάλλει το ένα ηλεκτρόνιο της εξωτερικής στιβάδας,

φορτίζεται θετικά και αποκτά σταθερή

ηλεκτρική δοµή (δοµή ίδια µε του Β). Το Α προσλαµβάνει αυτό το ηλεκτρόνιο, φορτίζεται αρνητικά και αποκτά σταθερή ηλεκτρονική δοµή (ίδια

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

µε του

Β).

Μεταξύ

των κατιόντων

Γ+ και

των

137

ανιόντων Α- αναπτύσσονται ηλεκτροστατικές δυνάµεις, δηλαδή εµφανίζεται ετεροπολικός δεσµός. (Η ένωση είναι αλογoνούχο άλας αλκαλίου). β. Το στοιχείο Β vα έχει 2 ηλεκτρόνια στην Κ. Οπότε το Α µε ατοµικό αριθµό κατά 1 λιγότερο, έχει 1 ηλεκτρόνιο στην Κ, εποµένως είναι το Η. Αντιθέτως, το Γ µε ατοµικό αριθµό κατά 1 µεγαλύτερο, έχει 1 ηλεκτρόνιο στην L. Οπότε το Γ αποβάλλει το 1 ηλεκτρόνιο της εξωτερικής στιβάδας, φορτίζεται θετικά και αποκτά σταθερή ηλεκτρονική δοµή (δοµή ίδια µε αυτή του Β). Το Α προσλαµβάνει αυτό το ηλεκτρόνιο, φορτίζεται αρνητικά και αποκτά σταθερή ηλεκτρονική δοµή (ίδια µε αυτή

του Β). Μεταξύ

των

κατιόντων Γ+

και

των

ανιόντων

Α- αναπτύσσονται

ηλεκτροστατικές δυνάµεις, δηλαδή εµφανίζεται ετερoπoλικός δεσµός. (Η ένωση είναι του υδρίδιο του λιθίου).

2oς τρόπος Από το στοιχείο Α (Ζ = v) λείπει 1e- προκειµένου vα αποκτήσει την ηλεκτρovική δοµή του ευγενούς Β (Ζ = v + 1). Το στοιχείο Γ (Ζ = v + 2) έχει 1e- περισσότερο από τη δοµή του ευγενούς αερίου Β. Οπότε αποβάλλοντας ένα ηλεκτρόνιο αποκτά τη δοµή του Β και ταυτόχρονα µετατρέπεται στο κατιόν Γ+. Το e-, που αποβλήθηκε από το Γ, προσλαµβάνεται από το Α, οπότε αποκτά και αυτό τη δοµή του ευγενούς αερίου Β και

ταυτόχρονα µετατρέπεται στο ανιόν Α-. Μεταξύ των ιόντων Γ+ και Α-

ασκούνται ηλεκτροστατικές δυνάµεις (Coulomb), δηλαδή σχηµατίζεται ετερoπoλικός δεσµός.

8. Να γραφεί ο ηλεκτρονιακός τύπος κατά Lewis του (ΝΗ4)2 SO4. ∆ίνονται οι ατοµικοί αριθµοί του N: 7 , O: 8, H: 1, S: 16.

Λύση •

Γράφουµε τις ηλεκτρονιακές δοµές:

16S:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p4

6 ηλεκτρόνια σθένους

2 8O:1s

2s2 2p4

6 ηλεκτρόνια σθένους

2 7N:1s

2s2 2p3

5 ηλεκτρόνια σθένους

1 1H:1s

1 ηλεκτρόνιο σθένους

Η χηµική ένωση (ΝΗ4)2 SO4 είναι ιοντική γιατί περιέχει το ΝΗ4+

138

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

•

Το κάθε αφόρτιστο συγκρότηµα ΝΗ4 έχει αποβάλει ένα ηλεκτρόνιο και µετατρέπεται σε

κατιόν ΝΗ4+. Τα δύο συγκροτήµατα ΝΗ4 απέβαλλαν δύο συνολικά ηλεκτρόνια τα οποία προσέλαβε το αφόρτιστο συγκρότηµα SO4 και µετατρέπεται σε ανιόν SO42-

•

Θα βρούµε τον ηλεκτρονιακό τύπο του κατιόντος ΝΗ4+ Ο συνολικός αριθµός των ηλεκτρονίων

σθένους είναι:5 +4·1-1 = 8. Κεντρικό άτοµο είναι το Ν. Σχηµατίζουµε απλούς οµοιοπολικούς µεταξύ των ατόµων:

χρησιµοποιήσαµε 8 ηλεκτρόνια και όλα τα στοιχεία απόκτησαν δοµή ευγενούς αερίου •

Θα βρούµε τον ηλεκτρονιακό τύπο του ανιόντος SO42- Ο συνολικός αριθµός των ηλεκτρονίων

σθένους είναι:6+4·6+2=32. Κεντρικό άτοµο είναι το S. Σχηµατίζουµε απλούς οµοιοπολικούς µεταξύ των ατόµων:

•

Χρησιµοποιήσαµε

8 ηλεκτρόνια και περισσεύουν 32 – 8 = 24 (περισσεύουν άλλα 12 ζεύγη

ηλεκτρονίων) •

Το κάθε άτοµο του οξυγόνου παίρνει3 ζεύγη ηλεκτρονίων. Ο ηλεκτρονιακός τύπος του ανιόντος

SO42- είναι:

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

139

•• •• O ••

•• ••O••  •• O: S ••

2-

••O•• ••

Ο ηλεκτρονιακός τύπος του (ΝΗ4)2 SO4 είναι:

•• •• O ••

•• ••O••  •• O: S ••

2-

••O•• ••

Εξαιρέσεις από τον κανόνα της οκτάδας

9. Να γραφεί ο ηλεκτρονιακός τύπος κατά Lewis του BF3. ∆ίνονται οι ατοµικοί αριθµοί του Β: 5 , F: 9

Λύση •

Γράφουµε τις ηλεκτρονιακές δοµές:

5B:

1s2 2s2 2p1

2 9F:1s

2s2 2p5

3 ηλεκτρόνια σθένους ( δεν είναι µέταλλο γιατί έχει µεγάλη ενέργεια ιοντισµού) 7 ηλεκτρόνια σθένους

•

Το κεντρικό άτοµο είναι το B.

•

Ο συνολικός αριθµός των ηλεκτρονίων σθένους είναι : 3 + 3 · 7 = 24

•

Σχηµατίζουµε απλούς οµοιοπολικούς µεταξύ των ατόµων: F

B

F

F

140

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

• •

Χρησιµοποιήσαµε 6 ηλεκτρόνια και περισσεύουν 24-6=18 ηλεκτρόνια. Κάθε άτοµο φθορίου παίρνει τρία ζεύγη ηλεκτρονίων, οπότε έχουµε: F

B

F

F

∆εν µετατρέπω κάποιο µη δεσµικό ζεύγος ηλεκτρονίων σε δεσµικό γιατί τότε το F θα αποκτήσει διπλό οµοιοπολικό δεσµό (γνωρίζουµε ότι τα αλογόνα στην άκρη του µορίου µιας ένωσης έχουν τρία µη δεσµικά ζεύγη ηλεκτρονίων και ένα απλό δεσµό). Τελικά στην ένωση BF3 το Β δεν µπορεί να αποκτήσει ηλεκτρονιακή οκτάδα στη στιβάδα σθένους του.

10. Να γραφεί ο ηλεκτρονιακός τύπος κατά Lewis του PCl5 ∆ίνονται οι ατοµικοί αριθµοί του Cl: 17, P: 15

Λύση

•

Γράφουµε τις ηλεκτρονιακές δοµές:

17Cl:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

7 ηλεκτρόνια σθένους

15P:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p3

•

Το κεντρικό άτοµο είναι ο P

•

Ο συνολικός αριθµός των ηλεκτρονίων είναι : 5 + 5 · 7 = 40

•

∆ηµιουργούµε πέντε δεσµικά ζεύγη ηλεκτρονίων :

5 ηλεκτρόνια σθένους

Cl Cl

Cl

P Cl

Cl

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

141

•

Χρησιµοποιήσαµε 10 ηλεκτρόνια και περισσεύουν 40-10=30 ηλεκτρόνια.

Cl Cl

Cl

P Cl

Cl

•

Κάθε άτοµο χλωρίου παίρνει τρία ζεύγη ηλεκτρονίων και έχουµε:

•

O P διαθέτει 10 ηλεκτρόνια σθένους.

Ηλεκτρονιακοί τύποι οργανικών ενώσεων που περιέχουν C,H,O και N. Πρόκειται για οµοιοπολικές ενώσεις, οπότε, για να βρούµε τους ηλεκτρονιακούς τύπους, ακολουθούµε τα βήµατα που αναφέρθηκαν προηγούµενα για τις οµοιοπολικές ενώσεις. Πρέπει να γνωρίζουµε ότι:

Οµόλογη

Γενικός µοριακός τύπος

σειρά

Χαρακτηριστική Παρατηρήσεις οµάδα

Κορεσµένες

Cν H 2ν+1OH

-ΟΗ

Ένα

άτοµο

µονοσθενείς

ή

ενώνεται

αλκόλες

Cν H 2ν+2O

άτοµο του Ο, και

µε

Η το

τα υπόλοιπα άτοµα Η ενώνονται µε τα άτοµα του C Κορεσµένα µονοκαρβοξυλικά οξέα

Cν H 2ν+1COOH

− C =O | ΟΗ

Ένα

άτοµο

ενώνεται

µε

Η το

άτοµο του Ο, και τα υπόλοιπα άτοµα Η ενώνονται µε τα άτοµα του C

142

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Κορεσµένοι

Cν H 2ν+2O

Όλα τα άτοµα Η

µονοσθενείς

Για ν>1

ενώνονται

αιθέρες

µε

τα

άτοµα του C

Κορεσµένες

Cν H 2νO

Όλα τα άτοµα Η

µονοσθενείς

ενώνονται

καρβονυλικές

άτοµα του C

µε

τα

ενώσεις

Κορεσµένα

Cν H 2ν+1CN

Όλα τα άτοµα Η

µονοσθενή νιτρίλια

ενώνονται

µε

τα

άτοµα του C Κορεσµένες

Cν H 2ν+1NH2

-ΝΗ2

µονοσθενείς αµίνες

∆ύο

άτοµα

ενώνονται

Η

µε

το

άτοµο του Ν, και τα υπόλοιπα άτοµα Η ενώνονται µε τα άτοµα του C

11. Ποιοί είναι οι ηλεκτρονιακοί τύποι των παρακάτω οργανικών ενώσεων: CH2O, CH2O2 ∆ίνονται οι ατοµικοί αριθµοί του H: 1,

CH4O, και

C: 6 , O: 8.

Λύση

•

Γράφουµε τις ηλεκτρονιακές δοµές:

6C:

1s2 2s2 2p2

2 8O:1s

2s2 2p4

4 ηλεκτρόνια σθένους 6 ηλεκτρόνια σθένους

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

143

1Η:

1s1

1 ηλεκτρόνιο σθένους

CH2O

1.

•

Ο συνολικός αριθµός των ηλεκτρονίων σθένους είναι : 4+ 6+2·1 =12

•

Το κεντρικό άτοµο είναι ο C. Η ένωση CH2O αντιστοιχεί σε γενικό µοριακό τύπο Cν H

2νO

δηλαδή

έχει χαρακτηριστική οµάδα το καρβονύλιο. Συνδέουµε και τα δύο άτοµα Η και το Ο µε τον C µε απλούς οµοιοπολικούς δεσµούς

H C

O

H

•

Χρησιµοποιήσαµε 6 ηλεκτρόνια και περισσεύουν 12-6=6 ηλεκτρόνια τα οποία τοποθετούνται στο

Ο:

•

Ο C έχει 6 ηλεκτρόνια στη στιβάδα σθένους. Μετατρέπουµε ένα µή δεσµικό ζεύγος ηλεκτρονίων

που ανήκει στο Ο σε δεσµικό ώστε να αποκτήσει την ηλεκτρονιακή οκτάδα, δηλαδή ο ηλεκτρονιακός τύπος είναι:

2.

•

144

CH4O Ο συνολικός αριθµός των ηλεκτρονίων σθένους είναι : 4+ 6+4·1 =14

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

•

Το κεντρικό άτοµο είναι ο C. Η ένωση CH4O αντιστοιχεί σε γενικό µοριακό τύπο Cν H

2ν+2O

δηλαδή έχει χαρακτηριστική οµάδα το υδροξύλιο. Ένα άτοµο Η ενώνεται µε το άτοµο του Ο, και τα υπόλοιπα 3 άτοµα Η και το Ο ενώνονται µε το άτοµο του C µε απλούς οµοιοπολικούς δεσµούς

•

Χρησιµοποιήσαµε 10 ηλεκτρόνια και περισσεύουν 14-10=4 ηλεκτρόνια τα οποία τοποθετούνται

στο Ο, δηλαδή ο ηλεκτρονιακός τύπος είναι:

CH2O2

3.

•

•

Ο συνολικός αριθµός των ηλεκτρονίων σθένους είναι : 4+ 2·6+2·1 =18

Το κεντρικό άτοµο είναι ο C. Η ένωση CH2O2 αντιστοιχεί σε γενικό µοριακό τύπο Cν H

2νO2

δηλαδή έχει χαρακτηριστική οµάδα το καρβοξύλιο. Ένα άτοµο Η ενώνεται µε το άτοµο του Ο, και το άλλο άτοµο Η ενώνεται µε το άτοµο του C µε απλούς οµοιοπολικούς δεσµούς

•

Χρησιµοποιήσαµε 8 ηλεκτρόνια και περισσεύουν 18-8=10 ηλεκτρόνια τα οποία τοποθετούνται στα

δύο Ο:

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

145

•

Ο C έχει 6 ηλεκτρόνια στη στιβάδα σθένους. Μετατρέπουµε ένα µή δεσµικό ζεύγος ηλεκτρονίων

(που ανήκει στο Ο που δεν είναι συνδεδεµένο µε το Η. Το Ο που είναι συνδεδεµένο µε το Η έχει ήδη δύο απλούς δεσµούς και δεν µπορεί να σχηµατίσει και τρίτο) σε δεσµικό ώστε να αποκτήσει την ηλεκτρονιακή οκτάδα, δηλαδή ο ηλεκτρονιακός τύπος είναι:

146

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΡΟΣ ΛΥΣΗ

1. Ποιοι είναι οι ηλεκτρονιακοί τύποι κατά Lewis των: α. Να2Ο,

β. ΝΗ3,

γ. ΟF2,

δ. CN-;

2. Ποιος είναι ο σωστός ηλεκτρονιακός τύπος της υδραξίνης (Ν2Η4); ..

..

(Β) H − N = N − H

( Α) H − N − N − H

| Η

| | Η Η

..

..

| Η

| Η

| Η

..

(Γ ) H − N = N − H

(∆ ) H − N = N − H | Η

| Η

3. Ένα στοιχείο ατοµικού αριθµού 35 ενώνεται α) µε Cs και β) µε Η. Γράψτε τους ηλεκτρονιακούς τύπους των ενώσεων που προκύπτουν και δείξτε το είδος του δεσµού που σχηµατίζεται στην κάθε περίπτωση.

4. Να γραφούν οι ηλεκτρονιακοί τύποι των παρακάτω ενώσεων: α. PCl3

β. SiH4

θ. ΝΗ4Cl

γ. ΒαΟ

δ. Να2Ο

ε. ΒCl3

στ. Η2S

ζ. CO

η. C3H8

ι. CHCl3

5. Να γραφούν οι ηλεκτρονιακοί τύποι των: α. CH3SH

β. N(CH3)3

γ. CH3OH

δ. CH3Cl

ε. PH3

6. Να γραφούν οι ηλεκρονιακοί τύποι των παρακάτω ενώσεων: α. C2H2

β. COCl2

γ. ΝΗ3

δ. CH3CN

ε. CS2

7. Τα στοιχεία Α, Β, και Γ έχουν ατοµικούς αριθµούς 5, 16 και 9, αντίστοιχα. Ποιο απ’ αυτά είναι µέταλλο και ποιο αµέταλλο; Γράψτε τους ηλεκτρονιακούς τύπους των ενώσεων που σχηµατίζουν µεταξύ τους.

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

147

8. ∆ίνονται τα άτοµα Α, Β, Γ, ∆ και Ε που απαντούν στην ίδια περίοδο. Αυτά έχουν στην εξωτερική τους στιβάδα 1, 2, 4, 5 και 7 ηλεκτρόνια, αντίστοιχα. Να προβλεφθούν: α. Οι τύποι των ενώσεων µεταξύ των Α και Ε, Β και Ε και Γ και Ε. β. Αν η ένωση µεταξύ του Β και Ε είναι ιοντική ή οµοιοπολική. γ. Ο ηλεκτρονιακός τύπος της ένωσης µεταξύ ∆ και Ε. δ. Ποια από τα άτοµα αυτά σχηµατίζουν διατοµικά µόρια.

9. Η µεθυλονιτροζαµίνη είναι µια ισχυρά καρκινογόνος ένωση που έχει το συντακτικό τύπο: H3CNNO. Γράψτε τον ηλεκτρονιακό τύπο της µεθυλονιτροζαµίνης.

10. Να γραφούν οι ηλεκτρονιακοί τύποι των παρακάτω πολυατοµικών ιόντων: α. SO32 −

β. NO3−

γ. ClO3−

δ. OH −

ε. NH 4+ .

11. ∆ίνονται τα στοιχεία Α, Β, Γ και ∆ που έχουν διαδοχικούς ατοµικούς αριθµούς. Το στοιχείο ∆ είναι ένα µονοατοµικό αέριο και δε σχηµατίζει καµία ένωση. α. Ποιο από τ’ άλλα στοιχεία Α, Β και Γ θα έχει τη µεγαλύτερη τάση να προσλάβει ένα επιπλέον ηλεκτρόνιο; β. Μια ένωση του στοιχείο Γ µε αλκαλιµέταλλο Μ έχει τον τύπο ΜΓ. Είναι η ένωση ΜΓ ιοντική ή όχι; γ. Να γράψετε τους ηλεκτρονιακούς τύπους των ενώσεων των στοιχείων Α, Β και Γ µε το υδρογόνο.

12. Σε ποιες από τις παρακάτω ουσίες τα άτοµα αποκτούν ηλεκτρονιακή διαµόρφωση ευγενούς αερίου (οκτάδα ηλεκτρονίων); α. ΝΟ

β. BF3

γ. PF5

δ. ClO-

13. Να γράψετε τους ηλεκτρονιακούς τύπους κατά Lewis των χηµικών ενώσεων που σχηµατίζονται µεταξύ των χηµικών στοιχείων: α. 12Mg, 17Cl 16S,

148

β. 19K, 16S

θ. 14Si, 17Cl,

γ. 1Η, 16S

ι. 13Al, 9F,

δ. 20Ca, 7N,

ια. 13Al, 8O,

ε. 11Na, 8O

ιβ. 13Al,

στ. 13Al, 7N

ζ. 20Ca, 1H

53I

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

η. 6C,

14. Να γράψετε τους ηλεκτρονιακούς τύπους κατά Lewis των επόµενων χηµικών στοιχείων και ενώσεων: α. Cl2, O2, N2, O3

β. H2O, NH3, NF3, SCl2, OF2, ICl, PCl3, CS2, PH3, CF4, SiH4, N2H4, N2O4

γ. COCl2, POCl3, SOCl2, SO2Cl2, NOF, ClCN, FNO2, NH2CN ∆ίνονται οι ατοµικοί αριθµοί 17Cl,

16S,

7N,

8O,

1H,

6C,

14Si,

9F.

15. Να γράψετε τους ηλεκτρονιακούς τύπους κατά Lewis των επόµενων οµοιοπολικών ενώσεων και ιόντων: _ 4

BeCl2, BeH2, BCl3, BH3, AlBr3, PCl5, SBr6, BrF3, IF5, SF4, IF7, XeF2, Ι3, IF .

∆ίνονται οι ατοµικοί αριθµοί 4Be,

17C, 16S, 5B, 35Br, 1H, 15P, 53I, 9F.

16. Να γράψετε τους ηλεκτρονιακούς τύπους κατά Lewis των παρακάτω οξέων: α. HCl, H2S, HSCN και HCN. β. HClO, HClO2, HClO3, HClO4, H2SO3, H2SO4, H4SiO4, H3PO4, HNO2, HNO3, H2CO3, H3BO3 γ.

H3PO3

(φωσφορώδες

οξύ),

H3PO2

(υποφωσφορώδες

οξύ),

H4P2O7

(διφωσφορικό

ή

πυροφωσφορικό οξύ), H2S2O7 (πυροθειικό οξύ). Το H3PO3 είναι διπρωτικό οξύ, ενώ το H3PO2 είναι µονοπρωτικό οξύ. ∆ίνονται οι ατοµικοί αριθµοί 17Cl,

16S, 7N, 8O, 6C, 14Si, 9F, 15P, 5B.

17. Να γράψετε τους ηλεκτρονικούς τύπους κατά Lewis των παρακάτω ιοντικών ενώσεων: α. KCl, Na2S, MgCl2, AlF3, NaCN, Ca(CN)2, Mg3N2, AlN, NaH, CaH2. β. NaOH, Ca(OH). γ. NaClO, Na2SO4, K2CO3, Ca(NO3)2, Na3PO4, NH4Br, NH4ClO4, (NH4)2SO4, KNO3, KClO3, Na2SO3, NaNH2, NaBH4, (NH4)2CO3, Ca3(PO4)2 δ. NaHCO3, KHSO4, NaHS, KHSO3, Na2HPO4, Mg(HCO3)2, Ca(H2PO4)2. ∆ίνονται οι ατοµικοί αριθµοί

17Cl,

16S,

7N,

8O,

1H,

6C,

14Si,

9F,

15P,

5B,

12Mg,

19K,

20Ca,

11Na,

13Al.

18. Να γράψετε τους ηλεκτρονιακούς τύπους κατά Lewis των επόµενων οξειδίων: α. MgO, Na2O, Al2O3, BaO.

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

149

β. CO2, SO2, SO3, CO, N2O, Cl2O, Cl2O3, Cl2O7, N2O3, N2O5. γ. H2O2, Na2O2, BaO2. ∆ίνονται οι ατοµικοί αριθµοί

56Ba, 17Cl, 7N, 8O, 1H, 6C, 12Mg, 11Na, 13Al.

19. Για τα επόµενα χηµικά στοιχεία Α, Β, Γ και ∆ υπάρχουν τα εξής δεδοµένα: Ι. Ανήκουν στη δεύτερη περίοδο του Π.Π. ΙΙ. Έχουν διαδοχικούς ατοµικούς αριθµούς.

.. ΙΙΙ. Το χηµικό στοιχείο Β έχει σύµβολο Lewis ⋅Β⋅ . .. α. Ποιοι είναι οι ατοµικοί αριθµοί των χηµικών στοιχείων Α, Β, Γ και ∆; β. Να γράψετε τους ηλεκρονιακούς τύπους κατά Lewis των ενώσεων που δηµιουργούνται µεταξύ των χηµικών στοιχείων: i) Γ και Γ

ii) Α και 1Η

iii) Β και Γ

iv) 11Na και Β

v) 20Ca και Α

vi) A και Γ.

γ. Ποιος είναι ο µέγιστος αριθµός οµοιοπολικών δεσµών που µπορεί να δηµιουργήσει το χηµικό στοιχείο Α;

20. Το χηµικό στοιχείο Α ανήκει στην 3η περίοδο του Π.Π. και σχηµατίζει µε το 1Η χηµική ένωση µε µοριακό τύπο Η2Α, η οποία είναι αέριο στις συνηθισµένες συνθήκες. α. Ποιος είναι ο ατοµικός αριθµός του χηµικού στοιχείου Α; β. Το χηµικό στοιχείο Β ανήκει στην 3η περίοδο του Π.Π. και σχηµατίζει µε το χηµικό στοιχείο Α την ιοντική ένωση Β2Α. Ποιος είναι ο ατοµικός αριθµός του χηµικού στοιχείου Α; γ. Να γράψετε τους ηλεκτρονιακούς τύπους κατά Lewis των οξειδίων ΑΟ3 και Β2Ο και να χαρακτηρίσετε τα οξείδια αυτά ως όξινα ή βασικά. ∆ίνεται ο ατοµικός αριθµός (Ζ): 8Ο.

150

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

21. Να συµπληρώσετε τον παρακάτω πίνακα. Αµέταλλο

15P

16S

6C

Ηλεκτρονιακή δοµή Υδρίδιο,

Τύπος

Φύση

(όξινο,

βασικό, ουδέτερο) Χλωρίδιο Τύπος

22. Να συµπληρωθούν τα κενά στον παρακάτω πίνακα.

Na

Mg

Ηλεκτρονιακή δοµή

2:8:1

2:8:2

Υδρίδιο

NaH

MgH2

Τύπος

ιοντικός

ιοντικός

13Al

14Si

15P

16S

17Cl

∆εσµός Οξείδιο

Al2O3

SiO2

Τύπος

ιοντικός

οµοιοπολικός

∆εσµός

επαµφοτερίζον

όξινο

Φύση Χλωρίδιο

AlCl3

PCl5

Τύπος

πολικός

οµοιοπολικός

∆εσµός

υδρολύεται σε

υδρολύεται

Al(OH)3

σε H3PO4

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

151

23. Το παρακάτω σχεδιάγραµµα αναπαριστάνει ένα µέρος του Περιοδικού Πίνακα όπου σηµειώνονται ορισµένα χηµικά στοιχεία όχι µε τα σύµβολα τους αλλά µε γράµµατα από το Α έως το Ω. Ποιο (ή ποια) από τα χηµικά στοιχεία αυτά: α. Ανήκει στα αλκάλια; β. Ανήκει στα αλογόνα; γ. Σχηµατίζει έγχρωµες ενώσεις και σύµπλοκα ιόντα; δ. Ανήκει στον τοµέα s; ε. Ανήκει στα ηµιµέταλλα; στ. Ανήκει στη 2η σειρά των στοιχείων µετάπτωσης; ζ. ∆εν σχηµατίζει χηµικές ενώσεις; η. Ανήκει στην οµάδα VIIIB; θ. Σχηµατίζει βασικό οξείδιο µε χηµικό τύπο R2O; ι. Τα άτοµό του στη θεµελιώδη κατάσταση έχει 3 µονήρη ηλεκτρόνια; Α

Χ Ν

Β

Ο

Π

∆

Γ

Τ Σ

Ζ

Θ

Κ

Λ

Ε

Ρ

Ψ Ω

Φ

Μ

24. Τα άτοµα Α, Β, Γ και ∆ απαντούν στην ίδια περίοδο του περιοδικού πίνακα και έχουν στην εξωτερική στιβάδα 1, 3, 5 και 7 ηλεκτρόνια αντίστοιχα. α. Να γράψετε τους τύπους των ενώσεων µεταξύ των: i) Α και ∆

ii) Β και ∆

iii) Γ και ∆.

β. Ο δεσµός µεταξύ των Α και ∆ θα είναι ιοντικός ή οµοιοπολικός; γ. Ο δεσµός µεταξύ των Γ και ∆ θα είναι ιοντικός ή οµοιοπολικός; δ. Ποιο άτοµο θα έχει µεγαλύτερη πρώτη ενέργεια ιοντισµού;

152

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑΚΟΙ ΤΥΠΟΙ ΘΕΜΑ 2ο 1. Το στοιχείο Χ ανήκει στην δεύτερη περίοδο του Π.Π και το άτοµο του έχει στη θεµελιώδη κατάσταση 3 µονήρη ηλεκτρόνια. α. Σε ποια οµάδα ανήκει το στοιχείο Χ και ποιος είναι ο ατοµικός αριθµός του; β. Να γραφούν οι κβαντικοί αριθµοί όλων των ηλεκτρονίων της εξωτερικής στοιβάδας του ατόµου του στοιχείου Χ στη θεµελιώδη κατάσταση. γ. Να διαταχθούν τα στοιχεία Be, X και Mg κατά σειρά αυξανόµενης ενέργειας πρώτου ιοντισµού δ. Να γραφούν οι ηλεκτρονιακοί τύποι των ενώσεων Mg3Χ2, ΗΧΟ3 ∆ίνονται: 1H, 8O, 12Mg, 4Be (ΟΕΦΕ 2003/Μον. 8) 2. ∆ίνονται τα στοιχεία H, O, Cl που έχουν ατοµικούς αριθµούς 1, 8, 17, αντίστοιχα. α. Να γράψετε τις ηλεκτρονιακές δοµές (στιβάδες, υποστιβάδες) των παραπάνω στοιχείων στη θεµελιώδη κατάσταση και να αναφέρετε ονοµαστικά τις αρχές και τον κανόνα της ηλεκτρονιακής δόµησης. β. Να γράψετε τον ηλεκτρονιακό τύπο κατά Lewis του χλωριώδους οξέος (HClO2).

(2000/Μον. 6+5) 3. Για να µελετηθούν τα οξέα ορθοπυριτικό (Η4SiO4) και φωσφορικό (H3PO4), δίνονται οι ατοµικοί αριθµοί των στοιχείων Η=1, Ο=8, Si=14, Ρ=15 . α. Να ταξινοµήσετε τα ηλεκτρόνια κάθε στοιχείου σε στιβάδες και υποστιβάδες β. Να εντάξετε τα στοιχεία σε περιόδους, κύριες οµάδες και τοµείς του Περιοδικού Πίνακα. γ. Να γράψετε τους ηλεκτρονιακούς τύπους κατά Lewis των παραπάνω οξέων.

(2001/Μον. 3+4+6) 4. Να γράψετε τους ηλεκτρονιακούς τύπους κατά Lewis των ενώσεων: NH4Cl, HCN, H2SO4. ∆ίνονται: 1H, 7N, 17Cl, 6C, 16S, 8O. (Οµογ. 2002/Μον. 9) 5. ∆ίδονται τα στοιχεία 8Α και 16Β και ζητούνται: α. σε ποια περίοδο και σε ποιο τοµέα του περιοδικού πίνακα ανήκει το καθένα απ' αυτά. β. ο ηλεκτρονιακός τύπος κατά Lewis, της ένωσης ΒΑ2. (Εσπ. 2004/Μον. 4+4) 6. ∆ίνονται τα άτοµα 9F, 8O και 7Ν στη θεµελιώδη κατάσταση. α. Ποια είναι η κατανοµή των ηλεκτρονίων τους σε υποστιβάδες;

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

153

β. Να κατατάξετε τα άτοµα 9F, 8O και 7Ν κατά σειρά αυξανόµενης ατοµικής ακτίνας και να αιτιολογήσετε την απάντησή σας γ. Να γράψετε τον ηλεκτρονιακό τύπο κατά Lewis της ένωσης NOF, αν δίνεται ότι το άτοµο του αζώτου είναι το κεντρικό άτοµο του µορίου. (Επαν. 2003/Μον. 2+4+4) 7. ∆ίνονται τα στοιχεία H, N και O που βρίσκονται: το H στην 1η περίοδο και 1η οµάδα (ΙΑ), το N στη 2η περίοδο και 15η οµάδα (VA) και το O στη 2η περίοδο και 16η οµάδα (VIA) του περιοδικού πίνακα. α. Πώς κατανέµονται τα ηλεκτρόνια των στοιχείων H, N και O σε υποστιβάδες β. Να γράψετε τον ηλεκτρονιακό τύπο κατά Lewis της ένωσης HNO2. (Επαν. 2004/Μον. 3+6) 8. ∆ίνονται τα στοιχεία 11Νa και 16S. α. Να δώσετε την ηλεκτρονιακή τους δοµή (κατανοµή ηλεκτρονίων σε υποστιβάδες). β. Σε ποιον τοµέα του περιοδικού πίνακα ανήκει το καθένα; γ. Να δώσετε τον ηλεκτρονιακό τύπο της ένωσης Νa2S. (Εσπ. 2005/Μον. 2+2+4) 9. ∆ίνονται τα στοιχεία 8Ο και 6C. α. Να δώσετε την ηλεκτρονιακή τους δοµή (κατανοµή ηλεκτρονίων σε υποστιβάδες). β. Σε ποια οµάδα και σε ποιον τοµέα του περιοδικού πίνακα ανήκει το καθένα; γ. Να δώσετε τον ηλεκτρονιακό τύπο της ένωσης CΟ2. (Επαν. Εσπ. 2005/Μον. 2+4+5) 10. Να χαρακτηρίσετε αν η παρακάτω πρόταση είναι σωστή ή λανθασµένη: Η ένωση HClO έχει πέντε µη δεσµικά ζεύγη ηλεκτρονίων ∆ίνονται οι ατοµικοί αριθµοί: Η : 1 Cl : 17 Ο:8 Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας (Επαν.2005/Μον. 1+2) 11. ∆ίνονται τα στοιχεία Η, Ν, Ο µε ατοµικούς αριθµούς 1, 7, 8 αντίστοιχα. Να γράψετε: α. Τις ηλεκτρονιακές δοµές (στιβάδες, υποστιβάδες) των ατόµων Ν και Ο στη θεµελιώδη κατάσταση. β. Τον ηλεκτρονιακό τύπο κατά Lewis του νιτρώδους οξέος (ΗΝΟ2).

(2006/Μον. 2+4) 12. ∆ίνονται τα στοιχεία Η, S και O µε ατοµικούς αριθµούς 1, 16 και 8 αντίστοιχα.: α. Να γράψετε την κατανοµή των ηλεκτρονίων σε υποστιβάδες στο άτοµο του S στη θεµελιώδη κατάσταση.Με βάση την παραπάνω κατανοµή, να υπολογίσετε πόσα µονήρη ηλεκτρόνια περιέχονται στο άτοµο του S και πόσα p ατοµικά τροχιακά του ατόµου του S περιέχουν ηλεκτρόνια. β. Να γράψετε τον ηλεκτρονιακό τύπο κατά Lewis του ιόντος HSO4− . (Επαν.2006/Μον. 2+2+5)

154

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

13. ∆ίνονται τα στοιχεία 7N και 8Ο. α. Να γράψετε την ηλεκτρονιακή δοµή των ατόµων τους (κατανοµή ηλεκτρονίων σε υποστιβάδες). β. Να δικαιολογήσετε ποιο από τα δύο άτοµα έχει τη µεγαλύτερη ατοµική ακτίνα. γ. Να γράψετε τον ηλεκτρονιακό τύπο κατά Lewis της ένωσης ΗΝO3. ∆ίνεται ο ατοµικός αριθµός Η: 1, Ν: 7, Ο: 8. (Εσπ.2007/Μον. 2+4+4) 14. Να γράψετε τους ηλεκτρονιακούς τύπους κατά Lewis των παρακάτω ενώσεων: NH4NO3, HCN, HClO4. ∆ίνονται: 7Ν, 1Η, 8Ο, 6C, 17Cl. (2007/Μον. 6) 15. ∆ίνονται τα στοιχεία 8O, 11Νa, 12Mg και 16S. α. Nα διατάξετε τα στοιχεία αυτά κατά αυξανόµενη ενέργεια πρώτου ιοντισµού Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. β. Να γράψετε τους ηλεκτρονιακούς τύπους κατά Lewis των οξειδίων Na2O, MgO και SO3. Να χαρακτηριστεί καθένα από το οξείδια αυτά ως όξινο ή βασικό. (Επαν. 2007/Μον. 2+2+6+3) 16. ∆ίνονται τα στοιχεία Α και Β µε ατοµικούς αριθµούς 15 και 17 αντίστοιχα. α. Να γράψετε τις ηλεκτρονιακές δοµές (στιβάδες, υποστιβάδες) των στοιχείων αυτών στη θεµελιώδη κατάσταση. β. Να γράψετε τον ηλεκτρονιακό τύπο κατά Lewis της ένωσης ΑΒ3. γ. Ποιο από τα δύο στοιχεία Α και Β έχει τη µεγαλύτερη ατοµική ακτίνα; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. ( 2008/Μον. 2+3+2) 17. ∆ίνονται τα στοιχεία 8Ο και 16S. α. Να γράψετε την ηλεκτρονιακή δοµή των ατόµων τους (κατανοµή ηλεκτρονίων σε υποστιβάδες) στη θεµελιώδη κατάσταση. β. Να δικαιολογήσετε ποιο από αυτά τα δύο άτοµα έχει τη µεγαλύτερη ατοµική ακτίνα. γ. Να γράψετε τον ηλεκτρονιακό τύπο κατά Lewis της ένωσης SO3. (Εσπ. 2008/Μον. 2+4+4) 18. ∆ίνονται τρία στοιχεία Α, Β και Γ. Τα στοιχεία Α και Β έχουν ατοµικούς αριθµούς 17 και 35 αντίστοιχα. Το στοιχείο Γ είναι το στοιχείο της 4ης περιόδου του Περιοδικού Πίνακα µε τη µικρότερη ενέργεια πρώτου ιοντισµού. α. Να προσδιορίσετε τον ατοµικό αριθµό του στοιχείου Γ. β. Να γράψετε τις ηλεκτρονιακές δοµές (στιβάδες, υποστιβάδες) των στοιχείων Α, Β και Γ στη θεµελιώδη κατάσταση. γ. Εάν οι ατοµικές ακτίνες των στοιχείων Α, Β και Γ είναι rA, rB και rΓ αντίστοιχα, τότε ισχύει: α. rA < rΓ < rB . β. rB < rA < rΓ . γ. rA < rB < rΓ . Να επιλέξετε τη σωστή σχέση.

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

155

Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. (Επαν. 2008/Μον. 2+3+1+3) 19. ∆ίνονται τα στοιχεία 8Ο και 17Cℓ. α. Να δώσετε την ηλεκτρονιακή τους δοµή (κατανοµή ηλεκτρονίων σε υποστιβάδες). β. Σε ποια οµάδα και σε ποια περίοδο του περιοδικού πίνακα ανήκει το καθένα; γ. Να δώσετε τον ηλεκτρονιακό τύπο κατά Lewis της ένωσης ΗCℓO. ∆ίνεται ο ατοµικός αριθµός Η: 1. (Εσπ. 2006/Μον. 2+4+4) 20. Να γράψετε τους ηλεκτρονιακούς τύπους κατά Lewis των ενώσεων: ΗΝΟ2 , Αℓ2Ο3 . ∆ίνονται τα στοιχεία µε τους ατοµικούς τους αριθµούς: 1Η , 7Ν, 8Ο και 13Αℓ . (Εσπ. 2003/Μον 8) 21. ∆ίνονται τα στοιχεία H, O, Na και S µε ατοµικούς αριθµούς 1,8,11,και 16 αντίστοιχα. α. Να γράψετε τις ηλεκτρονιακές δοµές (στιβάδες, υποστιβάδες) των ατόµων O, Na και S στη θεµελιώδη κατάσταση. β. Να γράψετε τον ηλεκτρονιακό τύπο κατά Lewis της ένωσης NaHSO3.

(2009/Μον. 6+4) 22. ∆ίνονται τα στοιχεία 8Ο , 35Βr και 7Ν. α. Να γράψετε την ηλεκτρονιακή δοµή των ατόµων τους (κατανοµή ηλεκτρονίων σε υποστιβάδες) στη θεµελιώδη κατάσταση. β. Να δικαιολογήσετε ποιο από τα άτοµα Ο, Ν έχει τη µεγαλύτερη ατοµική ακτίνα. γ. Να γράψετε τον ηλεκτρονιακό τύπο κατά Lewis της ένωσης HBrO. ∆ίνεται ο ατοµικός αριθµός Η: 1 (Εσπ. 2009/Μον. 3+3+3) 23. Το παρακάτω διάγραµµα αναπαριστά ένα µέρος του Περιοδικού Πίνακα όπου σηµειώνονται µερικά στοιχεία µε τα σύµβολά τους.

He O Mg K

F

Aℓ Fe

α. Ποιο από τα στοιχεία αυτά έχει τη µεγαλύτερη ενέργεια πρώτου ιοντισµού; β. Ποιο από τα στοιχεία αυτά σχηµατίζει έγχρωµα σύµπλοκα ιόντα; γ. Ποιο από τα στοιχεία αυτά έχει τη µεγαλύτερη ατοµική ακτίνα; δ. Να γράψετε την ηλεκτρονιακή δοµή σε υποστιβάδες των ατόµων των στοιχείων Mg και F στη θεµελιώδη κατάσταση. ε. Να γράψετε τον ηλεκτρονιακό τύπο κατά Lewis της χηµικής ένωσης µεταξύ των στοιχείων Mg και F.

156

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

(Οµογ. 2006/Μον. 1+1+1+2+3) 24. Το κατιόν Κ+ και το ανιόν Cℓ- έχουν τα καθένα ίσο αριθµό ηλεκτρονίων µε το ευγενές αέριο της τρίτης περιόδου (Ar). α. Να προσδιορίσετε τον ατοµικό αριθµό του στοιχείου Αr. β. Να προσδιορίσετε τους ατοµικούς αριθµούς των στοιχείων Κ και Cℓ. γ. Να γράψετε τις ηλεκτρονιακές δοµές (στιβάδες, υποστιβάδες) των στοιχείων K, Cℓ και Ο. ∆ίνεται για το Ο: ατοµικός αριθµός Ζ=8. δ. Να γράψετε τον ηλεκτρονιακό τύπο κατά Lewis της ένωσης KCℓO3. (Επαν. 2009/Μαον. 2+2+3+3) 25. ∆ίνονται τα εξής τρία άτοµα: 8Ο, 9F, 16S α. να κατατάξετε τα παρακάτω τρία άτοµα κατά φθίνουσα σειρά ενέργειας 1ου ιοντισµού. β. Να βρείτε τις δοµές Lewis των χηµικών ουσιών: i. SO4−2 και ii. SF6 γ. Ποια από τις παραπάνω δυο δοµές, δεν υπακούει στον κανόνα της οκτάδας; (ΟΕΦΕ 2009/Μον.3+3+1) 26. Το ατοµικό στοιχείο Χ έχει στη θεµελιώδη κατάσταση ένα µονήρες ηλεκτρόνιο στην υποστοιβάδα 3p. a. Ποιος µπορεί να είναι ο ατοµικός αριθµός του στοιχείου Χ; β. Αν το στοιχείο Χ έχει µεγαλύτερη ενέργεια πρώτου ιοντισµού (Εi1) από το στοιχείο 15Ρ, να γράψετε τον ηλεκτρονιακό τύπο κατά Lewis της ένωσης ΗΧΟ2 ∆ίνονται τα στοιχεία Η και Ο µε ατοµικούς αριθµούς αριθµούς 1 και 8 αντίστοιχα. Να αιτιολογήσετε την απάντηση σας. (ΟΕΦΕ 2008/Μον.3+ 4) 27. α. Να γραφεί η ηλεκτρονιακή δοµή του στοιχείου 7Ζ. β. Nα βρεθεί σε ποια οµάδα, ποια περίοδο και ποιο τοµέα του Π.Π. ανήκει. γ. Nα συγκρίνετε την ενέργεια ιοντισµού κι την ατοµική ακτίνα των στοιχείων 7Ζ, 3Li. δ. Να γραφτούν οι τετράδες κβαντικών αριθµών των ηλεκτρονίων σθένους του στοιχείου Ζ. ε. Να γραφεί ο ηλεκτρονιακός τύπος κατά Lewis της ένωσης ΗΖΟ3. (∆ίνονται οι ατοµικοί αριθµοί του Η και του Ο: Ζ=1 και Ζ=8 αντίστοιχα) (ΟΕΦΕ 2007/Μον. 10) 28. ∆ίνονται τα στοιχεία 15P και 17Cl. α. Να γράψετε την ηλεκτρονιακή δοµή των παραπάνω ατόµων σε στιβάδες και υποστιβάδες στη θεµελιώδη τους κατάσταση. β. Σε ποια οµάδα του περιοδικού πίνακα ανήκει το καθένα από τα παραπάνω στοιχεία; γ. Να γράψετε τον ηλεκτρονιακό τύπο κατά Lewis της ένωσης PCl3.

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

157

(Οµογ. 2009/Μον. 4+2+2) 29. Για τα στοιχεία Α, Β, Γ γνωρίζουµε ότι: το άτοµο του στοιχείου Α στη θεµελιώδη κατάσταση, διαθέτει συνολικά 7 ηλεκτρόνια µε ℓ=0 και ανήκει στον s τοµέα του Περιοδικού Πίνακα. το ανιόν Β3- είναι ισοηλεκτρονιακό µε το ευγενές αέριο της 3ης περιόδου. το άτοµο του στοιχείου Γ στη θεµελιώδη κατάσταση, διαθέτει συνολικά 4 ζεύγη ηλεκτρονίων. α. Να υπολογίσετε τους ατοµικούς αριθµούς των Α, Β, Γ. β. Να προσδιορίσετε σε ποια οµάδα και σε ποια περίοδο του Περιοδικού Πίνακα βρίσκονται τα στοιχεία Α, Β, Γ, και να τα κατατάξετε κατά σειρά αυξανόµενης ενέργειας πρώτου ιοντισµού Εi(1). γ. (i) Ποιο από τα παραπάνω στοιχεία µπορεί να σχηµατίσει βασικό οξείδιο; (ii) Να γράψετε τον ηλεκτρονιακό τύπο του οξειδίου. ∆ίνεται ο ατοµικός αριθµός του οξυγόνου, Ζ=8. (ΟΕΦΕ 2010/Μον. 3+3+1+2) 30. ∆ίνονται τα στοιχεία 14Si και 17Cℓ. α. Να γράψετε την ηλεκτρονιακή δοµή των ατόµων τους (κατανοµή ηλεκτρονίων σε υποστιβάδες) στη θεµελιώδη κατάσταση. β. Να δικαιολογήσετε ποιο από αυτά τα δύο στοιχεία έχει τη µεγαλύτερη ενέργεια πρώτου ιοντισµού (Εi1). γ. Να γράψατε τον ηλεκτρονιακό τύπο κατά Lewis της ένωσης SiCℓ4. (Εσπ. 2010//Μον. 2+3+3) 31. Να γράψετε τον ηλεκτρονιακό τύπο κατά Lewis της ιοντικής ένωσης (NH4)2CO3. ∆ίνονται οι Ατοµικοί Αριθµοί: H=1, C=6, N=7, O=8. (Επαν. 2010/Μον. 5)

158

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΘΕΜΑΤΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΤΡΟΧΙΑΚΟ – ΚΒΑΝΤΙΚΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ Θέµα 1ο 1) α.Λ, β.Σ, γ.Λ, δ.Λ, ε.Λ, ζ.Λ, η.Σ, θ.Λ, ι.Σ, κ.Λ, λ.Σ, µ.Λ, ξ.Σ 2) β

3) α

11) β

4) β

12) γ

5) δ

13) β

6) α 14) γ

16) 2s1, 4p3, 3d5, 5f7 23) β

7) β

8) 1-γ, 2-α, 3-δ, 4-β

9) γ

10) δ

15) 1-ε, 2-γ, 3-α, 4-β, 5-ζ

17) γ

18) δ

19) γ

20) δ

21) γ

22) α

24) β

Θέµα 2ο 1) Στην υποστιβάδα αντιστοιχούν (2 ℓ + 1) τροχιακά ή (2 n -1) + 1 = (2 n – 1) τροχιακά. Σε µια στιβάδα αντιστοιχούν 1 + 3 + 5 + . . . +(2 n – 1) τροχιακά. Άρα το άθροισµα είναι:

S=

n (1 + 2n − 1) = n 2 2

Ε1 −8Ε1 − Ε1 = 9 9 −8Ε1 −8Ε1 β) Ε1→3 = h ⋅ f1 = ⇒ f1 = (1) 9 9h Ε Ε 4Ε − 9Ε1 −5Ε1 Ε 3→2 =Ε 3 -Ε 2 = 1 − 1 = 1 = 9 4 36 36 Ε −Ε Ε3→2 = h ⋅ f 2 ⇒ f 2 = 3→2 = 1 (2) h 36h −8Ε1 (1) f1 9h 8 ⋅ 36 32 ⇒ = = (2) f 2 −5Ε1 9⋅5 5 36h γ) Ειον = Ε1→∞ = Ε∞ − Ε1 = 0 − Ε1 = −Ε1

2) α) E1→3 = E3 − E1 =

ΑΡΧΕΣ ∆ΟΜΗΣΗΣ Θέµα 1ο 1) α. Λ

β. Λ

γ. Λ

δ. Σ

ε. Λ

ζ. Λ

η. Λ

θ. Σ

ι. Λ

κ. Σ

λ. Σ

µ. Σ

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

159

2) α

3) α-4, β-1, γ-5, δ-2

10) 1-στ, 2-β, 3-α, 4-γ

4) γ

11) γ

5) β

12) δ

6) β

13) β

7) β

14) α

8) γ 15) γ

9) β 16) Α.δ Β.γ

17) γ

18) γ

19) γ

20) α

21) δ

22) β

23) γ

24) β

25) γ

26) δ

27) α

28) γ

29) β

30) γ

31) α

32) δ

33) β

34) β

35) δ

36) β

37) β 38) α. αρχή ελάχιστης ενέργειας β. απαγορευτική αρχή Paouli γ. Κανόνας Hund δ. Απαγορευτική αρχή Paouli 43) δ

44) δ

45) α

46) β

39) β

40) δ

47) β

41) α.14, β.6, γ.2 δ. 4 ε. 4 42) β

48) β

Θέµα 2ο 2) 1s2, 2s2, 2p2, 2p6, 3s2, 3p6, 3d6 – (4,0 ,0 +

1) δ

1 1 ), (4, 0, 0, - ) 2 2

3) Τροχιακό: καθορίζεται από τους 3 πρώτους κβαντικούς αριθµούς. Ο τέταρτος µπορεί να πάρει τις τιµές +

1 1 και - .

2 2

Απαγορευµένη αρχή του Paouli: δεν µπορούν να υπάρξουν ηλεκτρόνια µε την ίδια τετράδα κβαντικών αριθµών. Άρα σε ένα τροχιακό µπορεί να υπάρξουν µόνο 2 ηλεκτρόνια µε spin +

4)

12Mg

1 1 και - .

2 2

2+

: 1s2 2s2 2p6

15P:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 : 3 µονήρη

19K:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 : 1 µονήρες

2+ 26Fe :

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 : 4 µονήρη

∆ΟΜΗ ΠΕΡΙΟ∆ΙΚΟΥ ΠΙΝΑΚΑ Θέµα 1ο 1) α. Σ, β. Λ, γ. Σ, δ. Σ, ε. Λ, ζ. Λ η. Σ

2) β

3) γ

4) γ

5) α-5, β-1, γ-6, δ-2, ε-3

160

6) α

7) Α: 1 µον., p, 3η περ, 17η οµάδα Β: 3 µον., d, 4η περ, 9η οµάδα

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

Γ: 3 µον., p, 2η περ, 15η οµάδα ∆: κανένα µον., p, 3η περ, 18η οµάδα 8) γ

9) γ

Θέµα 2ο 1) Α: 1s22s22p4, Z=8 B: 1s22s22p5, Ζ=9 Γ: 1s22s22p6, Ζ=10, ∆: 1s22s22p63s1, Ζ=11 2) Λάθος, το ανιόν Α- έχει ηλεκτρονιακή δοµή ευγενούς αερίου

3) α) Z=12 β) 1s22s22p63s2, 3η περίοδος 2η οµάδα γ) (4, 0, 0, +

4) Z=20 1s22s22p63s23p64s2

4η περίοδος

2η οµάδα

Z=26 1s22s22p63s23p63d64s2 4η περίοδος

8η οµάδα

Z=16 1s22s22p63s23p4

1 1 ) (4, 0, 0, - ) 2 2

3η περίοδος 16η οµάδα

ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΠΕΡΙΟ∆ΙΚΩΝ Ι∆ΙΩΤΗΤΩΝ Θέµα 1ο 1) α. Σ β. Λ γ. Σ δ. Λ ε. Λ ζ. Σ η. Σ θ. Σ ι. Λ κ. Σ λ. Λ µ. Λ ν. Λ ξ. Σ ο. Λ π. Λ 2) γ

3) α

4) 1s2, 2s2, 2px22py22pz2, 3s2, 3px2, 3py13pz1, 6, 2, η ατοµική ακτίνα του S2- µεγαλύτερη

5) γ

Θέµα 2ο 1) Λάθος, στα στοιχεία της ίδιας οµάδας µε αύξηση του ατοµικού αριθµού αυξάνεται η ατοµική ακτίνα, άρα ελαττώνεται η έλξη πυρήνα – ηλεκτρονίου και κατά συνέπεια ελαττώνεται η ενέργεια πρώτου ιοντισµού.

2) α) Το ηλεκτρόνιο φεύγει ευκολότερα από ένα ουδέτερο άτοµο παρά από ένα θετικά φορτισµένο ίον και πολύ πιο δύσκολα από ένα ιόν µε φορτίο +2. β) Το ένα ηλεκτρόνιο του Να µπορεί να αποσπαστεί ευκολότερα από το ένα ηλεκτρόνιο του Li από την έλξη του πυρήνα εφόσον βρίσκεται σε µεγαλύτερη απόσταση.

3) α) 1s22s22p63s2 - 1s22s22p63s23p5

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

161

β) Το Cl γιατί η έλξη του πυρήνα στα ηλεκτρόνια της εξωτερικής στιβάδας του Li στην προκειµένη περίπτωση είναι µεγαλύτερη λόγω αυξηµένου δραστικού πυρηνικού φορτίου.

4) α) 1s22s22p63s23p64s2 - 1s22s22p63s23p63d14s2 β) Το Sc γιατί το επιπλέον ηλεκτρόνιο που βρίσκεται στην 3d απωθεί το ηλεκτρόνιο της εξωτερικής στιβάδας, έτσι η ενέργεια ιοντισµού µειώνεται. γ) 1s22s22p63s23p6 5) Λάθος το Mg έχει µικρότερη ατοµική ακτίνα γιατί έχει µεγαλύτερο δραστικό πυρηνικό φορτίο.

6) α) 1s22s22p63s23p3 : Z=15

1s22s22p63s23p63d34s2 : Z=23

1s22s22p63s23p63d74s2 : Z=27 β) Το Z=15. Μεγαλύτερη ενέργεια πρώτου ιοντισµού έχει το 1s22s23p3 : Z=7, γιατί έχει µικρότερη ατοµική ακτίνα.

7) α-β) Α: 1s22s22p6

2η περίοδο

18η οµάδα

Β: 1s22s22p63s23p5

3η περίοδο

17η οµάδα

Γ: 1s22s22p63s23p64s1

4η περίοδο

1η οµάδα

γ) Μεγαλύτερη ενέργεια πρώτου ιοντισµού έχει το Α γιατί έχει το µεγαλύτερο δραστικό πυρηνικό φορτίο και τα ηλεκτρόνια της εξωτερικής στιβάδας βρίσκονται κοντά στον πυρήνα. Μεγαλύτερη ατοµική ακτίνα έχει το Γ γιατί έχει περισσότερες στιβάδες και µικρότερο δραστικό πυρηνικό φορτίο.

8) α-β) Χ: 1s22s22p63s1 Ψ: 1s22s22p5

1η οµάδα – s τοµέας 17η οµάδα – p τοµέας

γ) Μεγαλύτερη ατοµική ακτίνα έχει το Χ γιατί έχει περισσότερες στιβάδες.

9) Κ: 1s22s22p63s23p64s1 L: 1s22s1 Na: 1s22s22p63s1 Ατοµική ακτίνα Li < Na < K 10) Mg: 1s22s22p63s2 S: 1s22s22p63s23p4 Μεγαλύτερη ατοµική ακτίνα έχει το Mg λόγω µικρότερου δραστικού πυρηνικού φορτίου.

162

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

11) α) Είναι πιο δύσκολο να αποσπασθεί ηλεκτρόνιο από ένα αρνητικά φορτισµένο ιόν παρά από ένα ουδέτερο άτοµο. β) Σε µια περίοδο του Π.Π. από αριστερά προς τα δεξιά αυξάνεται η έλξη του πυρήνα στα ηλεκτρόνια της εξωτερικής στιβάδας, λόγω αύξησης του δραστικού πυρηνικού φορτίου.

12) Όσο πιο µεγάλη η ατοµική ακτίνα τόσο πιο µικρή η έλξη του πυρήνα στα ηλεκτρόνια της εξωτερικής στιβάδας άρα πιο µικρή η ενέργεια ιοντισµού.

13) α-β) Br: 1s22s22p63s23p63d104s24p5: 4η περίοδο – 17η οµάδα Ca: 1s22s22p63s23p64s2: 4η περίοδο – 2η οµάδα γ) Μεγαλύτερη ατοµική ακτίνα έχει το Ca λόγω µικρότερου δραστικού πυρηνικού φορτίου.

14) 17Cl: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 16S:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p4

Το Cl έχει µεγαλύτερη 1η ενέργεια ιοντισµού γιατί βρίσκεται στην ίδια περίοδο και πιο δεξιά στο Π.Π. από το S (17η οµάδα το Cl και 16η οµάδα το S).

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑΚΟΙ ΤΥΠΟΙ Θέµα 2ο 1) α) Χ: 1s22s22p3: 15η οµάδα Ζ=17

β) (2, 0, 0, +

1 1 1 1 1 ), (2, 0, 0, - ), (2, 1, 1, + ), (2, 1, 0, + ), (2, 1, -1, + ) 2 2 2 2 2

γ) Be: 1s22s2, Mg: 1s22s22p63s2, Ενέργεια ιοντισµού: Mg < Be < X

δ)

+2

 ⋅⋅   ⋅⋅ 3 M g + 2 ⋅ Χ ⋅ → 3 : Mg : 2 : X ⋅  ⋅⋅  ⋅⋅  ⋅

⋅⋅

⋅

⋅⋅

⋅⋅

 : 

3−

⋅⋅

H : O : X⋅ ⋅ : O : ⋅⋅ ⋅⋅ :O: ⋅⋅ 2) α) Η: 1s1 O: 1s22s22p4 Cl: 1s22s22p63s23p5

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

163

Απαγορευµένη Αρχή Paouli – Αρχή ελάχιστης ενέργειας – Κανόνας Hund ⋅⋅

⋅⋅

β) H : O : Cl : ⋅⋅

⋅⋅

3) α-β) H: 1s1

1η περίοδος – 1η οµάδα – s τοµέας

O: 1s22s22p4

2η περίοδος – 16η οµάδα – p τοµέας

Si: 1s22s22p63s23p2

3η περίοδος – 14η οµάδα – p τοµέας

P: 1s22s22p63s23p3

3η περίοδος – 15η οµάδα – p τοµέας

H ⋅⋅ :O: ⋅⋅ ⋅⋅ ⋅ ⋅ γ) H : O : Si : O : H ⋅⋅ ⋅⋅ ⋅ ⋅ :O ⋅⋅: H

H   ⋅⋅   4) H : N : H   ⋅⋅   H

+

H ⋅⋅ :O: ⋅⋅ ⋅⋅ ⋅ ⋅ H :O: P :O : H ⋅⋅ ⋅ ⋅ ⋅⋅ :O ⋅⋅: H

−  ⋅⋅  : ,  : Cl  ⋅⋅ 

5) Α: 1s22s22p4 Β: 1s22s22p63s23p4

⋅ ⋅ A⋅ :: B :: A⋅ ⋅⋅ ⋅ ⋅

H ⋅⋅ :O: ⋅⋅ ⋅⋅ ⋅ ⋅ H : C MM N : , H : O : S : O : ⋅⋅ ⋅ ⋅ ⋅⋅ :O ⋅⋅:

2η περίοδος – p τοµέας 3η περίοδος – p τοµέας

6) α) F: 1s22s22p5, O: 1s22s22p4, N: 1s22s22p3 β) Ατοµική ακτίνα F < O < N, σε µια περίοδο από αριστερά προς τα δεξιά µειώνεται η ακτίνα γιατί αυξάνεται η έλξη του πυρήνα στα ηλεκτρόνια της εξωτερικής στιβάδας λόγω αυξηµένου δραστικού πυρηνικού φορτίου.

⋅⋅

⋅⋅

γ) : F : N :: O :

⋅⋅ ⋅⋅

7) α) Η: 1s1, N: 1s22s22p3, O: 1s22s22p4

164

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

⋅⋅ β) H : O : N :: O :

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅⋅

8) α-β) Na: 1s22s22p63s1 S: 1s22s22p62s23p4 1+

1η οµάδα – s τοµέας 16η οµάδα – p τοµέας

 ⋅⋅   ⋅⋅  γ) 2 Na + ⋅ S ⋅ → 2  : Na :   : S :  ⋅⋅  ⋅⋅   ⋅⋅  ⋅⋅

⋅

9) α-β) O: 1s22s22p4 C: 1s22s22p2

2−

16η οµάδα – p τοµέας 14η οµάδα – p τοµέας

: O :: C :: O : ⋅⋅ ⋅⋅

⋅⋅ ⋅⋅ 10) Η : O : Cl : έχει πέντε µη δεσµικά ζεύγη ηλεκτρονίων.

⋅⋅ ⋅⋅

11) α) H: 1s1 N: 1s22s22p3 O: 1s22s22p4

⋅⋅ ⋅⋅

⋅

β) H : O : N :: O :

⋅⋅

⋅

12) α) S: 1s22s22p63s23p4 2 µονήρη, και τα τρία 3p τροχιακά περιέχουν ηλεκτρόνια 1−

  ⋅⋅   :O:  ⋅⋅ ⋅⋅ ⋅ ⋅  β)  H : O : S : O :  ⋅⋅ ⋅⋅ ⋅ ⋅   :O   ⋅⋅:    

13) α) N: 1s22s22p3

O: 1s22s22p4

β) Μεγαλύτερη ατοµική ακτίνα το Ν γιατί έχει µικρότερο δραστικό πυρηνικό φορτίο.

⋅⋅ :O: ⋅⋅ ⋅⋅ ⋅ ⋅ γ) H : O : N :: O : ⋅⋅

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

165

    H   ⋅⋅ 14)  H : N : H  ⋅⋅   H      

+

   ⋅⋅  ⋅⋅  : O : N :: O :   ⋅ ⋅ ⋅⋅    : O : ⋅⋅    

−

⋅⋅ :O: ⋅⋅ ⋅⋅ ⋅ ⋅ H : O : Cl : O : ⋅⋅ ⋅⋅ ⋅ ⋅ :O ⋅⋅:

H : C MM N :

15) α) Η ενέργεια ιοντισµού αυξάνεται

Νa < Mg < S < O γιατί αυξάνεται από αριστερά προς τα

δεξιά στην ίδια περίοδο (Na, Mg, S) και από κάτω προς τα πάνω σε µια οµάδα (S, O). ⋅⋅

 

⋅⋅

1+

   

⋅⋅

 

β) 2 Na ⋅ + ⋅ O ⋅ → 2  : Na :   : O :  ⋅⋅ ⋅⋅ ⋅⋅ 2+

⋅⋅  ⋅⋅   ⋅⋅  ⋅Mg ⋅ + ⋅ O ⋅ →  : Mg :  : O :  ⋅⋅  ⋅⋅   ⋅⋅ 

⋅⋅

2−

βασικό

2−

βασικό

⋅⋅

: O : S :: O : όξινο ⋅⋅ ⋅⋅ :O ⋅⋅: 16) α) Α: 1s22s22p63s23p3

B: 1s22s22p63s23p5

⋅⋅ ⋅⋅ ⋅⋅ β) : B : A : B :

⋅ ⋅ ⋅⋅ ⋅ ⋅ :B ⋅⋅:

γ) Μεγαλύτερη ατοµική ακτίνα το Α γιατί η ατοµική ακτίνα αυξάνεται από δεξιά προς τα αριστερά.

17) α) O: 1s22s22p4

S: 1s22s22p63s23p4

β) Μεγαλύτερη ατοµική ακτίνα το S, περισσότερες στιβάδες.

166

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

⋅⋅

⋅⋅

γ) : O : S :: O :

⋅ ⋅ ⋅⋅ :O ⋅⋅:

⋅

18) α) Το Γ είναι στοιχείο της 4ης περιόδου µε τη µικρότερη ενέργεια πρώτου ιοντισµού, άρα έχει ένα ηλεκτρόνιο στη 4s. Γ: 1s22s22p63s23p64s1 Z=19 β) A: 1s22s22p63s23p5

B: 1s22s22p63s23p63d104s24p5

γ) γ. Κατά µήκος µιας περιόδου η ατοµική ακτίνα µειώνεται από αριστερά προς τα δεξιά άρα rΓ > rΒ. Σε µια οµάδα η ατοµική ακτίνα αυξάνεται από πάνω προς τα κάτω άρα rB > rA. 19) α-β) O: 1s22s22p4

16η οµάδα – 2η περίοδο

Cl: 1s22s22p63s23p5

17η οµάδα – 3η περίοδο

⋅ ⋅ ⋅⋅ γ) H : O : Cl :

⋅⋅ ⋅⋅

⋅⋅

⋅⋅

⋅⋅ ⋅⋅

⋅

20) H : O : N :: O⋅

3+ 2− ⋅⋅ ⋅  ⋅ ⋅   ⋅⋅  2 ⋅ Al ⋅ +3 ⋅ O ⋅ → 2  : Al :  3  : O :  ⋅⋅  ⋅ ⋅   ⋅⋅  21) α) Ο: 1s2, 2s2, 2p4

Na: 1s2, 2s22p63s1

    +  ⋅ ⋅   ⋅⋅ ⋅⋅ ⋅⋅  β)  : Na :   : O : S : O :   ⋅ ⋅   ⋅ ⋅ ⋅⋅ ⋅ ⋅  :O ⋅⋅:   H  

S: 1s2, 2s2, 2p63s23p4

−

22) α) Ο: 1s22s22p4 Br: 1s22s22p63s23p63d104s24p5 N: 1s22s22p3

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

167

β) Μεγαλύτερη ατοµική ακτίνα το Ν γιατί σε µια περίοδο η ατοµική ακτίνα αυξάνει από δεξιά προς τα αριστερά, λόγω µικρότερου δραστικού πυρηνικού φορτίου.

⋅⋅ ⋅⋅ γ) H : O : Br :

⋅⋅

23) α) He

⋅⋅

β) Fe

γ) Κ

δ) Mg: 1s22s22p63s2

F: 1s22s22p5

2+ 1− ⋅⋅  ⋅ ⋅   ⋅⋅  ε) ⋅Mg ⋅ +2 ⋅ F :→  : Mg :  2  : F :  ⋅⋅  ⋅⋅   ⋅ ⋅  24) α) Ar: 1s22s22p63s23p6 Z=18

β) K: Z=19, Cl: Z=17

γ) K: 1s22s22p63s23p64s1 Cl: 1s22s22p63s23p5 O: 1s22s22p4

  1+  ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅  ⋅ ⋅   δ)  : K :   : O : Cl : O :  ⋅ ⋅    ⋅ ⋅ ⋅⋅ ⋅ ⋅  :O ⋅⋅:    

−

25) α) Ενέργεια ιοντισµού F > O > S

  ⋅⋅   :O:  ⋅ ⋅ ⋅⋅ ⋅ ⋅  β)  : O : S : O :   ⋅ ⋅ ⋅⋅ ⋅ ⋅  :O   ⋅⋅:    

2−

Έξι οµοιοπολικοί δεσµοί µεταξύ θείου και των 6 φθορίων (δεν ισχύει ο κανόνας της οκτάδας). γ) SF6 26) a) X1: 1s22s22p63s23p1 Z=13

X2: 1s22s22p63s23p5

Z=17

β) P: 1s22s22p63s23p3 Μεγαλύτερη ενέργεια πρώτου ιοντισµού από το P έχει το Z=17.

168

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

⋅⋅ ⋅⋅ ⋅⋅ H :O: X :O: ⋅⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ 27) α-β) Ζ: 1s22s22p3

15η οµάδα – 2η περίοδο – p τοµέας

γ) Ενέργεια ιοντισµού Z > Li

δ) (2, 0, 0, +

1 ) 2

⋅⋅

Ατοµική ακτίνα Li > Z

(2, 0, 0, -

1 ) 2

(2, 1, 1, +

1 ) 2

(2, 1, 0, +

1 ) 2

(2, 1, -1, +

1 ) 2

⋅⋅

ε) H : O : P :: O⋅

⋅ ⋅ ⋅⋅ :O ⋅⋅:

⋅

28) α-β) P: 1s22s22p63s23p3 – 15η οµάδα

⋅⋅ ⋅⋅

Cl: 1s22s22p63s23p5 – 17η οµάδα

⋅⋅

γ) : Cl : P : Cl :

⋅⋅

⋅⋅ ⋅⋅ :Cl ⋅⋅ :

29) α) l = 0 ⇒ s Άρα Α: 1s22s22p63s23p64s1 Ζ=19 B: 1s22s22p63s23p3 Ζ=15

2 2 2 2 1 Γ: 1s 2s 2 px 2 p y 2 pz Ζ=9

β) Α: 1η οµάδα – 4η περίοδο Β: 15η οµάδα – 3η περίοδο Γ: 17η οµάδα – 2η περίοδο Ενέργεια ιοντισµού Α < Β < Γ γ) Βασικό οξείδιο µπορεί να σχηµατίσει το Α +

 ⋅⋅   ⋅⋅  2 A ⋅ + : O ⋅ → 2 : A :  : O : ⋅⋅  ⋅⋅   ⋅⋅  ⋅⋅

30) α) Si: 1s22s22p63s23p2

2−

Cl: 1s22s22p63s23p5

β) Ενέργεια ιοντισµού Cl > Si γιατί η ενέργεια ιοντισµού αυξάνεται από αριστερά προς τα δεξιά στον περιοδικό πίνακα.

Χηµεία Γ΄ Λυκείου Κατεύθυνσης

169

⋅⋅ :Cl: ⋅⋅ ⋅⋅ ⋅ ⋅ : Cl : Si : Cl : ⋅⋅ ⋅⋅ ⋅ ⋅ :Cl ⋅⋅ :

H   ⋅⋅   31) 2  H : N : H  ⋅⋅   H  

170

+

⋅⋅

  :O :  ⋅⋅ ⋅⋅   : O : C :: O :  ⋅⋅   ⋅⋅    

2−

∆. Μπαµπίλης – Γ. Χουλιάρας

www.prooptikiedu.gr ΑΡΓΥΡΟΥΠΟΛΗ: Λ. Βουλιαγμένης 587, τηλ:210 9951930, 210 9926353 Fax:210 9951930 ΑΘΗΝΑ: Εμμ. Μπενάκη & Γραβιάς 10-12, τηλ:210 3809488, 210 3306490 Fax:210 3306490 ΑΓ.ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ: Αγ. Ιωάννου 23Β τηλ:210 6001797 Fax:210 6001797 ΑΓ. ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ: Αντιόπης 35 και Αγ. Δημητρίου 39, τηλ. 210 9766279 ΒΟΥΛΑ: Βασ. Παύλου 102 – 104 (Voula Center) τηλ. 210 8996030