Најважније из лекције
Полупречник атома: Расте низ групу (\(\downarrow\)), опада дуж периоде (\(\rightarrow\)). Пример: \(r(\text{Li}) > r(\text{F})\).
Енергија јонизације (\(E_i\)): Енергија потребна за одузимање електрона (\(\text{X} \rightarrow \text{X}^+ + \text{e}^-\)). Опада низ групу (\(\downarrow\)), расте дуж периоде (\(\rightarrow\)).
Сукцесивне енергије: Увек важи \(E_{i,I} < E_{i,II} < E_{i,III}\). Велики скок вредности открива стабилну конфигурацију и број валентних електрона.
Афинитет према електрону (\(E_a\)): Енергија која се ослобађа примањем електрона (\(\text{X} + \text{e}^- \rightarrow \text{X}^-\)). Опада низ групу (\(\downarrow\)), расте дуж периоде (\(\rightarrow\)).
Енергија јонизације (\(E_i\)): Енергија потребна за одузимање електрона (\(\text{X} \rightarrow \text{X}^+ + \text{e}^-\)). Опада низ групу (\(\downarrow\)), расте дуж периоде (\(\rightarrow\)).
Сукцесивне енергије: Увек важи \(E_{i,I} < E_{i,II} < E_{i,III}\). Велики скок вредности открива стабилну конфигурацију и број валентних електрона.
Афинитет према електрону (\(E_a\)): Енергија која се ослобађа примањем електрона (\(\text{X} + \text{e}^- \rightarrow \text{X}^-\)). Опада низ групу (\(\downarrow\)), расте дуж периоде (\(\rightarrow\)).
Полупречник атома одређује величину атомског омотача и представља растојање између језгра и најудаљенијих валентних електрона.
Периодичност полупречника атома:
- У групи (од врха ка дну): полупречник атома расте, јер се повећава број заузетих енергетских нивоа (електрони су даље од језгра).
- У периоди (слева надесно): полупречник атома опада, јер са порастом атомског броја (броја протона) расте позитивно наелектрисање језгра, које јаче привлачи валентне електроне у истом енергетском нивоу.
Атом литијума (\(_{3}\text{Li}\)) и атом азота (\(_{7}\text{N}\)) имају по 2 енергетска нивоа. Пошто азот има 7 протона у језгру наспрам 3 протона код литијума, језгро азота јаче привлачи електроне, па азот има мањи полупречник од литијума:
\[ r(\text{N}) < r(\text{Li}) \]
Поређај следеће атоме по растућем полупречнику: \(_{11}\text{Na}\), \(_{16}\text{S}\), \(_{3}\text{Li}\).
\(_{3}\text{Li}\) има 2 енергетска нивоа, док \(_{11}\text{Na}\) и \(_{16}\text{S}\) имају по 3 енергетска нивоа. Унутар 3. периоде, сумпор има више протона (\(Z = 16\)) од натријума (\(Z = 11\)), па је атом сумпора мањи од атома натријума.
Редослед: \(_{3}\text{Li} < {_{16}\text{S}} < {_{11}\text{Na}}\).
Редослед: \(_{3}\text{Li} < {_{16}\text{S}} < {_{11}\text{Na}}\).
Означава се са \( E_i \), а изражава у \(\text{kJ/mol}\).
Енергија јонизације јесте енергија коју је потребно довести атому у гасовитом агрегатном стању да би изгубио најслабије везан електрон:
\[ \text{X}(\text{g}) + E_i \rightarrow \text{X}^+(\text{g}) + \text{e}^- \]
Промена енергије јонизације у Периодном систему:
- У периоди (слева надесно): енергија јонизације расте (полупречник опада, језгро јаче држи електроне). Најмању вредност имају алкални метали (1. група), а највећу племенити гасови (18. група).
- У групи (од врха ка дну): енергија јонизације опада (полупречник расте, валентни електрони су даље од језгра и лакше се отпуштају).
Атом азота (\(_{7}\text{N}: 1\text{s}^2 2\text{s}^2 2\text{p}^3\)) има већу енергију јонизације од атома кисеоника (\(_{8}\text{O}: 1\text{s}^2 2\text{s}^2 2\text{p}^4\)) због стабилне полупопуњене \(2\text{p}\)-подљуске азота и одбијања међу упареним \(2\text{p}\)-електронима у кисеонику.
Упоређивање енергије јонизације натријума и литијума: Литијум се налази изнад натријума у 1. групи (има мањи полупречник), па је за отпуштање електрона из атома литијума потребна већа енергија:
\[ E_i(\text{Li}) > E_i(\text{Na}) \]
Електрони се из атома могу уклањати поступно (сукцесивно). За уклањање првог електрона потребна је прва енергија јонизације (\(E_{i,I}\)), за уклањање другог електрона друга (\(E_{i,II}\)), и тако даље.
\[ (1) \quad \text{Mg}(\text{g}) \rightarrow \text{Mg}^+(\text{g}) + \text{e}^- \quad (E_{i,I} = 738\text{ kJ/mol}) \]
\[ (2) \quad \text{Mg}^+(\text{g}) \rightarrow \text{Mg}^{2+}(\text{g}) + \text{e}^- \quad (E_{i,II} = 1451\text{ kJ/mol}) \]
\[ (3) \quad \text{Mg}^{2+}(\text{g}) \rightarrow \text{Mg}^{3+}(\text{g}) + \text{e}^- \quad (E_{i,III} = 7733\text{ kJ/mol}) \]
За сваки атом важи да сукцесивне енергије јонизације расту:
\[ E_{i,I} < E_{i,II} < E_{i,III} < \dots \]
Сваки наредни електрон се уклања из позитивног јона који има мањи полупречник и у коме језгро јаче привлачи преостале електроне.
Одређивање стабилног јона: Велики скок вредности сукцесивне енергије јонизације дешава се када се нарушава стабилна конфигурација племенитог гаса (унутрашњи ниво). На основу броја енергија јонизације пре великог скока одређује се број валентних електрона и наелектрисање најстабилнијег јона (нпр. код \(\text{Mg}\) нагли скок је код \(E_{i,III}\), што значи да лако отпушта 2 електрона и гради стабилан јон \(\text{Mg}^{2+}\)).
Означава се са \( E_a \).
Афинитет према електрону јесте енергија коју атом у гасовитом агрегатном стању ослобађа када прими електрон и пређе у негативно наелектрисан јон (анјон):
\[ \text{X}(\text{g}) + \text{e}^- \rightarrow \text{X}^-(\text{g}) + E_a \]
Промена афинитета према електрону у Периодном систему:
- У периоди (слева надесно): афинитет према електрону расте (атоми неметала лакше примају електроне и имају већи \(E_a\) од метала).
- У групи (од врха ка дну): афинитет према електрону опада (због већег полупречника језгро слабије привлачи додатни електрон).
Племенити гасови имају стабилну електронску конфигурацију (октет/дублет) и практично немају тежњу да приме електрон (њихов афинитет према електрону је занемарљив или је потребно довести енергију).
Задаци за вежбање
Лак задатак: Упореди полупречнике атома калијума (\(_{19}\text{K}\)) и калцијума (\(_{20}\text{Ca}\)). Који атом има већи полупречник и зашто?
Оба елемента се налазе у 4. периоди Периодног система. Калцијум има већи редни број (\(Z = 20\)) од калијума (\(Z = 19\)), што значи да има више протона у језгру. Јаче позитивно наелектрисање језгра калцијума снажније привлачи валентне електроне, па атом калијума има већи полупречник:
\[ r(\text{K}) > r(\text{Ca}) \]
Средњи задатак: Који од наведених атома има већу вредност прве енергије јонизације и већи афинитет према електрону: сумпор (\(_{16}\text{S}\)) или хлор (\(_{17}\text{Cl}\))? Образложи одговор.
Сумпор и хлор се налазе у истој (3.) периоди, при чему је хлор десно у односу на сумпор (17. група, а сумпор 16. група).
Атом хлора има мањи полупречник и веће наелектрисање језгра, због чега:
Атом хлора има мањи полупречник и веће наелектрисање језгра, због чега:
- Јаче држи своје валентне електроне \(\rightarrow\) има већу енергију јонизације (\(E_i\)).
- Јаче привлачи додатни електрон \(\rightarrow\) има већи афинитет према електрону (\(E_a\)).
Тежак задатак: Елемент \(X\) из 3. периоде има следеће вредности сукцесивних енергија јонизације:
\[ E_{i,1} = 496\text{ kJ/mol}, \quad E_{i,2} = 4562\text{ kJ/mol}, \quad E_{i,3} = 6912\text{ kJ/mol} \]
а) Колико валентних електрона има атом елемента \(X\)?
б) Напиши ознаку његовог најстабилнијег јона и одреди о ком елементу је реч.
б) Напиши ознаку његовог најстабилнијег јона и одреди о ком елементу је реч.
а) Нагли скок вредности енергије јонизације јавља се између прве (\(496\text{ kJ/mol}\)) и друге (\(4562\text{ kJ/mol}\)) енергије. То значи да се први електрон лако уклања (валентни електрон), док се други уклања из стабилног унутрашњег нивоа. Дакле, елемент има 1 валентни електрон.
б) Губитком тог једног електрона настаје стабилан јон са наелектрисањем \(+1\): \(X^+\).
Пошто се налази у 3. периоди и 1. групи, реч је о натријуму (\(\text{Na}\)), а стабилан јон је \(\text{Na}^+\).
б) Губитком тог једног електрона настаје стабилан јон са наелектрисањем \(+1\): \(X^+\).
Пошто се налази у 3. периоди и 1. групи, реч је о натријуму (\(\text{Na}\)), а стабилан јон је \(\text{Na}^+\).
