Тамақ туралы алаңдамау және айналамызды зерттеу мүмкіндігі пайда болғаннан бері заттардың құрылымы адамдарға қызықты болды. Құрғақшылық, су тасқыны, найзағай сияқты құбылыстар адамзатты үрейлендірді. Олардың түсіндірмелерін білмеу құрбандық шалуды талап ететін әртүрлі зұлым құдайларға сенуді тудырды. Сондықтан адамдар табиғат құбылыстарын зерттей бастады, оларды болжауға ұмтылды, заттардың құрылымына үңіледі. Олар атомның құрылымын зерттеп, химияға келесі екі маңызды ұғымды енгізді: энергетикалық деңгей және ішкі деңгей.
Ең ұсақ химиялық заттарды ашудың алғышарттары
Ежелгі гректер заттарды құрайтын ұсақ бөлшектерді болжаған. Олар біртүрлі жаңалық ашты: көптеген адамдар бірнеше ондаған жылдар бойы басып өткен мәрмәр баспалдақтар пішінін өзгертті! Бұл өткеннің аяғы өзімен бірге тастың бір бөлігін алып кетеді деген қорытындыға әкелді. Бұл құбылыс химиядағы энергетикалық деңгейдің бар екенін түсінуден алыс, бірақ дәлірекбәрі басталды. Ғылым біртіндеп дамып, химиялық элементтер мен олардың қосылыстарының құрылымын зерттей бастады.
Атом құрылысын зерттеудің басталуы
Атом 20-ғасырдың басында электрмен тәжірибе жасау арқылы ашылды. Ол электрлік бейтарап болып саналды, бірақ оң және теріс құрамдас бөлшектер болды. Ғалымдар олардың атом ішіндегі таралуын білгісі келді. Бірнеше модельдер ұсынылды, олардың біреуінде тіпті «мейіз тоқаш» деген атау болды. Британ физигі Эрнест Резерфорд оң ядро атомның ортасында, ал теріс заряд оның айналасында айналатын шағын электрондарда болатынын көрсеткен эксперимент жүргізді.
Химиядағы энергетикалық деңгейдің ашылуы заттар мен құбылыстардың құрылысын зерттеудегі үлкен жаңалық болды.
Энергия деңгейі
Химиялық заттардың қасиеттерін зерттеу барысында әрбір элементтің өз деңгейлері болатыны белгілі болды. Мысалы, оттегінің бір құрылым схемасы бар, ал азоттың атомдарының саны бір ғана айырмашылығы бар болса да, мүлдем басқа. Сонымен, энергия деңгейі дегеніміз не? Бұл атом ядросына тартылу күшінің әртүрлі болуына байланысты түзілетін электрондардан тұратын электрондық қабаттар. Кейбіреулер жақынырақ, ал басқалары алыс. Яғни, жоғарғы электрондар төменгі электрондарға «басады».
Химиядағы энергия деңгейлерінің саны Д. И. Менделеевтің периодтық жүйесіндегі период санына тең. Берілген энергетикалық деңгейде болатын электрондардың ең үлкен саны келесі формуламен анықталады: 2n2, мұндағы n – деңгей саны. Осылайша, бірінші энергетикалық деңгейде екі электроннан артық емес, екіншіде сегізден көп емес, үшіншіде он сегізден көп емес және т.б. болуы мүмкін.
Әр атомның өз ядросынан ең алыс деңгейі бар. Бұл экстремалды немесе соңғы және сыртқы энергия деңгейі деп аталады. Негізгі ішкі топтардың элементтері үшін ондағы электрондар саны топ нөміріне тең.
Химияда атомның және оның энергия деңгейлерінің диаграммасын құру үшін мына жоспарды орындау керек:
- берілген элемент атомының оның реттік нөміріне тең барлық электрондарының санын анықтау;
- период саны бойынша энергия деңгейлерінің санын анықтау;
- әр энергетикалық деңгейдегі электрондар санын анықтаңыз.
Кейбір элементтердің энергия деңгейлерінің мысалдарын төменде қараңыз.
Энергия ішкі деңгейлері
Атомдарда энергия деңгейлерінен басқа ішкі деңгейлер де болады. Әрбір деңгейде ондағы электрондардың санына байланысты белгілі бір ішкі деңгейлер толтырылады. Ішкі деңгейді толтыру жолынан элементтердің төрт түрі ажыратылады:
- S-элементтер. s-ішкі деңгейлері толтырылған, оларда екі электроннан аспауы мүмкін. Оларға әр кезеңнің алғашқы екі элементі кіреді;
- P-элементтер. Бұл элементтерде p-қосалқы деңгейде орналасқан алты электроннан аспауы керек;
- D-элементтер. Оларға s- және арасында орналасқан үлкен кезеңдердің (онжылдықтардың) элементтері жатадыp-элементтер;
- F-элементтер. f-ішкі деңгейдің толтырылуы алтыншы және жетінші периодтарда орналасқан актинидтер мен лантанидтерде болады.
