Mielekeo ya Jedwali la Vipengele: Chaji Bora ya Kiini, Ukubwa na Nishati

Chaji bora ya kiini na kinga

Elektroni ya nje haihisi chaji kamili ya kiini Z. Elektroni zilizo karibu zaidi na kiini huifuta kwa sehemu, na mvuto halisi unaelezwa na chaji bora ya kiini, Zeff = Z − S, ambapo S ni konstanti ya kinga. Elektroni za kiini cha ndani, katika magande ya chini, hukinga vizuri. Elektroni katika ganda lile lile hukinga vibaya, kwa sababu kwa wastani hazipo karibu zaidi na kiini kuliko elektroni inayohusika.

Makadirio ya jumla huhesabu elektroni za kiini cha ndani tu. Sodiamu (Z = 11) na klorini (Z = 17) zote zina elektroni 10 za kiini cha ndani, kwa hivyo elektroni ya 3s ya sodiamu huhisi takriban +1 na elektroni za 3p za klorini takriban +7. Kanuni za Slater huboresha hili. Kwa elektroni katika ganda dogo la ns au np, kila elektroni nyingine katika magande madogo yale yale ya ns na np huongeza 0.35 kwa S (0.30 ndani ya 1s), kila elektroni katika ganda n − 1 huongeza 0.85, na kila elektroni katika magande ya ndani zaidi huongeza 1.00.

Mfano uliotatuliwa 1. Kwa elektroni ya 3s ya sodiamu, S = 8(0.85) + 2(1.00) = 8.80, kwa hivyo Zeff = 11 − 8.80 = 2.20. Kwa mojawapo ya elektroni za 3p za klorini, S = 6(0.35) + 8(0.85) + 2(1.00) = 10.90, kwa hivyo Zeff = 17 − 10.90 = 6.10. Katika kipindi cha 3, kila protoni inayoongezwa inafidiwa kwa sehemu tu na elektroni ya ganda lile lile inayoongezwa, kwa hivyo Zeff hupanda kutoka kushoto kwenda kulia huku n ikibaki 3.

Radius ya atomi na ioni zenye elektroni sawa

Radius ya atomi hupungua katika kipindi kwa sababu Zeff huongezeka huku elektroni za nje zikibaki katika ganda lile lile, kwa hivyo huvutwa karibu zaidi. Huongezeka chini ya kundi kwa sababu kila kipindi huongeza ganda, kikiweka elektroni za nje mbali zaidi, huku Zeff ikibadilika kwa kiasi kidogo kulinganisha. Atomi kubwa zaidi ziko chini kushoto mwa jedwali na ndogo zaidi juu kulia.

Kationi ni ndogo kuliko atomi yake mama: kupoteza elektroni hupunguza kukataana, na kwa kationi za kundi kuu kwa kawaida huondoa ganda la nje. Anioni ni kubwa kuliko atomi yake mama, kwa sababu elektroni iliyoongezwa huongeza kukataana huku chaji ya kiini ikibaki ile ile.

Mfano uliotatuliwa 2. Panga N³⁻, O²⁻, F⁻, Na⁺, Mg²⁺ na Al³⁺ kwa radius. Hesabu elektroni kwanza: 7 + 3, 8 + 2, 9 + 1, 11 − 1, 12 − 2 na 13 − 3 zote ni sawa na 10, kwa hivyo kila ioni ina mpangilio wa neoni 1s² 2s² 2p⁶. Kwa idadi sawa ya elektroni, tofauti pekee ni chaji ya kiini, inayopanda kutoka 7 hadi 13. Protoni nyingi zaidi huvuta wingu lile lile la elektroni kwa nguvu zaidi, kwa hivyo mpangilio ni N³⁻ > O²⁻ > F⁻ > Na⁺ > Mg²⁺ > Al³⁺.

Nishati ya kwanza ya uionishaji na vighairi vyake vya ganda dogo

Nishati ya kwanza ya uionishaji ni nishati inayohitajika kuondoa elektroni iliyoshikiliwa kwa ulegevu zaidi kutoka kwa atomi ya gesi: X(g) → X⁺(g) + e⁻. Kwa ujumla huongezeka katika kipindi, Zeff inapopanda na radius inapopungua, na hupungua chini ya kundi. NIST huorodhesha nishati za uionishaji kwa elektronivolti kwa atomi; kuzidisha kwa 96.485 kJ/mol kwa eV hubadilisha kuwa vizio vya molari.

Zikibadilishwa kutoka NIST Atomic Spectra Database, thamani za kipindi cha 2 ni Li 520.2, Be 899.5, B 800.6, C 1086.5, N 1402.3, O 1313.9, F 1681.0, na Ne 2080.7 kJ/mol. Hatua mbili zinaenda upande usio sahihi. Boroni iko chini ya berili kwa sababu elektroni yake ya nje iko katika 2p, yenye nishati ya juu zaidi na iliyokingwa kwa sehemu na jozi ya 2s. Oksijeni iko chini ya naitrojeni kwa sababu elektroni yake ya nne ya 2p lazima ioanishwe katika obiti iliyokaliwa, na kukataana kwa ziada kunaifanya iondolewe kwa urahisi zaidi.

Mipungufu hiyo miwili ile ile inaonekana katika kipindi cha 3: alumini (577.5 kJ/mol) iko chini ya magnesiamu (737.7 kJ/mol), na salfa (999.6 kJ/mol) iko chini ya fosforasi (1011.8 kJ/mol). Mtindo unaorudiwa unaonyesha kwamba unatokana na muundo wa magande madogo, si elementi moja ya ajabu.

Nishati za uionishaji zinazofuatana na elektroni za valensi

Kila nishati ya uionishaji inayofuata ni kubwa kuliko iliyotangulia, kwa sababu kila elektroni huondoka kutoka kwa ioni yenye chaji chanya inayoongezeka. Ukubwa wa kila ruka ndio taarifa muhimu. Ongezeko la wastani linamaanisha elektroni inayofuata inatoka katika ganda lile lile la valensi; ruka kubwa sana linamaanisha lazima itoke kwenye kiini cha ndani, ambacho kiko karibu zaidi na kiini na kinakingwa kidogo zaidi.

Mfano uliotatuliwa 3. NIST inatoa nishati tatu za kwanza za uionishaji za magnesiamu kuwa 7.646, 15.035, na 80.144 eV. Kubadilisha: 7.646 eV × 96.485 kJ/(mol·eV) = 737.7 kJ/mol; 15.035 × 96.485 = 1450.7 kJ/mol; 80.144 × 96.485 = 7732.7 kJ/mol. Uwiano IE₂/IE₁ ni 1450.7 / 737.7 = 1.97, lakini IE₃/IE₂ ni 7732.7 / 1450.7 = 5.33. Ruka kubwa baada ya elektroni ya pili linaonyesha kwamba magnesiamu ina elektroni mbili za valensi, [Ne] 3s², na linaeleza kwa nini huunda Mg²⁺ lakini si Mg³⁺ katika kemia ya kawaida.

Sodiamu inaonyesha ruka hatua moja mapema. Nishati yake ya pili ya uionishaji, 4562.4 kJ/mol, ni takriban mara 9.2 ya ya kwanza, 495.8 kJ/mol, kwa sababu elektroni ya pili lazima itoke kwenye kiini cha ndani cha 2p.

Mvuto wa elektroni na elektronegativiti

Mvuto wa elektroni (electron affinity) unaeleza badiliko la nishati atomi ya gesi inapopata elektroni: X(g) + e⁻ → X⁻(g). Kanuni za ishara hutofautiana. Baadhi ya vitabu, ikiwemo OpenStax, huripoti badiliko la nishati, ambalo ni hasi nishati inapotolewa; vingine huripoti nishati iliyotolewa kama namba chanya. Angalia kanuni kabla ya kulinganisha thamani. Isipokuwa gesi adhimu, atomi upande wa kulia wa kipindi hutoa nishati nyingi zaidi, kwa sababu Zeff yake ya juu huvutia kwa nguvu elektroni inayoingia.

Mvuto wa elektroni si wa kawaida kama nishati ya uionishaji. Klorini hutoa nishati zaidi kuliko florini, takriban 349 kJ/mol ikilinganishwa na 328 kJ/mol, kwa kuzingatia thamani za NIST Chemistry WebBook za 3.613 na 3.401 eV. Elektroni iliyoongezwa katika ganda dogo la 2p lililobana la florini hukutana na kukataana kwa nguvu zaidi. Berili, naitrojeni na gesi adhimu zina mwelekeo mdogo au hakuna wa kuunda anioni thabiti za gesi, kwa sababu elektroni iliyoongezwa ingeingia katika ganda dogo la juu zaidi au kuoanishwa katika lililojaa nusu.

Elektronegativiti ni uwezo wa atomi katika molekuli kuvutia elektroni za kifungo. Tofauti na nishati ya uionishaji, haipimwi kwa atomi iliyotengwa; inatokana na nishati za vifungo au data nyingine, na kipimo cha Pauling ndicho kinachotumika zaidi. Florini ndiyo ya juu zaidi, takriban 4.0. Elektronegativiti huongezeka katika kipindi na hupungua chini ya kundi, kwa hivyo ukanda wa kifungo hupungua kutoka H–F kupitia H–Cl na H–Br hadi H–I.

Makosa ya kawaida katika kueleza mielekeo ya jedwali la vipengele

Maswali ya mielekeo kwa kawaida hupimwa kwa maelezo, si mpangilio tu.

Maelezo kamili yanataja ulinganisho (ganda lile lile au ganda tofauti), yanasema nini kinatokea kwa Zeff au umbali, na yanaunganisha badiliko hilo na nguvu kwenye elektroni inayohusika.

• Kusema atomi ni ndogo kwa sababu ina elektroni nyingi zaidi. Katika kipindi, elektroni huingia katika ganda lile lile; ukubwa hupungua kwa sababu Zeff inapanda.
• Kueleza mwelekeo wa kundi kwa 'magande zaidi' pekee, bila kutaja kwamba Zeff hubadilika kidogo chini ya kundi.
• Kuchukulia nishati ya uionishaji kuwa inaongezeka kabisa katika kipindi. Angalia hatua kutoka kundi la 2 hadi 13 na kutoka kundi la 15 hadi 16.
• Kulinganisha ioni kwa chaji ya kiini bila kwanza kuthibitisha kwamba zina elektroni sawa.
• Kuchanganya kanuni za ishara za mvuto wa elektroni na kuhitimisha kwamba namba hasi zaidi ni mvuto mdogo zaidi.
• Kulinganisha radius kutoka kwenye majedwali tofauti. Radius za ushirikiano, za metali na za ioni zinafafanuliwa tofauti.
• Kueleza kwa kile atomi 'inachotaka'. Atomi hazina malengo; eleza kwa mvuto, umbali na kukataana.