Δόμηση Πολυηλεκτρονικών Ατόμων, Κβαντομηχανικό Πρότυπο του Ατόμου - Λυμένες Ασκήσεις Χημείας Γ Λυκείου

 Oι ασκήσεις προέρχονται από το βιβλίo-βοήθημα "Γενική Χημεία για την Γ΄ Λυκείου Θετ. Κατεύθυνσης"  του Κ. Καλαματιανού.  Λεπτομερής παρουσίαση του βιβλίου και αποσπάσματά του δίνονται στον ιστότοπο:

  https://sites.google.com/site/kalamatianosbooks/

Το βιβλίο διατίθετα στον παραπάνω ιστότοπο σε ειδική προνομιακή τιμή με αντικαταβολή.  Διατίθεται επίσης στα εξής  βιβλιοπωλεία (μεταξύ άλλων): Ιανός (Αθήνα - Θεσ/νικη), Κορφιάτης,  Ελευθερουδάκης,  Βιβλιοχώρα.

1. Ο αριθμός των ηλεκτρονίων στα p τροχιακά με την μεγαλύτερη ενέργεια στα στοιχεία της ομάδας 14  (ή  ΙV)  είναι: α) τρία  β) έξι  γ) δύο  δ) ένα  ε) τέσσερα

 Απάντηση: (γ)

 Η σωστή απάντηση είναι ότι ο αριθμός των ηλεκτρονίων στα p τροχιακά της εξωτερικής στιβάδας (τροχιακά με την μεγαλύτερη ενέργεια) είναι δύο (δηλαδή σωστή απάντηση είναι η (γ)).  Tα στοιχεία της ομάδας 14  (ή IV όπως ήταν γνωστή παλαιότερα) έχουν 4 ηλεκτρόνια στην εξωτερική τους στιβάδα. Από αυτά τα δύο καταλαμβάνουν το s τροχιακό της εξωτερικής στιβάδας και τα άλλα δύο τα p τροχιακά. Για παράδειγμα ας  πάρουμε  ενα από τα στοιχεία αυτά το  14Si .  Η ηλεκτρονιακή του δομή είναι:

Si     1s²2s²2p⁶3s²3p²

 H εξωτερική στιβάδα έχει γραφεί με κόκκινους χαρακτήρες. Οπως φαίνεται δύο από τα εξωτερικά ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν το 3s τροχιακό και τα άλλα δύο τα 3p τροχιακά.



2. Ποιά από τις παρακάτω προτάσεις είναι λάθος; α) Εάν ένα ηλεκτρόνιο έχει κβαντικό αριθμό l = 2, οι μόνες δυνατές τιμές για το m_ℓ είναι 0 και 1  β) Ένα ηλεκτρόνιο που έχει n = 3 δεν μπορεί να καταλαμβάνει  f τροχιακό   γ) Εάν ένα ηλεκτρόνιο έχει κβαντικό αριθμό n = 3 τότε μπορεί να βρίσκεται σε d τροχιακό  δ) Εάν ένα ηλεκτρόνιο έχει m_ℓ = -1 μπορεί να βρίσκεται σε p, d ή f υποστιβάδα αλλά όχι σε s

 Απάντηση: (α).
 Από την θεωρία προκύπτει ότι η πρόταση (α) είναι λάθος. Ένα ηλεκτρόνιο με l = 2 μπορεί να έχει m_ℓ = -2, -1, 0, 1, 2



3.  α) Γράψτε την ηλεκτρονιακή δομή για το άτομο του κασσίτερου ₅₀Sn
 Aπάντηση: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p²  ή σωστότερα    1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s²5p²
 β) Ο αριθμός των ασύζευκτων ηλεκτρονίων στο ουδέτερο άτομο του Sn είναι:   

 Aπάντηση: 2 ασύζευκτα ηλεκτρόνια σε p τροχιακά (συγκεκριμένα στα 5p τροχιακά)

 

Στα 5p τροχιακά του ατόμου του Sn υπάρχουν 2 ασύζευκτα ηλεκτρόνια

 γ) Ο αριθμός των ασύζευκτων ηλεκτρονίων στο Sn⁺⁴  είναι:

 Απάντηση: μηδέν          Η ηλεκτρονιακή δομή του Sn⁺⁴  είναι: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰

δ) Το ιόν του ινδίου (₄₉Ιn) που είναι ισοηλεκτρονικό με το Sn⁺⁴ είναι:

Aπάντηση: In⁺³
Η ηλεκτρονιακή δομή του Sn⁺⁴  είναι: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰
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.

Κβαντικοί αριθμοί, Τροχιακά - Θεωρία και Ασκήσεις - "Γενική Χημεία Γ Λυκείου Θετ. Κατ." - Κ. Καλαματιανός

Η θεωρία στο άρθρο αυτό προέρχεται από την ενότητα 1.1.2 του βιβλίου  «Γενική Χημεία Γ΄ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης» - Κ. Καλαματιανός.   Λεπτομερής παρουσίαση του βιβλίου, αποσπάσματά του και τρόποι αγοράς δίνονται στον ιστότοπο:

  https://sites.google.com/site/kalamatianosbooks 

   
Το βιβλίο διατίθετα στον παραπάνω ιστότοπο σε ειδική προνομιακή τιμή.

  

Το βιβλίο διατίθεται επίσης στα παρακάτω βιβλιοπωλεία (μεταξύ άλλων):  Ιανός (Σταδίου 24, Αθήνα  –  Αριστοτέλους 7, Θεσ/νίκη), Κορφιάτης  (Ιπποκράτους 6, Αθήνα) , Γρηγόρη (Σόλωνος 71, Αθήνα),  Ελευθερουδάκης,  Πατάκης,  Σαββάλας-Βιβλιορυθμός (Ζωοδ. Πηγής 18 & Σόλωνος, Αθήνα), "Βιβλιοεπιλογή" Γ.Χ.  Αναστασάκης (Σόλωνος 110, Αθήνα) , Σ. Μαρίνης (Σόλωνος 76, Αθήνα),  Βιβλιοχώρα (Χαριλάου Τρικούπη 49, Αθήνα), ΒΕΡΓΙΝΑ, ΨΑΡΑΣ (Θεσ/νίκη), ΠΑΙΔΕΙΑ(Κανάρη 11, Λάρισα).

 Λεπτομερής περιγραφή του βιβλίου και αποσπάσματα του δίνονται στον παρακάτω ιστότοπο όπου είναι δυνατό να αγορασθεί και σε ειδική προνομιακή τιμή (περιορισμένος αριθμός βιβλίων).  Για τους τρόπους αγοράς του βιβλίου πατήστε εδώ.  Τα έξοδα αποστολής είναι δωρεάν εντός  Ελλάδας για απλό δέμα.

 https://sites.google.com/site/kalamatianosbooks/

Στον Πίνακα 1-3 παρουσιάζεται πώς σχετίζονται οι κβαντικοί αριθμοί μεταξύ τους για τιμές του n=1 έως 3.
Λόγω των περιορισμών στις τιμές που μπορούν να πάρουν οι κβαντικοί αριθμοί ισχύει ότι:

•  Κάθε στιβάδα με κύριο κβαντικό αριθμό (n) αποτελείται από (n) υποστιβάδες και κάθε υποστιβάδα αντιστοιχεί σε ένα διαφορετικό αριθμό για το l . Για παράδειγμα η στιβάδα με n=1 έχει l=0 και αποτελείται από μία υποστιβάδα την 1s. H στιβάδα με n=2 έχει l=0 και l=1 και αποτελείται από 2 υποστιβάδες την 2s (l=0) και την 2p (l=1).

Πίνακας 1‑3: Συσχέτιση των τιμών των κβαντικών αριθμών n, l και m_L για τιμές του n από 1 έως και 3

n	Πιθανές τιμές του l	Σύμβολο υποστιβάδας	Πιθανές τιμές του mL	Αριθμός τροχιακών στην υποστιβάδα	Συνολικός αριθμός τροχιακών στην στιβάδα
1	0	1s	0	1	1
2	0	2s	0	1	4
	1	2p	1, 0, -1	3
3	0	3s	0	1	9
	1	3p	1, 0, -1	3
	2	3d	2, 1, 0, -1, -2	5

• Κάθε υποστιβάδα αποτελείται από ένα συγκεκριμένο αριθμό τροχιακών. Κάθε τροχιακό αντιστοιχεί σε μία διαφορετική τιμή του m_L. Για παράδειγμα κάθε υποστιβάδα με l=0 (s υποστιβάδα) έχει m_L= 0 (μία τιμή για το m_L) και ένα τροχιακό. Κάθε υποστιβάδα με l=1 (p υποστιβάδα) έχει m_L= 1, 0, -1 (τρεις τιμές για το m_L) και τρία τροχιακά με διαφορετικό προσανατολισμό τα p_x, p_z και p_y (δες παρακάτω την γραφική απεικόνιση των τροχιακών)
• Ο συνολικός αριθμός των τροχιακών σε μία στιβάδα του ατόμου είναι:

Συνολικός αριθμός των τροχιακών σε μία στιβάδα του ατόμου με κβαντ. αριθμό (n) = n²

Ας δούμε την λύση μίας Ασκησης - Παράδειγμα (Ασκηση 119 σελ. 158 στο βιβλίο "Γενική Χημεία Γ Λυκείου Θετ. Κατ." - Κ. Καλαματιανός) για να κατανοήσουμε τα παραπάνω:

 Ποιος είναι ο μέγιστος αριθμός ηλεκτρονίων με κβαντικούς αριθμούς n=5, l=3; Εξηγείστε την απάντησή σας.

Απάντηση: 14 ηλεκτρόνια. Τα ηλεκτρόνια με βάση τους κβαντικούς αριθμούς που δίνονται θα βρίσκονται σε τροχιακό 5f (αφού n=5 και l=3). Θυμηθείτε ότι ο συμβολισμός 5f συνοπτικά δηλώνει επτά τροχιακά f με ίση ενέργεια και διαφορετικό προσανατολισμό. Επομένως ο μέγιστος αριθμός ηλεκτρονίων θα είναι (7 τροχιακά f  χ 2 ηλεκτρόνια/τροχιακό) =14 ηλεκτρόνια.

Για να αποδείξουμε το παραπάνω αρκεί να βρούμε τους πιθανούς συνδυασμούς κβαντικών αριθμών που μπορούν να έχουν τα ηλεκτρόνια στα τροχιακά που συμβολίζονται συνοπτικά 5f

n	l	mL	ms	Πιθανοί κβαντικοί αριθμοί
5	3	-3	+1/2	5, 3, -3, +1/2
				5, 3, -3, -1/2
		-2		5, 3, -2, +1/2
				5, 3, -2, -1/2
		-1		5, 3, -1, +1/2
				5, 3, -1, -1/2
		0		5, 3, 0, +1/2
			-1/2	5, 3, 0, -1/2
		+1		5, 3, 1, +1/2
				5, 3, 1, -1/2
		+2		5, 3, 2, +1/2
				5, 3, 2, -1/2
		+3		5, 3, 3, +1/2
				5, 3, 3, -1/2

Όπως φαίνεται υπάρχουν 14 διαφορετικοί συνδυασμοί. Κάθε ένας συνδυασμός προσδιορίζει ένα ηλεκτρόνιο και το αντίστροφο. Επομένως 14 ηλεκτρόνια είναι ο μέγιστος αριθμός ηλεκτρονίων στην 5f.

Συνδυαστικές Ασκήσεις Χημείας Γ Λυκείου: "Γενική Χημεία Γ Λυκείου Θετ. Κατ." - Κ. Καλαματιανός

Το βιβλίο-βοήθημα "Γενική Χημεία για την Γ΄ Λυκείου" περιλαμβάνει την θεωρία (αναλυτικά και συνοπτικά) αλλά και πληθώρα μεθοδολογικά λυμένων ασκήσεων ώστε να βοηθήσει τον υποψήφιο στην προετοιμασία για τις πανελλαδικές.

Σχήμα  20,5 x 29,2

Eξώφυλλο / Εσωτερικό : Τετραχρωμία

Σελίδες: 417

ΙSBN 978-960-93-2031-3

 Το βιβλίο απευθύνεται κυρίως στο υποψήφιο για την τριτοβάθμια εκπαίδευση αλλά και σε όσους ενδιαφέρονται να καταλάβουν ή να θυμηθούν βασικές έννοιες στην Χημεία και περιλαμβάνει:

• Όλη την αντίστοιχη θεωρία του σχολικού βιβλίου ενότητα προς ενότητα. Η ύλη παρουσιάζεται αναλυτικά, χωρίς λογικά άλματα και σε μορφή συζήτησης (με παραδείγματα από την καθημερινή ζωή, με ερωτήσεις-απαντήσεις, επεξηγήσεις καθώς και με λυμένα παραδείγματα ασκήσεων). Στόχος είναι να μπορούν να προσεγγίσουν νοηματικά την ύλη με μεγαλύτερη ευκολία οι αναγνώστες
• Περισσότερα από 80 σχήματα/εικόνες έτσι ώστε να διευκολύνεται η κατανόηση, η σύνδεση και η αναπαράσταση των εννοιών που υπάρχουν στο κείμενο
• Την θεωρία των ενοτήτων παρουσιασμένη και με συνοπτικό τρόπο σε μία σελίδα σε μορφή διαγραμμάτων ροής (για την επανάληψη της ύλης κάθε ενότητας).
• Την ύλη προηγούμενων τάξεων που θεωρείται απαραίτητη για την κατανόηση των ενοτήτων (δίνεται με μορφή ενθέτου θεωρίας και με συνοπτικό τρόπο)
• Μεγάλο αριθμό μεθοδολογικά λυμένων ασκήσεων (400 λυμένες ασκήσεις βήμα-βήμα) ώστε να βοηθηθεί η εμπέδωση της ύλης κάθε ενότητας ή ομάδας συγγενών ενοτήτων  Συμπεριλαμβάνονται θέματα των πανελλαδικών εξετάσεων της τελευταίας δεκαετίας
• Λυμένες ασκήσεις - παραδείγματα στο τέλος κάθε ενότητας και η διασύνδεσή τους με αντίστοιχες ασκήσεις στο τέλος κάθε κεφαλαίου
• Πρότυπες και συνδυαστικές ασκήσεις

Το βιβλίο διατίθεται στα παρακάτω βιβλιοπωλεία (μεταξύ άλλων):  Ιανός (Σταδίου 24, Αθήνα  –  Αριστοτέλους 7, Θεσ/νίκη), Κορφιάτης (Ιπποκράτους 6, Αθήνα) , Γρηγόρη (Σόλωνος 71, Αθήνα) Ελευθερουδάκης,  Πατάκης, Σαββάλας-Βιβλιορυθμός (Ζωοδ. Πηγής 18 & Σόλωνος, Αθήνα), "Βιβλιοεπιλογή" Γ.Χ.  Αναστασάκης (Σόλωνος 110, Αθήνα) , Βιβλιοχώρα (Χαριλάου Τρικούπη 49, Αθήνα), ΒΕΡΓΙΝΑ, ΨΑΡΑΣ (Θεσ/νίκη), ΠΑΙΔΕΙΑ (Κανάρη 11, Λάρισα).

 Λεπτομερής περιγραφή του βιβλίου και αποσπάσματα του δίνονται στον παρακάτω ιστότοπο όπου είναι δυνατό να αγορασθεί και σε ειδική προνομιακή τιμή (περιορισμένος αριθμός βιβλίων).  Για τους τρόπους αγοράς του βιβλίου πατήστε εδώ.  Τα έξοδα αποστολής είναι δωρεάν εντός  Ελλάδας για απλό δέμα.

 https://sites.google.com/site/kalamatianosbooks/