ნივთიერებების სტრუქტურა საინტერესო იყო ადამიანებისთვის მას შემდეგ, რაც გაჩნდა შესაძლებლობა, არ ინერვიულოთ საკვებზე და შესწავლილიყვნენ ჩვენს გარშემო არსებული სამყარო. ისეთი ფენომენები, როგორიცაა გვალვა, წყალდიდობა, ელვა, შეაშინა კაცობრიობა. მათი ახსნა-განმარტებების იგნორირებამ წარმოშვა რწმენა სხვადასხვა ბოროტ ღმერთებზე, რომლებიც მსხვერპლს მოითხოვდნენ. ამიტომ ადამიანებმა დაიწყეს ბუნებრივი მოვლენების შესწავლა, მათი წინასწარმეტყველების მცდელობა და ნივთიერებების სტრუქტურაში ჩაღრმავება. მათ შეისწავლეს ატომის სტრუქტურა და შემოიღეს შემდეგი ორი მნიშვნელოვანი ცნება ქიმიაში: ენერგიის დონე და ქვედონე.
წინაპირობები უმცირესი ქიმიკატების აღმოჩენისთვის
ძველი ბერძნები გამოიცნეს მცირე ნაწილაკების შესახებ, რომლებიც ქმნიან ნივთიერებებს. მათ უცნაური აღმოჩენა გააკეთეს: მარმარილოს საფეხურებმა, რომელიც ბევრმა ადამიანმა გაიარა რამდენიმე ათწლეულის განმავლობაში, ფორმა შეიცვალა! ამან მიგვიყვანა დასკვნამდე, რომ წარსულის ძირს თან წააქვს ქვის ნატეხი. ეს ფენომენი შორს არის ქიმიაში ენერგეტიკული დონის არსებობის გაგებისგან, მაგრამ ზუსტადყველაფერი დაიწყო. მეცნიერებამ თანდათანობით დაიწყო განვითარება და ჩაღრმავება ქიმიური ელემენტებისა და მათი ნაერთების სტრუქტურაში.
ატომის სტრუქტურის შესწავლის დასაწყისი
ატომი აღმოაჩინეს მე-20 საუკუნის დასაწყისში ელექტროენერგიის ექსპერიმენტების შედეგად. ითვლებოდა ელექტრულად ნეიტრალურად, მაგრამ ჰქონდა დადებითი და უარყოფითი შემადგენელი ნაწილაკები. მეცნიერებს სურდათ გაერკვიათ მათი განაწილება ატომის შიგნით. შემოგვთავაზეს რამდენიმე მოდელი, რომელთაგან ერთს ერქვა კიდეც "ქიშმიშის ფუნთუშა". ბრიტანელმა ფიზიკოსმა ერნესტ რეზერფორდმა ჩაატარა ექსპერიმენტი, რომელმაც აჩვენა, რომ დადებითი ბირთვი მდებარეობს ატომის ცენტრში, ხოლო უარყოფითი მუხტი მის ირგვლივ მოძრავ პატარა ელექტრონებშია.
ქიმიაში ენერგიის დონის აღმოჩენა იყო დიდი გარღვევა ნივთიერებებისა და ფენომენების სტრუქტურის შესწავლაში.
ენერგეტიკული დონე
ქიმიური ნივთიერებების თვისებების შესწავლისას აღმოჩნდა, რომ თითოეულ ელემენტს აქვს თავისი დონეები. მაგალითად, ჟანგბადს აქვს ერთი სტრუქტურის სქემა, ხოლო აზოტს აქვს სრულიად განსხვავებული, თუმცა მათი ატომების რაოდენობა განსხვავდება მხოლოდ ერთით. რა არის ენერგიის დონე? ეს არის ელექტრონული ფენები, რომლებიც შედგება ელექტრონებისაგან, რომლებიც წარმოიქმნება ატომის ბირთვისადმი მათი მიზიდულობის განსხვავებული სიძლიერის გამო. ზოგი უფრო ახლოსაა, ზოგი კი უფრო შორს. ანუ ზედა ელექტრონები ქვედა ელექტრონებს „დაჭერენ“.
ქიმიაში ენერგიის დონეების რაოდენობა უდრის D. I.მენდელეევის პერიოდულ ცხრილში პერიოდის რაოდენობას. ელექტრონების უდიდესი რაოდენობა, რომლებიც იმყოფება მოცემულ ენერგეტიკულ დონეზე, განისაზღვრება შემდეგი ფორმულით: 2n2, სადაც n არის დონის რიცხვი.ამრიგად, პირველ ენერგეტიკულ დონეზე შეიძლება განთავსდეს არაუმეტეს ორი ელექტრონი, მეორეზე არაუმეტეს რვა, მესამეზე თვრამეტი და ასე შემდეგ.
თითოეულ ატომს აქვს ბირთვიდან ყველაზე შორს არსებული დონე. ეს არის უკიდურესი, ან ბოლო და ეწოდება გარე ენერგიის დონეს. მასზე არსებული ელექტრონების რაოდენობა ძირითადი ქვეჯგუფების ელემენტებისთვის უდრის ჯგუფის რიცხვს.
ატომისა და მისი ენერგიის დონის დიაგრამის ასაგებად ქიმიაში, თქვენ უნდა მიჰყვეთ ამ გეგმას:
- განსაზღვრეთ მოცემული ელემენტის ატომის ყველა ელექტრონის რაოდენობა, რომელიც უდრის მის სერიულ ნომრებს;
- ენერგეტიკული დონეების რაოდენობის განსაზღვრა პერიოდის რიცხვის მიხედვით;
- დასაზღვრეთ ელექტრონების რაოდენობა თითოეულ ენერგეტიკულ დონეზე.
იხილეთ ქვემოთ ზოგიერთი ელემენტის ენერგიის დონის მაგალითები.
ენერგეტიკული ქვედონეები
ატომებში, ენერგიის დონის გარდა, არის ქვედონეებიც. თითოეულ დონეზე, მასზე არსებული ელექტრონების რაოდენობის მიხედვით, ივსება გარკვეული ქვედონეები. ქვედონეზე შევსების მიხედვით განასხვავებენ ელემენტების ოთხ ტიპს:
- S-ელემენტები. ივსება s-ქვედონეები, რომლებიც შეიძლება შეიცავდეს არაუმეტეს ორ ელექტრონს. ეს მოიცავს პირველ ორ პუნქტს თითოეული პერიოდიდან;
- P-ელემენტები. ამ ელემენტებში არ შეიძლება იყოს ექვსზე მეტი ელექტრონი განთავსებული p-ქვედონეზე;
- D-ელემენტები. მათ შორისაა ს- და შორის მდებარე დიდი პერიოდების (ათწლეულების) ელემენტებიp-ელემენტები;
- F-ელემენტები. f-ქვედონის შევსება ხდება აქტინიდებსა და ლანთანიდებში, რომლებიც განლაგებულია მეექვსე და მეშვიდე პერიოდებში.
