Μάθημα 22 από 102
Περιοδικές τάσεις ατομικής ακτίνας και ενέργειας πρώτου ιοντισμού
Συγκρίνεις μεγέθη ατόμων και ιόντων και προβλέπεις την ενέργεια πρώτου ιοντισμού, εφαρμόζοντας τις γενικές περιοδικές τάσεις χωρίς να αγνοείς τα δεδομένα και τις τοπικές αποκλίσεις.
Πηγή: Σχολικό βιβλίο, σελ. PDF 223 έως 226, σελ. βιβλίου 222 έως 225, atomic-radius και first-ionization-energy trends
- Αναγνωριστικό πηγής
- itye.textbooks:8547/2600
- Θέση στην πηγή
- PDF pp. 223 to 226, printed pp. 222 to 225, atomic-radius and first-ionization-energy trends
Οι αποθηκευμένες σελίδες μένουν σε αυτή τη συσκευή. Συνδέσου για να τις βρεις σε άλλη συσκευή.
Με μια ματιά
Για ουδέτερα άτομα προβλέπεις γενικά ότι η ατομική ακτίνα μειώνεται από αριστερά προς τα δεξιά σε μία περίοδο και αυξάνεται όταν κατεβαίνεις σε μία ομάδα, ενώ η ενέργεια πρώτου ιοντισμού ακολουθεί τις αντίθετες κατευθύνσεις. Εφαρμόζεις αυτές τις κατευθύνσεις μόνο ως γενικές τάσεις μέσα σε συγκεκριμένη περίοδο ή ομάδα και διατηρείς τις τοπικές αποκλίσεις και τα δεδομένα γραφήματος ή πίνακα. Για ιοντικές ακτίνες αναγνωρίζεις πρώτα το είδος της σύγκρισης. Στα ισοηλεκτρονιακά ιόντα θεωρείς μικρότερο εκείνο με τα περισσότερα πρωτόνια. Στα ιόντα ίδιου φορτίου στοιχείων της ίδιας κύριας ομάδας θεωρείς μεγαλύτερο εκείνο με την πρόσθετη κατειλημμένη στιβάδα. Στα ιόντα του ίδιου στοιχείου θεωρείς μικρότερο το περισσότερο θετικά φορτισμένο. Χρησιμοποιείς αυτές τις τάσεις για να συγκρίνεις μεγέθη ατόμων και ιόντων και να προβλέπεις την ενέργεια πρώτου ιοντισμού.
Κεντρική ιδέα
Ορίζεις την ατομική ακτίνα ως το μισό της απόστασης μεταξύ των πυρήνων γειτονικών ατόμων στο κρυσταλλικό στοιχείο. Πριν κάνεις σύγκριση, ξεχωρίζεις τα ουδέτερα άτομα από τα ιόντα.
Όταν κινείσαι από αριστερά προς τα δεξιά σε μία περίοδο, προβλέπεις γενικά μείωση της ατομικής ακτίνας. Ο ατομικός αριθμός αυξάνεται και το δραστικό πυρηνικό φορτίο αυξάνεται κατά προσέγγιση. Περιγράφεις το δραστικό πυρηνικό φορτίο ως το πυρηνικό φορτίο μειωμένο από τη θωράκιση των ηλεκτρονίων των εσωτερικών στιβάδων. Δεν υπολογίζεις αριθμητική τιμή χωρίς δεδομένο μοντέλο.
Όταν κατεβαίνεις σε μία ομάδα, προβλέπεις γενικά αύξηση της ατομικής ακτίνας. Οι πρόσθετες κατειλημμένες στιβάδες αυξάνουν την απόσταση των εξωτερικών ηλεκτρονίων και τη θωράκιση. Όταν εξετάζεις στοιχεία μετάπτωσης της ίδιας περιόδου, περιμένεις μόνο μικρή μείωση της ατομικής ακτίνας, επειδή τα πρόσθετα ηλεκτρόνια εισέρχονται σε εσωτερική υποστιβάδα d.
Ορίζεις την ενέργεια πρώτου ιοντισμού ως την ελάχιστη ενέργεια που απαιτείται για να απομακρύνεις πλήρως 1 ηλεκτρόνιο από ελεύθερο ουδέτερο άτομο, το οποίο βρίσκεται στη θεμελιώδη κατάσταση και στην αέρια φάση. Γράφεις τη διεργασία:
Χαρακτηρίζεις τη διεργασία ενδόθερμη. Χρησιμοποιείς συνήθως τη μονάδα:
Από αριστερά προς τα δεξιά σε μία περίοδο προβλέπεις γενικά αύξηση της ενέργειας πρώτου ιοντισμού. Μέσα σε μία ομάδα προβλέπεις γενικά αύξηση από κάτω προς τα πάνω. Συνδέεις μεγαλύτερη ενέργεια πρώτου ιοντισμού με ισχυρότερη πυρηνική έλξη. Συνδέεις μικρότερη ενέργεια πρώτου ιοντισμού με μεγαλύτερη ατομική ακτίνα ή ισχυρότερη θωράκιση, όταν κρατάς τους άλλους παράγοντες συγκρίσιμους.
Χρησιμοποιείς τις κατευθύνσεις ως γενικές τάσεις μέσα σε συγκεκριμένη περίοδο ή ομάδα. Δεν τις μετατρέπεις σε ομαλό νόμο για οποιαδήποτε σειρά ατομικών αριθμών. Διατηρείς τις τοπικές αντιστροφές στις οποίες η ενέργεια πρώτου ιοντισμού του βηρυλλίου είναι μεγαλύτερη από του βορίου, του αζώτου μεγαλύτερη από του οξυγόνου, του μαγνησίου μεγαλύτερη από του αλουμινίου και του φωσφόρου μεγαλύτερη από του θείου. Όταν σου δίνεται γράφημα ή πίνακας, διαβάζεις πρώτα τους άξονες, τις κατηγορίες, τις μονάδες και τις τιμές.
Για ιοντικές ακτίνες, αναγνωρίζεις πρώτα το είδος της σύγκρισης. Σε ισοηλεκτρονιακά ιόντα δηλώνεις πρώτα τον ίσο αριθμό ηλεκτρονίων και θεωρείς μικρότερο το ιόν με τα περισσότερα πρωτόνια. Σε ιόντα ίδιου φορτίου από στοιχεία της ίδιας κύριας ομάδας θεωρείς μεγαλύτερο εκείνο που έχει μία πρόσθετη κατειλημμένη στιβάδα. Σε ιόντα του ίδιου στοιχείου θεωρείς μικρότερο το περισσότερο θετικά φορτισμένο, επειδή έχει λιγότερα ηλεκτρόνια και μικρότερη ηλεκτρονιακή άπωση.
Εύκολη σύγκριση μέσα σε ομάδα
Εξετάζεις 2 ουδέτερα άτομα Α και Β της ίδιας ομάδας. Το Β βρίσκεται κάτω από το Α.
Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.
Δείξε το βήμα 1
Αναγνώρισε ότι συγκρίνεις ουδέτερα άτομα της ίδιας ομάδας, ώστε να εφαρμόσεις τις τάσεις μέσα στην ομάδα.
Δείξε το βήμα 2
Σύγκρινε τις ατομικές ακτίνες. Το Β έχει πρόσθετη κατειλημμένη στιβάδα, άρα προβλέπεις γενικά μεγαλύτερη ατομική ακτίνα για το Β από ό,τι για το Α.
Δείξε το βήμα 3
Σύγκρινε τις ενέργειες πρώτου ιοντισμού. Το Α βρίσκεται ψηλότερα στην ομάδα, άρα έχει γενικά μεγαλύτερη ενέργεια πρώτου ιοντισμού από το Β.
Δείξε το βήμα 4
Αιτιολόγησε την πρόβλεψη για το Β με τη μεγαλύτερη ακτίνα και την ισχυρότερη θωράκιση, οι οποίες εξασθενούν την έλξη στο ηλεκτρόνιο που απομακρύνεις.
Σύγκριση με δεδομένο γράφημα
Σου δίνεται γράφημα ενέργειας πρώτου ιοντισμού για το μαγνήσιο και το αλουμίνιο. Ο οριζόντιος άξονας δείχνει τα στοιχεία και ο κατακόρυφος άξονας την ενέργεια πρώτου ιοντισμού. Η στήλη του μαγνησίου είναι ψηλότερη. Σου δίνεται επίσης ότι τα στοιχεία ανήκουν στην ίδια περίοδο και ότι το μαγνήσιο βρίσκεται αριστερά από το αλουμίνιο.
Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.
Δείξε το βήμα 1
Έλεγξε τους άξονες και τις κατηγορίες, ώστε να επιβεβαιώσεις ότι οι στήλες συγκρίνουν ενέργειες πρώτου ιοντισμού των 2 στοιχείων.
Δείξε το βήμα 2
Διάβασε τις στήλες. Το γράφημα δίνει μεγαλύτερη ενέργεια πρώτου ιοντισμού για το μαγνήσιο από ό,τι για το αλουμίνιο.
Δείξε το βήμα 3
Διατήρησε αυτή την τοπική αντιστροφή και μην αντικαταστήσεις το δεδομένο του γραφήματος με τη γενική τάση αύξησης μέσα στην περίοδο.
Δείξε το βήμα 4
Εφάρμοσε χωριστά την τάση της ατομικής ακτίνας. Αφού το μαγνήσιο βρίσκεται αριστερά από το αλουμίνιο στην ίδια περίοδο, προβλέπεις γενικά μεγαλύτερη ατομική ακτίνα για το μαγνήσιο.
Ισοηλεκτρονιακά ιόντα
Σου δίνονται 3 ισοηλεκτρονιακά ιόντα Α, Β και Γ. Έχουν αντίστοιχα 8, 9 και 12 πρωτόνια.
Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.
Δείξε το βήμα 1
Δήλωσε ότι τα 3 ιόντα έχουν ίσο αριθμό ηλεκτρονίων, ώστε να εφαρμόσεις τη σύγκριση ισοηλεκτρονιακών ιόντων.
Δείξε το βήμα 2
Σύγκρινε τους αριθμούς πρωτονίων. Το Γ έχει τα περισσότερα πρωτόνια, το Β έχει λιγότερα και το Α έχει τα λιγότερα.
Δείξε το βήμα 3
Σύνδεσε τα περισσότερα πρωτόνια με ισχυρότερη πυρηνική έλξη για τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων, άρα με μικρότερη ιοντική ακτίνα.
Δείξε το βήμα 4
Κατάταξε τις ακτίνες από τη μικρότερη προς τη μεγαλύτερη ως Γ, Β, Α.
Συνηθισμένα λάθη
- Μην παρουσιάζεις την ιοντική ακτίνα ως ατομική ακτίνα ουδέτερου ατόμου.
- Μην εφαρμόζεις τις περιοδικές τάσεις ως ομαλό νόμο σε αυθαίρετη σειρά ατομικών αριθμών.
- Μην αγνοείς δοσμένη τοπική απόκλιση σε γράφημα ή πίνακα για να επιβάλεις τη γενική τάση.
- Μην συγκρίνεις ισοηλεκτρονιακά ιόντα πριν δηλώσεις ότι έχουν ίσο αριθμό ηλεκτρονίων.
- Μην εφαρμόζεις τον ορισμό της ενέργειας πρώτου ιοντισμού σε συμπυκνωμένο δείγμα ή σε ήδη φορτισμένο ιόν.
- Μην υπολογίζεις αριθμητικό δραστικό πυρηνικό φορτίο χωρίς δεδομένο μοντέλο και αριθμητικά στοιχεία.
Τεκμηρίωση
Ορίζεις την ατομική ακτίνα ως το μισό της απόστασης των πυρήνων γειτονικών ατόμων στο κρυσταλλικό στοιχείο και ξεχωρίζεις τα ουδέτερα άτομα από τα ιόντα.
Προβλέπεις γενικά μείωση της ατομικής ακτίνας από αριστερά προς τα δεξιά σε μία περίοδο.
Εξηγείς τη μείωση της ακτίνας μέσα στην περίοδο με την αύξηση του ατομικού αριθμού και την κατά προσέγγιση αύξηση του δραστικού πυρηνικού φορτίου, λαμβάνοντας υπόψη τη θωράκιση των εσωτερικών ηλεκτρονίων.
Προβλέπεις γενικά αύξηση της ατομικής ακτίνας όταν κατεβαίνεις σε μία ομάδα, λόγω πρόσθετων κατειλημμένων στιβάδων και αυξημένης θωράκισης.
Προβλέπεις μόνο μικρή μείωση της ατομικής ακτίνας κατά μήκος των στοιχείων μετάπτωσης, επειδή τα πρόσθετα ηλεκτρόνια εισέρχονται σε εσωτερική υποστιβάδα d.
Ορίζεις την ενέργεια πρώτου ιοντισμού ως την ελάχιστη ενέργεια πλήρους απομάκρυνσης 1 ηλεκτρονίου από ελεύθερο ουδέτερο άτομο στη θεμελιώδη κατάσταση και στην αέρια φάση.
Γράφεις τον πρώτο ιοντισμό ως απομάκρυνση ηλεκτρονίου από αέριο ουδέτερο άτομο προς αέριο θετικό ιόν, χαρακτηρίζεις τη διεργασία ενδόθερμη και χρησιμοποιείς συνήθως κιλοτζάουλ ανά μολ.
Συνδέεις την ενέργεια πρώτου ιοντισμού με την πυρηνική έλξη, την ατομική ακτίνα και τη θωράκιση, δηλώνοντας ποιοι παράγοντες παραμένουν συγκρίσιμοι.
Προβλέπεις γενικά αύξηση της ενέργειας πρώτου ιοντισμού από αριστερά προς τα δεξιά σε μία περίοδο και από κάτω προς τα πάνω σε μία ομάδα.
Χρησιμοποιείς τις κατευθύνσεις ως γενικές τάσεις και διατηρείς τις περιοδικές επανεκκινήσεις και τις τοπικές αποκλίσεις που δείχνουν τα δεδομένα.
Διατηρείς τις τοπικές αντιστροφές βηρυλλίου και βορίου, αζώτου και οξυγόνου, μαγνησίου και αλουμινίου, φωσφόρου και θείου.
Διαβάζεις πρώτα τους άξονες, τις κατηγορίες, τις μονάδες και τις δοσμένες τιμές ενός γραφήματος ή πίνακα και δεν αντικαθιστάς τις ασυνέχειες με μία γενική τάση.
Σε ισοηλεκτρονιακά ιόντα δηλώνεις τον ίσο αριθμό ηλεκτρονίων και θεωρείς μικρότερο το ιόν με τα περισσότερα πρωτόνια.
Σε ιόντα ίδιου φορτίου από στοιχεία της ίδιας κύριας ομάδας θεωρείς μεγαλύτερο το ιόν με την πρόσθετη κατειλημμένη στιβάδα.
Σε ιόντα του ίδιου στοιχείου θεωρείς μικρότερο το περισσότερο θετικά φορτισμένο ιόν, επειδή έχει λιγότερα ηλεκτρόνια και μικρότερη ηλεκτρονιακή άπωση.