Ce inseamna "Structura Stabila" pentru un atom?

Va salut,

Cu scoala on-line m-am pricopsit, printre multe altele, si cu probleme la chimie. Astfel trebuie sa-i explic lui fiu-meu ce e aceia structura stabila pe stratul 4. Acum, nu gasesc prea exact pe wikipedia si alte surse. Structura stabila de electroni e cand toti orbitalii de acelasi rang sunt ocupati sau atunci cand stratul S de rangul respectiv este ocupat?

Adica, la intrebarea: "Determinati numarul atomic al atomului care are structura stabila pe al patrulea strat" raspunsul e:

1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 2S2 adica Z=20
sau
1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 2S2 ....... 4F14 adica Z=70

P.S. Hai ca mai am una... deja innebunesc... Elementul cu doi orbitali monoelectronici are numarul atomic ..... (mie imi da ca se poate si Z=6 si Z=8) dar cica Z=6 nu e corect.

Edited by Patefon, 05 November 2020 - 22:59.

 Patefon, on 05 noiembrie 2020 - 22:55, said:

Cred ce am ingrosat. Dar am fost corigent la chimie

Structura stabila inseamna dublet (nu e cazul decat pe stratul K) sau octet. Deci elementul trebuie sa aiba 8 electroni pe stratul N, adica Kr.

Z=38

Eu as folosi ptable ca material sa-i arat cum se aseaza electronii pe orbitali si ce inseamna sa ai un electron in plus sau in minus fata de un strat complet. Raza atomului care se strange si creste brusc cand incepe un nou strat (orbital s).
Pentru Z=20 ai Calciu, ma indoiesc ca-i considerat un atom stabil. Z=70 e Yterbiu vad, la fel, nu-i tocmai un atom stabil, deci algoritmul de umplere a electronilor pe orbitali e incorect.
Orbitalul 3D se populeaza dupa 4S, deci nu stiu cum anume e considerat stratul din pdv al chimiei, acolo e o chestie energetica, orbitalul 4S fiind mai apropiat de nucleu(poti sa-i zici copilului), dar el de fapt are un nivel energetic inferior.
Tot asa, dupa 5S ai 4D, iar dupa 6S ai 4F, tot din aceste considerente. Dar te poti ajuta cu dimensiunile atomilor sa-i explici de ce electronii de valeta din stratul S de exemplu, sunt foarte slabi legati de atom. si de ce orbitalii P incompleti sunt avizi de electroni. Mai niste desene explicative(chiar daca eronate), sunt bune din pdv didactic, oricum astia din clasa a9a nu inteleg foarte bine care-i faza cu nivelele astea energetice si cu forma orbitalilor care provine din dezvoltarea potentialului in armonice sferice.
Nu stiu daca a facut inca unde la scoala, nu cred, dar te poti ajuta si cu unde stationare pe un balon ipotetic plin cu apa, sau cu o sfera de apa in imponderabilitate, ca cum ar trebui sa arate undele stationare pe aceasta. Tot incorect, dar eficient didactic, pana la urma e important sa inteleaga cu cunostintele de le are acum, nu sa-l bagi in cuantica si sa-l lasi pinguin.

Un copil poate intelege de ce forma orbitalilor e aia care este, daca-i explici cu instrumente gen unda stationara pe suprafata unei sfere.

Sa inteleg ca "Stabil" se refera doar la gazele nobile. Grupa 18 (8A). Adica ar trebui sa aiba nS si nP complet fara sa mai aiba in plus in alte straturi; (Cu exceptia Heliului).

Edited by Patefon, 06 November 2020 - 00:06.

Uite aici ai niste figuri bune pentru a explica de ce forma orbitalilor e aia care este, si de ce.
https://en.wikipedia...rical_harmonics
Orbitalii sunt de fapt nodurile in 3D ale unei unde stationare de probabilitate.
Problema e ca el nu are cum sa inteleaga ce-i aia unda de probabilitate si ce anume o tine sa aiba o simetrie care implica sfera. Dar cea mai buna analogie e cu o unda stationara pe o sfera. Daca stie ce-i aia o unda stationara, daca nu.... exista un alt videoclip foarte bun, dar necesita timp de asimilare a informatiei.
Pentru asta ai sferele alea cu alb-albastru din pagina wiki. Practic primele 4 coloane reprezinta toate modurile de vibratie pe acea sfera corespunzatoare unei unde de tip s, p d si f, ce il intereseaza pe el.
Dar tre sa refaci desenele pe hartie cu sfere S mai mari pentru 2S, 3S, 4S...etc. si tot asa pentru 2P 3P, 4P, apoi 3D, 4D, etc si in final 4F, 5F.
Se vede si de ce poti pune 2 electroni pe S, 6 pe P, 10 pe D 14 pe F, insa mai intervine principiul lui Pauli care zice el ce zice, copilului poti sa-i arati ca oricare orbital are nucleul ca centru de simetrie, deci in polul opus electronului, mai poti pune un alt electron, dar nu mai mult. Asa-i explici principiul lui Pauli, folosindu-te de simetria fata de centru.
Apoi se vede din figura si de ce ai numar impar de moduri de vibratie distincte pentru S, P, D, F, dar trebuie sa te joci tu mai intai cu niste desene sa nu zapacesti copilul.

Si in final, poti sa-i arati si de ce anume sfera 5S e mai mica decat 4D, in mod eronat aratandu-i  ca asea se aseaza undele stationare, depinde si de ce intrebari iti pune pustiul, functie de asta alegi metoda didactica. In pagina wiki sunt de aceiasi raza, dar tu le faci din start diferite ca si raza sa evidentiezi aspectul care te intereseaza, sa priceapa pustiul ca electronii trebuie sa ocupe locurile mai apropiate de nucleu, adica sferele mai mici. Nu-i corect, dar nu se prinde el acum si oricum nu-i relevant decat strict sa inteleaga de ce se aseaza electronii asa si nu altfel.
Zici si tu ca unda are o anumita viteza, si pentru unda de ordinul 2, tre sa ai o raza mai mare a sferei, pentur 3 si mai mare si tot asa. Si fiecare sfera e proportionala si cu excesul de sarcina ramas inauntru. Deh, atomul e mai complicat, dar poate pricepe cu notiunile de le are. Totusi intelege si el ca o constelatie de 5-7 electroni care mai si interactioneaza intre ei, nu poate avea o forma ca sistemul solar, deoarece electronii se mai si resping intre ei, iar singurele "orbite" stabile sunt de fapt orbitalii respectivi.

 Patefon, on 06 noiembrie 2020 - 00:01, said:

Da, dar si heliul e stabil deoarece primul strat nu poate avea decat orbitali de tip S. Nu exista alte tipuri de vibratie pentru "unda de ordinul 1", abia pentru "unda de ordinul 2" apare ca posibil atat S cat si P(optarii aia cu doua poluri)

Restul au orbitali de tip P la final, deoarece orbitalii de tip D si F au energie chiar mai mare decat orbitalii de tip S din stratul urmator, ceea ce face ca la urma sa ramana tot orbitali de tip P, indiferent de strat(altul decat 1) O explicatie e ca orbitalii de tip P au cel mai mare "bulge", ceea ce face sa fie foarte alungiti si electronii de pe acesti orbitali sa ecraneze pe restul. Dar desigur, ecuatiile lor sunt complicate, nu-i chiar corecta explicatia..

Mai sunt si alte mici "anomalii" de completare a stratului electronic care nu se invata la scoala (pe la Lantanide-Actinide), dar ptable le evidentiaza(ca si chestie), insa sunt extrem de greu de explicat.

Multumesc de ajutor.

Extraordiar de bun Tabelul Periodic interactiv. Ajuta enorm la explicatii.

Da, e belea, l-am avut ani de zile la favorites. Are multe informatii faine in el.

 Patefon, on 05 noiembrie 2020 - 22:55, said:

La ce facultate e "copilul" ?

 keta, on 06 noiembrie 2020 - 01:56, said:

La liceu. Clasa a IX-a.

Addendum:

Uite, decembrie anul trecut, proiect la chimie, metale alcaline:

[ https://www.youtube-nocookie.com/embed/ZJ8nFGB6xhk?feature=oembed - Pentru incarcare in pagina (embed) Click aici ]

Ordinea de completare a paturilor si subpaturilor intr-un atom:
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p⁶ ...

se face dupa schema de mai jos
[ https://i.pinimg.com/originals/e9/44/2f/e9442f954695c9127735674de7a8dd19.png - Pentru incarcare in pagina (embed) Click aici ]

Elementele stabile sunt gazele rare (sau nobile), deoarece nu formeaza ioni sau compusi chimici cu alte elemente: He (1s²), Ne (1s² 2s² 2p⁶), Ar (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶), Kr (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶), Xe (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶), Ra (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p⁶) ...

Structura stabila pe stratul 4 (K, L, M, N)  apare la elementul Kripton (₃₆Kr), care are numarul atomic 36.

Edited by real32, 06 November 2020 - 09:19.