Электронные схемы элементов таблицы менделеева: Электронные формулы и графические схемы атомов химических элементов

Содержание

Строение электронной оболочки атома. Химия, 8 класс: уроки, тесты, задания.

1. Электронная оболочка атома

Сложность: лёгкое

1
2. Определи химический элемент

Сложность: лёгкое

1
3. Электронная схема атома

Сложность: лёгкое

1
4. Элементы с одинаковым внешним электронным слоем

Сложность: среднее

2
5. Внешний электронный слой

Сложность: среднее

2
6. Верные утверждения о строении атома

Сложность: среднее

2
7. Электроны в атоме

Сложность: среднее

2
8. Энергетические уровни

Сложность: сложное

3
9. Масса нуклида

Сложность: сложное

3
10. Массовая доля нейтронов

Сложность: сложное

4

Электронная конфигурация всех химических элементов графически.

Каталог файлов по химии

    Задача составления электронной формулы химического элемента не самая простая.

    Итак, алгоритм составления электронных формул элементов такой:

    • Сначала записываем знак хим. элемента, где внизу слева от знака указываем его порядковый номер.
    • Далее по номеру периода (из которого элемент) определяем число энергетических уровней и рисуем рядом со знаком хим-го элемента такое количество дуг.
    • Затем по номеру группы число электронов на внешнем уровне, записываем под дугой.
    • На 1 – ом уровне максимально возможно 2е, на втором уже 8, на третьем – целых 18. Начинаем ставить числа под соответствующими дугами.
    • Число электронов на предпоследнем уровне нужно рассчитывать так: из порядкового номера элемента отнимается число уже проставленных электронов.
    • Остается превратить нашу схему в электронную формулу:

    Вот электронные формулы некоторых химических элементов:

    1. Пишем химический элемент и его порядковый номер. Номер показывает кол-во электронов в атоме.
    2. Составляем формулу. Для этого нужно узнать количество энергетических уровней, основой для определения берется номер периода элемента.
    3. Разбиваем уровни на под уровни.

    Ниже можно увидеть пример, как правильно составлять электронные формулы химических элементов.

  • Составить электронные формулы химических элементов нужно таким способом: нужно посмотреть номер элемента в таблице Менделеева, таким образом узнать сколько у него электронов. Затем нужно узнать количество уровней, который равен периоду. Затем пишутся подуровни и они заполняются:

    Первым делом вам надо определить число атомов согласно таблицы Менделеева.

    Для составления электронной формулы вам понадобится периодическая система Менделеева. Находите ваш химический элемент там и смотрите период – он будет равен числу энергетических уровней. Номер группы будет соответствовать численно количеству электронов на последнем уровне. Номер элемента будет количественно равен числу его электронов.

    Так же вам четко надо знать, что на первом уровне есть максимум 2 электрона, на втором – 8, на третьем – 18.

    Это основные моменты. Ко всему прочему в интернете (в том числе и нашем сайте) вы можете найти информацию с уже готовой электронной формулой для каждого элемента, так вы сможете проверить себя.

    Составление электронных формул химических элементов очень даже сложный процесс, без специальных таблиц тут не обойтись, да и формул нужно применять целую кучу. Вкратце для составления нужно пройти по этим этапам:

    Нужно составить орбитальную диаграмму, в которой будет понятие отличия электронов друг от друга. В диаграмме выделяются орбитали и электроны.

    Электроны заполняются по уровням, снизу в верх и имеют несколько подуровней.

    Итак вначале узнам общее количество электронов заданного атома.

    Заполняем формулу по определнной схеме и записываем – это и будет электронной формулой.

    Например у Азота эта формула выглядит так, сначала разбираемся с электронами:

    И записываем формулу:

    Чтобы понять принцип составления электронной формулы химического элемента , для начала нужно определить по номеру в таблице Менделеева общее количество электронов в атоме. После этого нужно определить число энергетических уровней, взяв за основу номер периода, в котором находится элемент.

    После этого уровни разбиваются на подуровни, которые заполняют электронами, основываясь на Принципе наименьшей энергии.

    Можно проверить правильность своих рассуждений, заглянув, например, сюда .

    Составив электронную формулу химического элемента, можно узнать, сколько электронов и электронных слоев в конкретном атоме, а также порядок их распределения по слоям.

    Для начала определяем порядковый номер элемента по таблице Менделеева, он соответствует числу электронов. Количество электронных слоев указывает на номер периода, а количество число электронов на последнем слое атома соответствует номеру группы.

    • сначала заполняем s-подуровень, а потом р-, d- b f-подуровни;
    • по правилу Клечковского электроны заполняют орбитали в порядке возрастания энергии этих орбиталей;
    • по правилу Хунда электроны в пределах одного подуровня занимают свободные орбитали по одному, а потом образуют пары;
    • по принципу Паули на одной орбитали больше 2 электронов не бывает.
  • Электронная формула химического элемента показывает сколько электронных слоев и сколько электронов содержится в атоме и как они распределены по слоям.

    Чтобы составить электронную формулу химического элемента, нужно заглянуть в таблицу Менделеева и использовать полученные сведения для данного элемента. Порядковый номер элемента в таблице Менделеева соответствует количеству электронов в атоме. Число электронных слоев соответствует номеру периода, число электронов на последнем электронном слое соответствует номеру группы.

    Необходимо помнить, что на первом слое находится максимум 2 электрона 1s2, на втором – максимум 8 (два s и шесть р: 2s2 2p6), на третьем – максимум 18 (два s, шесть p, и десять d: 3s2 3p6 3d10).

    Например, электронная формула углерода: С 1s2 2s2 2p2 (порядковый номер 6, номер периода 2, номер группы 4).

    Электронная формула натрия: Na 1s2 2s2 2p6 3s1 (порядковый номер 11, номер периода 3, номер группы 1).

    Для проверки правильности написания электронной формулы можно заглянуть на сайт www. alhimikov.net.

    Составление электронной формулы хим.элементов на первый взгляд может показаться довольно сложным занятием, однако все станет понятно, если придерживаться следующей схемы:

    • сперва пишем орбитали
    • вставляем перед орбиталями числа, которые указывают номер энергетического уровня. Не забываем формулу для определения максимального количества электронов на энергетическом уровне: N=2n2

    А как узнать число энергетических уровней? Просто посмотрите таблицу Менделеева: это число равно номеру периода, в котором данный элемент находится.

    • над значком орбитали пишем число, которое обозначает количество электронов, которые находятся на этой орбитали.

    Например, электронная формула скандия будет выглядеть таким образом.

Электронная конфигурация атома – это формула, показывающая расположение электронов в атоме по уровням и подуровням. После изучения статьи Вы узнаете, где и как располагаются электроны, познакомитесь с квантовыми числами и сможете построить электронную конфигурацию атома по его номеру, в конце статьи приведена таблица элементов.

Для чего изучать электронную конфигурацию элементов?

Атомы как конструктор: есть определённое количество деталей, они отличаются друг от друга, но две детали одного типа абсолютно одинаковы. Но этот конструктор куда интереснее, чем пластмассовый и вот почему. Конфигурация меняется в зависимости от того, кто есть рядом. Например, кислород рядом с водородом может превратиться в воду, рядом с натрием в газ, а находясь рядом с железом вовсе превращает его в ржавчину. Что бы ответить на вопрос почему так происходит и предугадать поведение атома рядом с другим необходимо изучить электронную конфигурацию, о чём и пойдёт речь ниже.

Сколько электронов в атоме?

Атом состоит из ядра и вращающихся вокруг него электронов, ядро состоит из протонов и нейтронов. В нейтральном состоянии у каждого атома количество электронов равно количеству протонов в его ядре. Количество протонов обозначили порядковым номером элемента, например, сера, имеет 16 протонов – 16й элемент периодической системы. Золото имеет 79 протонов – 79й элемент таблицы Менделеева. Соответственно, в сере в нейтральном состоянии 16 электронов, а в золоте 79 электронов.

Где искать электрон?

Наблюдая поведение электрона были выведены определённые закономерности, они описываются квантовыми числами, всего их четыре:

  • Главное квантовое число
  • Орбитальное квантовое число
  • Магнитное квантовое число
  • Спиновое квантовое число

Орбиталь

Далее, вместо слова орбита, мы будем использовать термин “орбиталь”, орбиталь – это волновая функция электрона, грубо – это область, в которой электрон проводит 90% времени.
N – уровень
L – оболочка
M l – номер орбитали
M s – первый или второй электрон на орбитали

Орбитальное квантовое число l

В результате исследования электронного облака, обнаружили, что в зависимости от уровня энергии, облако принимает четыре основных формы: шар, гантели и другие две, более сложные. В порядке возрастания энергии, эти формы называются s-,p-,d- и f-оболочкой. На каждой из таких оболочек может располагаться 1 (на s), 3 (на p), 5 (на d) и 7 (на f) орбиталей. Орбитальное квантовое число – это оболочка, на которой находятся орбитали. Орбитальное квантовое число для s,p,d и f-орбиталей соответственно принимает значения 0,1,2 или 3.

На s-оболочке одна орбиталь (L=0) – два электрона
На p-оболочке три орбитали (L=1) – шесть электронов
На d-оболочке пять орбиталей (L=2) – десять электронов
На f-оболочке семь орбиталей (L=3) – четырнадцать электронов

Магнитное квантовое число m l

На p-оболочке находится три орбитали, они обозначаются цифрами от -L, до +L, то есть, для p-оболочки (L=1) существуют орбитали “-1”, “0” и “1”. Магнитное квантовое число обозначается буквой m l .

Внутри оболочки электронам легче располагаться на разных орбиталях, поэтому первые электроны заполняют по одному на каждую орбиталь, а затем уже к каждому присоединяется его пара.

Рассмотрим d-оболочку:
d-оболочке соответствует значение L=2, то есть пять орбиталей (-2,-1,0,1 и 2), первые пять электронов заполняют оболочку принимая значения M l =-2,M l =-1,M l =0, M l =1,M l =2.

Спиновое квантовое число m s

Спин – это направление вращения электрона вокруг своей оси, направлений два, поэтому спиновое квантовое число имеет два значения: +1/2 и -1/2. На одном энергетическом подуровне могут находиться два электрона только с противоположными спинами. Спиновое квантовое число обозначается m s

Главное квантовое число n

Главное квантовое число – это уровень энергии, на данный момент известны семь энергетических уровней, каждый обозначается арабской цифрой: 1,2,3,…7. Количество оболочек на каждом уровне равно номеру уровня: на первом уровне одна оболочка, на втором две и т.д.

Номер электрона


Итак, любой электрон можно описать четырьмя квантовыми числами, комбинация из этих чисел уникальна для каждой позиции электрона, возьмём первый электрон, самый низкий энергетический уровень это N=1, на первом уровне распологается одна оболочка, первая оболочка на любом уровне имеет форму шара (s-оболочка), т. е. L=0, магнитное квантовое число может принять только одно значение, M l =0 и спин будет равен +1/2. Если мы возьмём пятый электрон (в каком бы атоме он не был), то главные квантовые числа для него будут: N=2, L=1, M=-1, спин 1/2.

>> Химия: Электронные конфигурации атомов химических элементов

Швейцарский физик В. Паули в 1925 г. установил, что в атоме на одной орбитали может находиться не более двух электронов, имеющих противоположные (антипараллельные) спины (в переводе с английского «веретено»), то есть обладающих такими свойствами, которые условно можно представить себе как вращение электрона вокруг своей воображаемой оси: по часовой или против часовой стрелки. Этот принцип носит название принципа Паули.

Если на орбитали находится один электрон, то он называется неспаренным, если два, то это спаренные электроны, то есть электроны с противоположными спинами.

На рисунке 5 показана схема подразделения энергетических уровней на подуровни.

s-Орбиталь, как вы уже знаете, имеет сферическую форму. Электрон атома водорода (s = 1) располагается на этой ор-битали и неспарен. Поэтому его электронная формула или электронная конфигурация будет записываться так: 1s 1 . В электронных формулах номер энергетического уровня обозначается цифрой, стоящей перед буквой (1 …), латинской буквой обозначают подуровень (тип орбитали), а цифра, которая записывается справа вверху от буквы (как показатель степени), показывает число электронов на подуровне.

Для атома гелия Не, имеющего два спаренных электрона на одной s-орбитали, эта формула: 1s 2 .

Электронная оболочка атома гелия завершена и очень устойчива. Гелий – это благородный газ.

На втором энергетическом уровне (n = 2) имеется четыре орбитали: одна s и три р. Электроны s-орбитали второго уровня (2s-орбитали) обладают более высокой энергией, так как находятся на большем расстоянии от ядра, чем электроны 1s-орбитали (n = 2).

Вообще, для каждого значения n существует одна s-орбиталь, но с соответствующим запасом энергии электронов на нем и, следовательно, с соответствующим диаметром, растущим по мере увеличения значения n.

р-Орбиталь имеет форму гантели или объемной восьмерки. Все три р-орбитали расположены в атоме взаимно перпендикулярно вдоль пространственных координат, проведенных через ядро атома. Следует подчеркнуть еще раз, что каждый энергетический уровень (электронный слой), начиная с n = 2, имеет три р-орбитали. С увеличением значения n электроны анимают р-орбитали, расположенные на больших расстояниях от ядра и направленные по осям х, у, г.

У элементов второго периода (n = 2) заполняется сначала одна в-орбиталь, а затем три р-орбитали. Электронная формула 1л: 1s 2 2s 1 . Электрон слабее связан с ядром атома, поэтому атом лития может легко отдавать его (как вы, очевидно, помните, этот процесс называется окислением), превращаясь в ион Li+.

В атоме бериллия Ве 0 четвертый электрон также размещается на 2s-орбитали: 1s 2 2s 2 . Два внешних электрона атома бериллия легко отрываются – Ве 0 при этом окисляется в катион Ве 2+ .

У атома бора пятый электрон занимает 2р-орбиталь: 1s 2 2s 2 2р 1 . Зр6.

Иногда в схемах, изображающих распределение электронов в атомах, указывают только число электронов на каждом энергетическом уровне, то есть записывают сокращенные электронные формулы атомов химических элементов, в отличие от приведенных выше полных электронных формул.

У элементов больших периодов (четвертого и пятого) первые два электрона занимают соответственно 4я- и 5я-орбитали: 19 К 2, 8, 8, 1; 38 Sr 2, 8, 18, 8, 2. Начиная с третьего элемента каждого большого периода, последующие десять электронов поступят на предыдущие 3d- и 4d- орбитали соответственно (у элементов побочных подгрупп): 23 V 2, 8, 11, 2; 26 Tr 2, 8, 14, 2; 40 Zr 2, 8, 18, 10, 2; 43 Тг 2, 8, 18, 13, 2. Как правило, тогда, когда будет заполнен предыдущий d-подуровень, начнет заполняться внешний (соответственно 4р- и 5р) р-подуровень.

У элементов больших периодов – шестого и незавершенного седьмого – электронные уровни и подуровни заполняются электронами, как правило, так: первые два электрона поступят на внешний в-подуровень: 56 Ва 2, 8, 18, 18, 8, 2; 87Гг 2, 8, 18, 32, 18, 8, 1; следующий один электрон (у Nа и Ас) на предыдущий (p-подуровень: 57 Lа 2, 8, 18, 18, 9, 2 и 89 Ас 2, 8, 18, 32, 18, 9, 2.

Затем последующие 14 электронов поступят на третий снаружи энергетический уровень на 4f- и 5f-орбитали соответственно у лантаноидов и актиноидов.

Затем снова начнет застраиваться второй снаружи энергетический уровень (d-подуровень): у элементов побочных подгрупп: 73 Та 2, 8,18, 32,11, 2; 104 Rf 2, 8,18, 32, 32,10, 2, – и, наконец, только после полного заполнения десятью электронами сйгоду-ровня будет снова заполняться внешний р-подуровень:

86 Rn 2, 8, 18, 32, 18, 8.

Очень часто строение электронных оболочек атомов изображают с помощью энергетических или квантовых ячеек – записывают так называемые графические электронные формулы. Для этой записи используют следующие обозначения: каждая квантовая ячейка обозначается клеткой, которая соответствует одной орбитали; каждый электрон обозначается стрелкой, соответствующей направлению спина. При записи графической электронной формулы следует помнить два правила: принцип Паули, согласно которому в ячейке (орбитали) может быть не более двух электронов, но с антипараллельными спинами, и правило Ф. Хунда, согласно которому электроны занимают свободные ячейки (орбитали), располагаются в них сначала по одному и имеют при этом одинаковое значение спина, а лишь затем спариваются, но спины при этом по принципу Паули будут уже противоположно направленными.

В заключение еще раз рассмотрим отображение электронных конфигураций атомов элементов по периодам системы Д. И. Менделеева . Схемы электронного строения атомов показывают распределение электронов по электронным слоям (энергетическим уровням).

В атоме гелия первый электронный слой завершен – в нем 2 электрона.

Водород и гелий – s-элементы, у этих атомов заполняется электронами s-орбиталь.

Элементы второго периода

У всех элементов второго периода первый электронный слой заполнен и электроны заполняют е- и р-орбитали второго электронного слоя в соответствии с принципом наименьшей энергии (сначала s-, а затем р) и правилами Паули и Хунда (табл. 2).

В атоме неона второй электронный слой завершен – в нем 8 электронов.

Таблица 2 Строение электронных оболочек атомов элементов второго периода

Окончание табл. 2

Li, Ве – в-элементы.

В, С, N, О, F, Nе – р-элементы, у этих атомов заполняются электронами р-орбитали.

Элементы третьего периода

У атомов элементов третьего периода первый и второй электронные слои завершены, поэтому заполняется третий электронный слой, в котором электроны могут занимать Зs-, 3р- и Зd-подуровни (табл. 3).

Таблица 3 Строение электронных оболочек атомов элементов третьего периода

У атома магния достраивается Зs-электронная орбиталь. Nа и Mg- s-элементы.

В атоме аргона на внешнем слое (третьем электронном слое) 8 электронов. Как внешний слой, он завершен, но всего в третьем электронном слое, как вы уже знаете, может быть 18 электронов, а это значит, что у элементов третьего периода остаются незаполненными Зd-орбитали.

Все элементы от Аl до Аг – р-элементы. s- и р-элементы образуют главные подгруппы в Периодической системе.

У атомов калия и кальция появляется четвертый электронный слой, заполняется 4s-подуровень (табл. 4), так как он имеет меньшую энергию, чем Зй-подуровень. Для упрощения графических электронных формул атомов элементов четвертого периода: 1) обозначим условно графическую электронную формулу аргона так:
Аr;

2) не будем изображать подуровни, которые у этих атомов не заполняются.

Таблица 4 Строение электронных оболочек атомов элементов четвертого периода


К, Са – s-элементы, входящие в главные подгруппы. У атомов от Sс до Zn заполняется электронами Зй-подуровень. Это Зй-элементы. Они входят в побочные подгруппы, у них заполняется предвнешний электронный слой, их относят к переходным элементам.

Обратите внимание на строение электронных оболочек атомов хрома и меди. В них происходит «провал» одного электрона с 4я- на Зй-подуровень, что объясняется большей энергетической устойчивостью образующихся при этом электронных конфигураций Зd 5 и Зd 10:

В атоме цинка третий электронный слой завершен – в нем заполнены все подуровни 3s, Зр и Зd, всего на них 18 электронов.

У следующих за цинком элементов продолжает заполняться четвертый электронный слой, 4р-подуровень: Элементы от Gа до Кr – р-элементы.

У атома криптона внешний слой (четвертый) завершен, имеет 8 электронов. Но всего в четвертом электронном слое, как вы знаете, может быть 32 электрона; у атома криптона пока остаются незаполненными 4d- и 4f- подуровни.

У элементов пятого периода идет заполнение подуровней в следующем порядке: 5s-> 4d -> 5р. И также встречаются исключения, связанные с «провалом» электронов, у 41 Nb, 42 MO и т.д.

В шестом и седьмом периодах появляются элементы, то есть элементы, у которых идет заполнение соответственно 4f- и 5f-подуровней третьего снаружи электронного слоя.

4f-Элементы называют лантаноидами.

5f-Элементы называют актиноидами.

Порядок заполнения электронных подуровней в атомах элементов шестого периода: 55 Сs и 56 Ва – 6s-элементы;

57 Lа… 6s 2 5d 1 – 5d-элемент; 58 Се – 71 Lu – 4f-элементы; 72 Hf – 80 Нg – 5d-элементы; 81 Тl- 86 Rn – 6р-элементы. Но и здесь встречаются элементы, у которых «нарушается» порядок заполнения электронных орбиталей, что, например, связано с большей энергетической устойчивостью наполовину и полностью заполненных f подуровней, то есть nf 7 и nf 14 .

В зависимости от того, какой подуровень атома заполняется электронами последним, все элементы, как вы уже поняли, делят на четыре электронных семейства или блока (рис. 7).

1) s-Элементы; заполняется электронами в-подуровень внешнего уровня атома; к s-элементам относятся водород, гелий и элементы главных подгрупп I и II групп;

2) р-элементы; заполняется электронами р-подуровень внешнего уровня атома; к р элементам относятся элементы главных подгрупп III-VIII групп;

3) d-элементы; заполняется электронами d-подуровень предвнешнего уровня атома; к d-элементам относятся элементы побочных подгрупп I-VIII групп, то есть элементы вставных декад больших периодов, расположенные между s- и р-элементами. Их также называют переходными элементами;

4) f-элементы, заполняется электронами f-подуровень третьего снаружи уровня атома; к ним относятся лантаноиды и актиноиды.

1. Что было бы, если бы принцип Паули не соблюдался?

2. Что было бы, если бы правило Хунда не соблюдалось?

3. Составьте схемы электронного строения, электронные формулы и графические электронные формулы атомов следующих химических элементов: Са, Fе, Zr, Sn, Nb, Hf, Ра.

4. Напишите электронную формулу элемента № 110, используя символ соответствующего благородного газа.

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки

Выясним, как составить электронную формулу химического элемента. Этот вопрос является важным и актуальным, так как дает представление не только о строении, но и о предполагаемых физических и химических свойствах рассматриваемого атома.

Правила составления

Для того чтобы составить графическую и электронную формулу химического элемента, необходимо иметь представление о теории строения атома. Начнем с того, что есть два основных компонента атома: ядро и отрицательные электроны. Ядро включает в себя нейтроны, которые не имеют заряда, а также протоны, обладающие положительным зарядом.

Рассуждая, как составить и определить электронную формулу химического элемента, отметим, что для нахождения числа протонов в ядре, потребуется периодическая система Менделеева.

Номер элемента по порядку соответствует количеству протонов, находящихся в его ядре. Номер периода, в котором располагается атом, характеризует число энергетических слоев, располагаются на которых электроны.

Для определения количества нейтронов, лишенных электрического заряда, необходимо из величины относительной массы атома элемента, отнять его порядковый номер (количество протонов).

Инструкция

Для того чтобы понять, как составить электронную формулу химического элемента, рассмотрим правило заполнения отрицательными частицами подуровней, сформулированное Клечковским.

В зависимости от того, каким запасом свободной энергии обладают свободные орбитали, составляется ряд, характеризующий последовательность заполнения уровней электронами.

Каждая орбиталь содержит всего два электрона, которые располагаются антипараллельными спинами.

Для того чтобы выразить структуру электронных оболочек, применяют графические формулы. Как выглядят электронные формулы атомов химических элементов? Как составлять графические варианты? Эти вопросы включены в школьный курс химии, поэтому остановимся на них подробнее.

Существует определенная матрица (основа), которую используют при составлении графических формул. Для s-орбитали характерна только одна квантовая ячейка, в которой противоположно друг другу располагается два электрона. Их в графическом виде обозначаются стрелками. Для р-орбитали изображают три ячейки, в каждой также находится по два электрона, на d орбитали располагается десять электронов, а f заполняется четырнадцатью электронами.

Примеры составления электронных формул

Продолжим разговор о том, как составить электронную формулу химического элемента. Например, нужно составить графическую и электронную формулу для элемента марганца. Сначала определим положение данного элемента в периодической системе. Он имеет 25 порядковый номер, следовательно, в атоме располагается 25 электронов. Марганец – это элемент четвертого периода, следовательно, у него четыре энергетических уровня.

Как составить электронную формулу химического элемента? Записываем знак элемента, а также его порядковый номер. Пользуясь правилом Клечковского, распределяем по энергетическим уровням и подуровням электроны. Последовательно располагаем их на первом, втором, а также третьем уровне, вписывая в каждую ячейку по два электрона.

Далее суммируем их, получая 20 штук. Три уровня в полном объеме заполнены электронами, а на четвертом остается только пять электронов. Учитывая, что для каждого вида орбитали характерен свой запас энергии, оставшиеся электроны распределяем на 4s и 3d подуровень. В итоге готовая электронно-графическая формула для атома марганца имеет следующий вид:

1s2 / 2s2, 2p6 / 3s2, 3p6 / 4s2, 3d3

Практическое значение

С помощью электронно-графических формул можно наглядно увидеть число свободных (неспаренных) электронов, определяющих валентность данного химического элемента.

Предлагаем обобщенный алгоритм действий, с помощью которого можно составить электронно-графические формулы любых атомов, располагающихся в таблице Менделеева.

В первую очередь необходимо определить количество электронов, используя периодическую систему. Цифра периода указывает на численность энергетических уровней.

Принадлежность к определенной группе связана с количеством электронов, находящихся на наружном энергетическом уровне. Подразделяют уровни на подуровни, заполняют их с учетом правила Клечковского.

Заключение

Для того чтобы определить валентные возможности любого химического элемента, расположенного в таблице Менделеева, необходимо составить электронно-графическую формулу его атома. Алгоритм, приведенный выше, позволит справиться с поставленной задачей, определить возможные химические и физические свойства атома.

Условное изображение распределения электронов в электронном облаке по уровням, подуровням и орбиталям называется электронной формулой атома .

Правила, на основе|основании| которых|каких| составляют|сдают| электронные формулы

1. Принцип минимальной энергии : чем меньший запас энергии имеет система, тем более стойкой она является.

2. Правило Клечковского : распределение электронов по уровням и подуровням электронного облака происходит в порядке возростания значения суммы главного и орбитального квантовых чисел (n + 1). В случае равенства значений (n + 1) первым заполняется тот подуровень, который имеет меньшее значение n .

1 s 2 s p 3 s p d 4 s p d f 5 s p d f 6 s p d f 7 s p d f Номер уровня n 1 2 2 3 3 3 4 4 4 4 5 5 5 5 6 6 6 6 7 7 7 7 Орбитальное 1* 0 0 1 0 1 2 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 3 квантовое число

n+1| 1 2 3 3 4 5 4 5 6 7 5 6 7 8 6 7 8 9 7 8 9 10

Ряд Клечковского

1* – смотри таблицу №2.

3. Правило Хунда : при заполнении орбиталей одного подуровня низшему уровню энергии отвечает размещение электронов с параллельными спинами.

Составление|сдает| электронных формул

Потенциальный ряд:1 s 2 s p 3 s p d 4 s p d f 5 s p d f 6 s p d f 7 s p d f

(n+1|) 1 2 3 3 4 5 4 5 6 7 5 6 7 8 6 7 8 9 7 8 9 10

Ряд Клечковского

Порядок заполнения Електрони 1s 2 2s 2 p 6 3s 2 p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10 6p 6 7s 2 5f 14 ..

(n+l|) 1 2 3 3 4 4 5 5 5 6 6 6 7 7 7 7 8.

Электронная формула 1s 2 2s 2 p 6 3s 2 p 6 d 10 4s 2 p 6 d 10 f 14 5s 2 p 6 d 10 f 14 6s 2 p 6 d 10 f 14 7s 2 p 6 d 10 f 14 8. ..

(n+1|) 1 2 3 3 4 5 4 5 6 7 5 6 7 8 6 7 8 9 7 8 9 10

Информативность электронных формул

1. Положение элемента в периодической|периодичной| системе.

2. Возможны степени| окисления элемента.

3. Химический характер элемента.

4. Состав|склад| и свойства соединений элемента.

    Положение элемента в периодической |периодичной| системе Д.И.Менделеева:

а) номер периода , в котором находится элемент, отвечает числу уровней, на которых располагаются электроны;

б) номер группы , к которой принадлежит данный элемент, равняется сумме валентных электронов. Валентные электроны для атомов s- и р- элементов – это электроны внешнего уровня; для d – элементов – это электроны внешнего уровня и незаполненного подуровня предыдущего уровня.

в) электронное семейство определяется по символу подуровня, на который поступает последний электрон (s-, p-, d-, f-).

г) подгруппа определяется по принадлежности к электронному семейству: s – и р – элементы занимают главные подгруппы, а d – элементы – побочные, f – элементы занимают отдельные разделы в нижней части периодической системы (актиноиды и лантаноиды).

2. Возможные степени | окисления элементов.

Степень окисления – это заряд, который приобретает атом, если отдает или присоединяет электроны.

Атомы, которые отдают электроны, приобретают положительный заряд, который равняется числу отданных электронов (заряд электрона (-1)

Z Е 0 – ne  Z E + n

Атом, который отдал электроны превращается в катион (положительный заряженный ион). Процесс отрыва электрона от атома называется процессом ионизации. Энергия, необходимая на осуществление этого процесса называется энергией ионизации (Эион, еВ).

Первыми отделяются от атома электроны внешнего уровня, которые на орбитали не имеют пары, – розпарованные. При наличии свободных орбиталей в пределах одного уровня под действием внешней энергии электроны, которые образовывали на данном уровне пары, розпаровываються, а затем отделяются все вместе. Процесс розпаровывания, который происходит в результате поглощения одним из электронов пары порции энергии и переходом его на высший подуровень, называется процессом возбуждения.

Наибольшее количество электронов, которые может отдать атом, равняется числу валентных электронов и отвечает номеру группы, в которой расположен элемент. Заряд, который приобретает атом после потери всех валентных электронов, называется высшей степенью окисления атома.

После освобождения|увольнения| валентного уровня внешним становится|стает| уровень, который|какой| предшествовал валентному. Это полностью заполненный электронами уровень, и потому|и поэтому| энергетически стойкий.

Атомы элементов, которые имеют на внешнем уровне от 4 до 7 электронов, достигают энергетически стойкого состояния не только путем отдачи электронов, но и путем их присоединения. Вследствие этого образуется уровень (.ns 2 p 6) – стойкое инертногазовое состояние.

Атом, который присоединил электроны, приобретает отрицательную степень окисления – отрицательный заряд, который равняется числу принятых электронов.

Z Е 0 + ne  Z E – n

Число электронов, которые может присоединить атом, равняется числу (8 –N|), где N – это номер группы, в которой|какой| расположен элемент (или число валентных электронов).

Процесс присоединения электронов к атому сопровождается выделением энергии, которая называется сродством к электрону (Эсродства, еВ ).

60 в таблице менделеева 6 букв. Электронные формулы атомов и схемы. Информативность электронных формул

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Электронная формула (конфигурация) атома химического элемента показывает расположение электронов на электронных оболочках (уровнях и подуровнях) в атоме или молекуле.

Наиболее часто электронные формулы записывают для атомов в основном или возбужденном состоянии и для ионов.

Существует несколько правил, которые необходимо учитывать при составлении электронной формулы атома химического элемента. Это принцип Паули, правила Клечковского или правило Хунда.

При составление электронной формулы следует учитывать, что номер периода химического элемента определяет число энергетических уровней (оболочек) в атоме, а его порядковый номер количество электронов.

Согласно правилу Клечковского , заполнение энергетических уровней происходит в порядке возрастания суммы главного и орбитального квантовых чисел (n + l), а при равных значениях этой суммы – в порядке возрастания n:

1s

Так, значению n + l = 5 соответствуют энергетические подуровни 3d (n = 3, l=2), 4d (n=4, l=1) и 5s (n=5, l =0). Первым из этих подуровней заполняется тот, у которого ниже значение главного квантового числа.

Поведение электронов в атомах подчиняется принципу запрета, сформулированному швейцарским ученым В. Паули: в атоме не может быть двух электронов, у которых были бы одинаковыми все четыре квантовых числа. Согласно принципу Паули , на одной орбитали, характеризуемой определенными значениями трех квантовых чисел (главное, орбитальное и магнитное), могут находиться только два электрона, отличающиеся значением спинового квантового числа. Из принципа Паули вытекает следствие : максимально возможное число электронов на каждом энергетическом уровне равно удвоенному значению квадрата главного квантового числа.

Электронная формула атома

Электронную формулу атома изображают следующим образом: каждому энергетическому уровню соответствует определенное главное квантовое число n, обозначаемое арабской цифрой; за каждой цифрой следует буква, соответствующая энергетическому подуровню и обозначающая орбитальное квантовое число. Верхний индекс у буквы показывает число электронов, находящихся в подуровне. Например, электронная формула атома натрия имеет следующий вид:

11 N 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 .

При заполнение электронами энергетических подуровней также необходимо соблюдать правило Хунда : в данном подуровне электроны стремятся занять энергетические состояния таким образом, чтобы суммарный спин был максимальным (это наиболее наглядно отражается при составлении электронно-графических формул).

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание Запишите электронные формулы атомов элементов с атомными номерами 7, 16, 21.
Ответ Химический элемент с атомным номером 7 – это азот. Он находится во втором периоде, следовательно, имеет две орбитали. Расположение азота в V группе Периодической таблицы свидетельствует о наличии на внешнем энергетическом уровне 5-ти валентных электронов:

1s 2 2s 2 2p 3 .

Химический элемент с атомным номером 16 – это сера. Она находится в третьем периоде, следовательно, имеет три орбитали. Расположение серы в VI группе Периодической таблицы свидетельствует о наличии на внешнем энергетическом уровне 6-ти валентных электронов:

16 S) 2) 8) 6 ;

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 .

Химический элемент с атомным номером 21 – это скандий. Он находится в четвертом периоде, следовательно, имеет четыре орбитали. Расположение скандия в III группе Периодической таблицы свидетельствует о наличии на внешнем энергетическом уровне 3-х валентных электронов:

21 Sc) 2) 8) 8) 3 ;

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 2 4s 2 .

При написании электронных формул атомов элементов указывают энергетические уровни (значения главного квантового числа n в виде цифр – 1, 2, 3 и т.д.), энергетические подуровни (значения орбитального квантового числа l в виде букв – s , p , d , f ) и цифрой вверху указывают число электронов на данном подуровне.

Первым элементом в таблице Д. И. Менделеева является водород, следовательно, заряд ядра атома Н равен 1, в атоме только один электрон на s -подуровне первого уровня. Поэтому электронная формула атома водорода имеет вид:

Вторым элементом является гелий, в его атоме два электрона, поэтому электронная формула атома гелия – 2 Не 1s 2 . Первый период включает в себя только два элемента, так как заполняется электронами первый энергетический уровень, который могут занять только 2 электрона.

Третий по порядку элемент – литий – находится уже во втором периоде, следовательно, у него начинает заполняться электронами второй энергетический уровень (об этом мы говорили выше). Заполнение электронами второго уровня начинается с s -подуровня, поэтому электронная формула атома лития – 3 Li 1s 2 2s 1 . В атоме бериллия завершается заполнение электронами s -подуровня: 4 Ве 1s 2 2s 2 .

У последующих элементов 2-го периода продолжает заполняться электронами второй энергетический уровень, только теперь электронами заполняется р -подуровень: 5 В 1s 2 2s 2 2р 1 ; 6 С 1s 2 2s 2 2р 2 … 10 Ne 1s 2 2s 2 2р 6 .

У атома неона завершается заполнение электронами р -подуровня, этим элементом заканчивается второй период, в нем восемь электронов, так как на s – и р -подуровнях могут находиться только восемь электронов.

У элементов 3-го периода имеет место аналогичная последовательность заполнения электронами энергетических подуровней третьего уровня. Электронные формулы атомов некоторых элементов этого периода имеют вид:

11 Na 1s 2 2s 2 2р 6 3s 1 ; 12 Mg 1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 ; 13 Al 1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 3p 1 ;

14 Si 1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 3p 2 ;…; 18 Ar 1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 3p 6 .

Третий период, как и второй, заканчивается элементом (аргоном), у которого завершается заполнение электронами р –подуровня, хотя третий уровень включает в себя три подуровня (s , р , d ). Согласно приведенному выше порядку заполнения энергетических подуровней в соответствии с правилами Клечковского, энергия подуровня 3d больше энергии подуровня 4s , поэтому у следующего за аргоном атома калия и стоящего за ним атома кальция заполняется электронами 3s –подуровень четвертого уровня:

19 К 1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 3p 6 4s 1 ; 20 Са 1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 3p 6 4s 2 .

Начиная с 21-го элемента – скандия, в атомах элементов начинает заполняться электронами подуровень 3d . Электронные формулы атомов этих элементов имеют вид:

21 Sc 1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1 ; 22 Ti 1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 2 .

В атомах 24-го элемента (хрома) и 29-го элемента (меди) наблюдается явление, называемое «проскоком» или «провалом» электрона: электрон с внешнего 4s –подуровня «проваливается» на 3d –подуровень, завершая заполнение его наполовину (у хрома) или полностью (у меди), что способствует бóльшей устойчивости атома:

24 Cr 1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5 (вместо …4s 2 3d 4) и

29 Cu 1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 10 (вместо …4s 2 3d 9).

Начиная с 31-го элемента – галлия, продолжается заполнение электронами 4-го уровня, теперь – р –подуровня:

31 Ga 1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 1 …; 36 Кr 1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 .

Этим элементом и завершается четвертый период, который включает в себя уже 18 элементов.

Аналогичный порядок заполнения электронами энергетических подуровней имеет место в атомах элементов 5-го периода. У первых двух (рубидия и стронция) заполняется s –подуровень 5-го уровня, у последующих десяти элементов (с иттрия по кадмий) заполняется d –подуровень 4-го уровня; завершают период шесть элементов (с индия по ксенон), в атомах которых происходит заполнение электронами р –подуровня внешнего, пятого уровня. В периоде тоже 18 элементов.

У элементов шестого периода такой порядок заполнения нарушается. В начале периода, как обычно, находятся два элемента, в атомах которых заполняется электронами s –подуровень внешнего, шестого, уровня. У следующего за ними элемента – лантана – начинает заполняться электронами d –подуровень предыдущего уровня, т.е. 5d . На этом заполнение электронами 5d -подуровня прекращается и у следующих 14 элементов – с церия по лютеций – начинает заполняться f -подуровень 4-го уровня. Эти элементы включены все в одну клетку таблицы, а внизу приведен развернутый ряд этих элементов, называемых лантаноидами.

Начиная с 72-го элемента – гафния – по 80-й элемент – ртуть, продолжается заполнение электронами 5d –подуровня, и завершается период, как обычно шестью элементами (с таллия по радон), в атомах которых заполняется электронами р –подуровень внешнего, шестого, уровня. Это самый большой период, включающий в себя 32 элемента.

В атомах элементов седьмого, незавершенного, периода просматривается тот же порядок заполнения подуровней, что описан выше. Предоставляем студентам самим написать электронные формулы атомов элементов 5 – 7-го периодов с учетом всего сказанного выше.

Примечание: в некоторых учебных пособиях допускается другой порядок записи электронных формул атомов элементов: не в порядке их заполнения, а в соответствии с приводимым в таблице количеством электронов на каждом энергетическом уровне. Например, электронная формула атома мышьяка может иметь вид: As 1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 3 .

Алгоритм составления электронной формулы элемента:

1. Определите число электронов в атоме используя Периодическую таблицу химических элементов Д.И. Менделеева .

2. По номеру периода, в котором расположен элемент, определите число энергетических уровней; число электронов на последнем электронном уровне соответствует номеру группы.

3. Уровни разбить на подуровни и орбитали и заполнить их электронами в соответствии с правилами заполнения орбиталей :

Необходимо помнить, что на первом уровне находится максимум 2 электрона 1s 2 , на втором – максимум 8 (два s и шесть р: 2s 2 2p 6 ), на третьем – максимум 18 (два s , шесть p , и десять d: 3s 2 3p 6 3d 10 ).

  • Главное квантовое число n должно быть минимально.
  • Первым заполняется s- подуровень, затем р-, d- b f- подуровни.
  • Электроны заполняют орбитали в порядке возрастания энергии орбиталей (правило Клечковского).
  • В пределах подуровня электроны сначала по одному занимают свободные орбитали, и только после этого образуют пары (правило Хунда).
  • На одной орбитали не может быть больше двух электронов (принцип Паули).

Примеры.

1. Составим электронную формулу азота. В периодической таблице азот находится под №7.

2. Составим электронную формулу аргона. В периодической таблице аргон находится под №18.

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 .

3. Составим электронную формулу хрома. В периодической таблице хром находится под №24.

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5

Энергетическая диаграмма цинка.

4. Составим электронную формулу цинка. В периодической таблице цинк находится под №30.

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10

Обратим внимание, что часть электронной формулы, а именно 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 – это электронная формула аргона.

Электронную формулу цинка можно представить в виде.

Не потеряйте. Подпишитесь и получите ссылку на статью себе на почту.

Любой, кто ходил в школу, помнит, что одним из обязательных для изучения предметов была химия. Она могла нравиться, а могла и не нравиться – это не важно. И вполне вероятно, что многие знания по этой дисциплине уже забыты и в жизни не применяются. Однако таблицу химических элементов Д. И. Менделеева наверняка помнит каждый. Для многих она так и осталась разноцветной таблицей, где в каждый квадратик вписаны определённые буквы, обозначающие названия химических элементов. Но здесь мы не будем говорить о химии как таковой, и описывать сотни химических реакций и процессов, а расскажем о том, как вообще появилась таблица Менделеева – эта история будет интересна любому человеку, да и вообще всем тем, кто охоч до интересной и полезной информации.

Небольшая предыстория

В далёком 1668 году выдающимся ирландским химиком, физиком и богословом Робертом Бойлем была опубликована книга, в которой было развенчано немало мифов об алхимии, и в которой он рассуждал о необходимости поиска неразложимых химических элементов. Учёный также привёл их список, состоящий всего из 15 элементов, но допускал мысль о том, что могут быть ещё элементы. Это стало отправной точкой не только в поиске новых элементов, но и в их систематизации.

Сто лет спустя французским химиком Антуаном Лавуазье был составлен новый перечень, в который входили уже 35 элементов. 23 из них позже были признаны неразложимыми. Но поиск новых элементов продолжался учёными по всему миру. И главную роль в этом процессе сыграл знаменитый русский химик Дмитрий Иванович Менделеев – он впервые выдвинул гипотезу о том, что между атомной массой элементов и их расположением в системе может быть взаимосвязь.

Благодаря кропотливому труду и сопоставлению химических элементов Менделеев смог обнаружить связь между элементами, в которой они могут быть одним целым, а их свойства являются не чем-то само собой разумеющимся, а представляют собой периодически повторяющееся явление. В итоге, в феврале 1869 года Менделеев сформулировал первый периодический закон, а уже в марте его доклад «Соотношение свойств с атомным весом элементов» был представлен на рассмотрение Русского химического общества историком химии Н. А. Меншуткиным. Затем в том же году публикация Менделеева была напечатана в журнале «Zeitschrift fur Chemie» в Германии, а в 1871 году новую обширную публикацию учёного, посвящённую его открытию, опубликовал другой немецкий журнал «Annalen der Chemie».

Создание периодической таблицы

Основная идея к 1869 году уже была сформирована Менделеевым, причём за довольно короткое время, но оформить её в какую-либо упорядоченную систему, наглядно отображающую, что к чему, он долго не мог. В одном из разговоров со своим соратником А. А. Иностранцевым он даже сказал, что в голове у него уже всё сложилось, но вот привести всё к таблице он не может. После этого, согласно данным биографов Менделеева, он приступил к кропотливой работе над своей таблицей, которая продолжалась трое суток без перерывов на сон. Перебирались всевозможные способы организации элементов в таблицу, а работа была осложнена ещё и тем, что в тот период наука знала ещё не обо всех химических элементах. Но, несмотря на это, таблица всё же была создана, а элементы систематизированы.

Легенда о сне Менделеева

Многие слышали историю, что Д. И. Менделееву его таблица приснилась. Эта версия активно распространялась вышеупомянутым соратником Менделеева А. А. Иностранцевым в качестве забавной истории, которой он развлекал своих студентов. Он говорил, что Дмитрий Иванович лёг спать и во сне отчётливо увидел свою таблицу, в которой все химические элементы были расставлены в нужном порядке. После этого студенты даже шутили, что таким же способом была открыта 40° водка. Но реальные предпосылки для истории со сном всё же были: как уже упоминалось, Менделеев работал над таблицей без сна и отдыха, и Иностранцев однажды застал его уставшим и вымотанным. Днём Менделеев решил немного передохнуть, а некоторое время спустя, резко проснулся, сразу же взял листок бумаги и изобразил на нём уже готовую таблицу. Но сам учёный опровергал всю эту историю со сном, говоря: «Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы думаете: сидел и вдруг… готово». Так что легенда о сне может быть и очень привлекательна, но создание таблицы стало возможным только благодаря упорному труду.

Дальнейшая работа

В период с 1869 по 1871 годы Менделеев развивал идеи периодичности, к которым склонялось научное сообщество. И одним из важных этапов данного процесса стало понимание того, что любой элемент в системе должно располагать, исходя из совокупности его свойств в сравнении со свойствами остальных элементов. Основываясь на этом, а также опираясь на результаты исследований в изменении стеклообразующих оксидов, химику удалось внести поправки в значения атомных масс некоторых элементов, среди которых были уран, индий, бериллий и другие.

Пустые клетки, остававшиеся в таблице, Менделеев, конечно же, хотел скорее заполнить, и в 1870 году предсказал, что в скором времени будут открыты неизвестные науке химические элементы, атомные массы и свойства которых он сумел вычислить. Первыми из них стали галлий (открыт в 1875 году), скандий (открыт в 1879 году) и германий (открыт в 1885 году). Затем прогнозы продолжили реализовываться, и были открыты ещё восемь новых элементов, среди которых: полоний (1898 год), рений (1925 год), технеций (1937 год), франций (1939 год) и астат (1942-1943 годы). Кстати, в 1900 году Д. И. Менделеев и шотландский химик Уильям Рамзай пришли к мнению, что в таблицу должны быть включены и элементы нулевой группы – до 1962 года они назывались инертными, а после – благородными газами.

Организация периодической системы

Химические элементы в таблице Д. И. Менделеева расположены по рядам, в соответствии с возрастанием их массы, а длина рядов подобрана так, чтобы находящиеся в них элементы имели схожие свойства. Например, благородные газы, такие как радон, ксенон, криптон, аргон, неон и гелий с трудом вступают в реакции с другими элементами, а также имеют низкую химическую активность, из-за чего расположены в крайнем правом столбце. А элементы левого столбца (калий, натрий, литий и т.д.) отлично реагируют с прочими элементами, а сами реакции носят взрывной характер. Говоря проще, внутри каждого столбца элементы имеют подобные свойства, варьирующиеся при переходе от одного столбца к другому. Все элементы, вплоть до №92 встречаются в природе, а с №93 начинаются искусственные элементы, которые могут быть созданы лишь в лабораторных условиях.

В своём первоначальном варианте периодическая система понималась только как отражение существующего в природе порядка, и никаких объяснений, почему всё должно обстоять именно так, не было. И лишь когда появилась квантовая механика, истинный смысл порядка элементов в таблице стал понятен.

Уроки творческого процесса

Говоря о том, какие уроки творческого процесса можно извлечь из всей истории создания периодической таблицы Д. И. Менделеева, можно привести в пример идеи английского исследователя в области творческого мышления Грэма Уоллеса и французского учёного Анри Пуанкаре. Приведём их вкратце.

Согласно исследованиям Пуанкаре (1908 год) и Грэма Уоллеса (1926 год), существует четыре основных стадии творческого мышления:

  • Подготовка – этап формулирования основной задачи и первые попытки её решения;
  • Инкубация – этап, во время которого происходит временное отвлечение от процесса, но работа над поиском решения задачи ведётся на подсознательном уровне;
  • Озарение – этап, на котором находится интуитивное решение. Причём, найтись это решение может в абсолютно не имеющей к задаче ситуации;
  • Проверка – этап испытаний и реализации решения, на котором происходит проверка этого решения и его возможное дальнейшее развитие.

Как мы видим, в процессе создания своей таблицы Менделеев интуитивно следовал именно этим четырём этапам. Насколько это эффективно, можно судить по результатам, т.е. по тому, что таблица была создана. А учитывая, что её создание стало огромным шагом вперёд не только для химической науки, но и для всего человечества, приведённые выше четыре этапа могут быть применимы как к реализации небольших проектов, так и к осуществлению глобальных замыслов. Главное помнить, что ни одно открытие, ни одно решение задачи не могут быть найдены сами по себе, как бы ни хотели мы увидеть их во сне и сколько бы ни спали. Чтобы что-то получилось, не важно, создание это таблицы химических элементов или разработка нового маркетинг-плана, нужно обладать определёнными знаниями и навыками, а также умело использовать свои потенциал и упорно работать.

Мы желаем вам успехов в ваших начинаниях и успешной реализации задуманного!

Периодическая система химических элементов (таблица Менделеева) — классификация химических элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона, установленного русским химиком Д. И. Менделеевым в 1869 году. Её первоначальный вариант был разработан Д. И. Менделеевым в 1869—1871 годах и устанавливал зависимость свойств элементов от их атомного веса (по-современному, от атомной массы). Всего предложено несколько сотен вариантов изображения периодической системы (аналитических кривых, таблиц, геометрических фигур и т. п.). В современном варианте системы предполагается сведение элементов в двумерную таблицу, в которой каждый столбец (группа) определяет основные физико-химические свойства, а строки представляют собой периоды, в определённой мере подобные друг другу.

ПЕРИОДЫ РЯДЫ ГРУППЫ ЭЛЕМЕНТОВ
I II III IV V VI VII VIII
I 1 H
1,00795

4,002602
гелий

II 2 Li
6,9412
Be
9,01218
B
10,812
С
12,0108
углерод
N
14,0067
азот
O
15,9994
кислород
F
18,99840
фтор

20,179
неон

III 3 Na
22,98977
Mg
24,305
Al
26,98154
Si
28,086
кремний
P
30,97376
фосфор
S
32,06
сера
Cl
35,453
хлор

Ar 18
39,948
аргон

IV 4 K
39,0983
Ca
40,08
Sc
44,9559
Ti
47,90
титан
V
50,9415
ванадий
Cr
51,996
хром
Mn
54,9380
марганец
Fe
55,847
железо
Co
58,9332
кобальт
Ni
58,70
никель
Cu
63,546
Zn
65,38
Ga
69,72
Ge
72,59
германий
As
74,9216
мышьяк
Se
78,96
селен
Br
79,904
бром

83,80
криптон

V 5 Rb
85,4678
Sr
87,62
Y
88,9059
Zr
91,22
цирконий
Nb
92,9064
ниобий
Mo
95,94
молибден
Tc
98,9062
технеций
Ru
101,07
рутений
Rh
102,9055
родий
Pd
106,4
палладий
Ag
107,868
Cd
112,41
In
114,82
Sn
118,69
олово
Sb
121,75
сурьма
Te
127,60
теллур
I
126,9045
иод

131,30
ксенон

VI 6 Cs
132,9054
Ba
137,33
La
138,9
Hf
178,49
гафний
Ta
180,9479
тантал
W
183,85
вольфрам
Re
186,207
рений
Os
190,2
осмий
Ir
192,22
иридий
Pt
195,09
платина
Au
196,9665
Hg
200,59
Tl
204,37
таллий
Pb
207,2
свинец
Bi
208,9
висмут
Po
209
полоний
At
210
астат

222
радон

VII 7 Fr
223
Ra
226,0
Ac
227
актиний ××
Rf
261
резерфордий
Db
262
дубний
Sg
266
сиборгий
Bh
269
борий
Hs
269
хассий
Mt
268
мейтнерий
Ds
271
дармштадтий
Rg
272

Сn
285

Uut 113
284 унунтрий

Uug
289
унунквадий

Uup 115
288
унунпентий
Uuh 116
293
унунгексий
Uus 117
294
унунсептий

Uuо 118

295
унуноктий

La
138,9
лантан
Ce
140,1
церий
Pr
140,9
празеодим
Nd
144,2
неодим
Pm
145
прометий
Sm
150,4
самарий
Eu
151,9
европий
Gd
157,3
гадолиний
Tb
158,9
тербий
Dy
162,5
диспрозий
Ho
164,9
гольмий
Er
167,3
эрбий
Tm
168,9
тулий
Yb
173,0
иттербий
Lu
174,9
лютеций
Ac
227
актиний
Th
232,0
торий
Pa
231,0
протактиний
U
238,0
уран
Np
237
нептуний
Pu
244
плутоний
Am
243
америций
Cm
247
кюрий
Bk
247
берклий
Cf
251
калифорний
Es
252
эйнштейний
Fm
257
фермий
Md
258
менделевий
No
259
нобелий
Lr
262
лоуренсий

Открытие, сделанное Русским химиком Менделеевым, сыграло (безусловно) наиболее важную роль в развитии науки, а именно в развитии атомно-молекулярного учения. Это открытие позволило получить наиболее понятные, и простые в изучении, представления о простых и сложных химических соединениях. Только благодаря таблице мы имеем те понятия об элементах, которыми пользуемся в современном мире. В ХХ веке проявилась прогнозирующая роль периодической системы при оценке химических свойств, трансурановых элементов, показанная еще создателем таблицы.

Разработанная в ХIХ веке, периодическая таблица Менделеева в интересах науки химии, дала готовую систематизацию типов атомов, для развития ФИЗИКИ в ХХ веке (физика атома и ядра атома). В начале ХХ века, ученые физики, путем исследований установили, что порядковый номер, (он же атомный), есть и мера электрического заряда атомного ядра этого элемента. А номер периода (т.е. горизонтального ряда), определяет число электронных оболочек атома. Так же выяснилось, что номер вертикального ряда таблицы определяет квантовую структуру внешней оболочки элемента, (этим самым, элементы одного ряда, обязаны сходством химических свойств).

Открытие Русского ученого, ознаменовало собой, новую эру в истории мировой науки, это открытие позволило не только совершить огромный скачек в химии, но так же было бесценно для ряда других направлений науки. Таблица Менделеева дала стройную систему сведений об элементах, на основе её, появилась возможность делать научные выводы, и даже предвидеть некоторые открытия.

Таблица МенделееваОдна из особенностей периодической таблицы Менделеева, состоит в том, что группа (колонка в таблице), имеет более существенные выражения периодической тенденции, чем для периодов или блоков. В наше время, теория квантовой механики и атомной структуры объясняет групповую сущность элементов тем, что они имеют одинаковые электронные конфигурации валентных оболочек, и как следствие, элементы которые находятся в пределах одой колонки, располагают очень схожими, (одинаковыми), особенностями электронной конфигурации, со схожими химическими особенностями. Так же наблюдается явная тенденция стабильного изменения свойств по мере возрастания атомной массы. Надо заметить, что в некоторых областях периодической таблицы, (к примеру, в блоках D и F), сходства горизонтальные, более заметны, чем вертикальные.

Таблица Менделеева содержит группы, которым присваиваются порядковые номера от 1 до 18 (с лева, на право), согласно международной системе именования групп. В былое время, для идентификации групп, использовались римские цифры. В Америке существовала практика ставить после римской цифры, литер «А» при расположении группы в блоках S и P, или литер «В» – для групп находящихся в блоке D. Идентификаторы, применявшиеся в то время, это то же самое, что и последняя цифра современных указателей в наше время (на пример наименование IVB, соответствует элементам 4 группы в наше время, а IVA – это 14 группа элементов). В Европейских странах того времени, использовалась похожая система, но тут, литера «А» относилась к группам до 10, а литера «В» – после 10 включительно. Но группы 8,9,10 имели идентификатор VIII, как одна тройная группа. Эти названия групп закончили свое существование после того как в 1988 году вступила в силу, новая система нотации ИЮПАК, которой пользуются и сейчас.

Многие группы получили несистематические названия травиального характера, (к примеру – «щелочноземельные металлы», или «галогены», и другие подобные названия). Таких названий не получили группы с 3 по 14, из за того что они в меньшей степени схожи между собой и имеют меньшее соответствие вертикальным закономерностям, их обычно, называют либо по номеру, либо по названию первого элемента группы (титановая, кобальтовая и тому подобно).

Химические элементы относящиеся к одной группе таблицы Менделеева проявляют определенные тенденции по электроотрицательности, атомному радиусу и энергии ионизации. В одной группе, по направлению сверху вниз, радиус атома возрастает, по мере заполнения энергетических уровней, удаляются, от ядра, валентные электроны элемента, при этом снижается энергия ионизации и ослабевают связи в атоме, что упрощает изъятие электронов. Снижается, так же, электроотрицательность, это следствие того, что возрастает расстояние между ядром и валентными электронами. Но из этих закономерностей так же есть исключения, на пример электроотрицательность возрастает, вместо того чтобы убывать, в группе 11, в направлении сверху вниз. В таблице Менделеева есть строка, которая называется «Период».

Среди групп, есть и такие у которых более значимыми являются горизонтальные направления (в отличии от других, у которых большее значение имеют вертикальные направления), к таким группам относится блок F, в котором лантаноиды и актиноиды формируют две важные горизонтальные последовательности.

Элементы показывают определенные закономерности в отношении атомного радиуса, электроотрицательности, энергии ионизации, и в энергии сродства к электрону. Из-за того, что у каждого следующего элемента количество заряженных частиц возрастает, а электроны притягиваются к ядру, атомный радиус уменьшается в направлении слева направо, вместе с этим увеличивается энергия ионизации, при возрастании связи в атоме – возрастает сложность изъятия электрона. Металлам, расположенным в левой части таблицы, характерен меньший показатель энергии сродства к электрону, и соответственно, в правой части показатель энергии сродства к электрону, у не металлов, этот показатель больше, (не считая благородных газов).

Разные области периодической таблицы Менделеева, в зависимости от того на какой оболочке атома, находится последний электрон, и в виду значимости электронной оболочки, принято описывать как блоки.

В S-блок, входит две первые группы элементов, (щелочные и щелочноземельные металлы, водород и гелий).
В P-блок, входят шест последних групп, с 13 по 18 (согласно ИЮПАК, или по системе принятой в Америке – с IIIA до VIIIA), этот блок так же включает в себя все металлоиды.

Блок – D, группы с 3 по 12 (ИЮПАК, или с IIIB до IIB по-американски), в этот блок включены все переходные металлы.
Блок – F, обычно выносится за пределы периодической таблицы, и включает в себя лантаноиды и актиноиды.

Тема 6. Строение электронных оболочек атомов.

Часть I

1. Совокупность электронов в атоме называется электронной оболочкой.

2. Электроны на электронной оболочке атома располагаются по электронным слоям, или энергетическим уровням.

3. Номер периода соответствует числу электронных слоёв в атоме химического элемента.

4. Номер группы соответствует числу электронов на внешнем энергетическом уровне.

5. Запишите схемы строения электронных оболочек атомов химических элементов с порядковыми номерами с 1-го по 10-й в таблице Д. И. Менделеева, а также калия и кальция.

Часть II

1. В приведённом перечне: мышьяк, теллур, германий, йод, селен, полоний, астат, – число элементов, в атомах которых по шесть электронов на внешнем энергетическом уровне, равно:
3) трём.

2. Атомы химических элементов 4-го периода имеют одинаковое число:
3) энергетических уровней.

3. Установите соответствие между символом химического элемента (в заданном порядке) и числом электронов на внешнем энергетическом уровне его атома. Из букв, соответствующих правильным ответам, вы составите название установки, которая позволит человечеству ещё глубже познать строение атома:  коллайдер.

4. Установите соответствие между символом химического элемента (в заданном порядке) и числом энергетических уровней в электронной оболочке атома. Из букв, соответствующих правильным ответам, вы составите название частиц, из которых, в свою очередь, состоят протоны и нейтроны:   кварки.

5. Верны ли следующие суждения?
А. Число электронов в электронной оболочке атома Cl равно 7.
Б. Число электронов на внешнем энергетическом уровне атома Br равно 35.
4) Оба суждения неверны.

6. Вычеркните «лишний» химический элемент из ряда
P, Be, S, N, Ne, Ca, H
По признаку завершённости внешнего электронного слоя атома.

7. Предложите алгоритм составления электронной схемы атома химического элемента.
1. Определить общее число электронов на оболочке по порядковому номеру;
2. Определить число энергетических уровней по номеру периода;
3. Определить число внешних электронов по номеру группы;
4. Рассчитать число электронов на предпоследнем уровне, предварительно указав число электронов на всех уровнях.

8. Сравните строение электронных оболочек атомов Ca  и  Mg.
1) сходство:  на внешнем уровне есть одинаковое число электронов, равное 2
кальций 2е8е8е2е,  магний 2е8е2е.
2) различие:  в числе энергетических уровней, у кальция 4, у магния 3.


Электронно графические формулы. Как составить электронную формулу химического элемента в неорганической химии

    Задача составления электронной формулы химического элемента не самая простая.

    Итак, алгоритм составления электронных формул элементов такой:

    • Сначала записываем знак хим. элемента, где внизу слева от знака указываем его порядковый номер.
    • Далее по номеру периода (из которого элемент) определяем число энергетических уровней и рисуем рядом со знаком хим-го элемента такое количество дуг.
    • Затем по номеру группы число электронов на внешнем уровне, записываем под дугой.
    • На 1 – ом уровне максимально возможно 2е, на втором уже 8, на третьем – целых 18. Начинаем ставить числа под соответствующими дугами.
    • Число электронов на предпоследнем уровне нужно рассчитывать так: из порядкового номера элемента отнимается число уже проставленных электронов.
    • Остается превратить нашу схему в электронную формулу:

    Вот электронные формулы некоторых химических элементов:

    1. Пишем химический элемент и его порядковый номер.Номер показывает кол-во электронов в атоме.
    2. Составляем формулу. Для этого нужно узнать количество энергетических уровней, основой для определения берется номер периода элемента.
    3. Разбиваем уровни на под уровни.

    Ниже можно увидеть пример, как правильно составлять электронные формулы химических элементов.

  • Составить электронные формулы химических элементов нужно таким способом: нужно посмотреть номер элемента в таблице Менделеева, таким образом узнать сколько у него электронов. Затем нужно узнать количество уровней, который равен периоду. Затем пишутся подуровни и они заполняются:

    Первым делом вам надо определить число атомов согласно таблицы Менделеева.

    Для составления электронной формулы вам понадобится периодическая система Менделеева. Находите ваш химический элемент там и смотрите период – он будет равен числу энергетических уровней. Номер группы будет соответствовать численно количеству электронов на последнем уровне. Номер элемента будет количественно равен числу его электронов.Так же вам четко надо знать, что на первом уровне есть максимум 2 электрона, на втором – 8, на третьем – 18.

    Это основные моменты. Ко всему прочему в интернете (в том числе и нашем сайте) вы можете найти информацию с уже готовой электронной формулой для каждого элемента, так вы сможете проверить себя.

    Составление электронных формул химических элементов очень даже сложный процесс, без специальных таблиц тут не обойтись, да и формул нужно применять целую кучу. Вкратце для составления нужно пройти по этим этапам:

    Нужно составить орбитальную диаграмму, в которой будет понятие отличия электронов друг от друга. В диаграмме выделяются орбитали и электроны.

    Электроны заполняются по уровням, снизу в верх и имеют несколько подуровней.

    Итак вначале узнам общее количество электронов заданного атома.

    Заполняем формулу по определнной схеме и записываем – это и будет электронной формулой.

    Например у Азота эта формула выглядит так, сначала разбираемся с электронами:

    И записываем формулу:

    Чтобы понять принцип составления электронной формулы химического элемента , для начала нужно определить по номеру в таблице Менделеева общее количество электронов в атоме. После этого нужно определить число энергетических уровней, взяв за основу номер периода, в котором находится элемент.

    После этого уровни разбиваются на подуровни, которые заполняют электронами, основываясь на Принципе наименьшей энергии.

    Можно проверить правильность своих рассуждений, заглянув, например, сюда .

    Составив электронную формулу химического элемента, можно узнать, сколько электронов и электронных слоев в конкретном атоме, а также порядок их распределения по слоям.

    Для начала определяем порядковый номер элемента по таблице Менделеева, он соответствует числу электронов. Количество электронных слоев указывает на номер периода, а количество число электронов на последнем слое атома соответствует номеру группы.

    • сначала заполняем s-подуровень, а потом р-, d- b f-подуровни;
    • по правилу Клечковского электроны заполняют орбитали в порядке возрастания энергии этих орбиталей;
    • по правилу Хунда электроны в пределах одного подуровня занимают свободные орбитали по одному, а потом образуют пары;
    • по принципу Паули на одной орбитали больше 2 электронов не бывает.
  • Электронная формула химического элемента показывает сколько электронных слоев и сколько электронов содержится в атоме и как они распределены по слоям.

    Чтобы составить электронную формулу химического элемента, нужно заглянуть в таблицу Менделеева и использовать полученные сведения для данного элемента. Порядковый номер элемента в таблице Менделеева соответствует количеству электронов в атоме. Число электронных слоев соответствует номеру периода, число электронов на последнем электронном слое соответствует номеру группы.

    Необходимо помнить, что на первом слое находится максимум 2 электрона 1s2, на втором – максимум 8 (два s и шесть р: 2s2 2p6), на третьем – максимум 18 (два s, шесть p, и десять d: 3s2 3p6 3d10).

    Например, электронная формула углерода: С 1s2 2s2 2p2 (порядковый номер 6, номер периода 2, номер группы 4).

    Электронная формула натрия: Na 1s2 2s2 2p6 3s1 (порядковый номер 11, номер периода 3, номер группы 1).

    Для проверки правильности написания электронной формулы можно заглянуть на сайт www.alhimikov.net.

    Составление электронной формулы хим.элементов на первый взгляд может показаться довольно сложным занятием, однако все станет понятно, если придерживаться следующей схемы:

    • сперва пишем орбитали
    • вставляем перед орбиталями числа, которые указывают номер энергетического уровня. Не забываем формулу для определения максимального количества электронов на энергетическом уровне: N=2n2

    А как узнать число энергетических уровней? Просто посмотрите таблицу Менделеева: это число равно номеру периода, в котором данный элемент находится.

    • над значком орбитали пишем число, которое обозначает количество электронов, которые находятся на этой орбитали.

    Например, электронная формула скандия будет выглядеть таким образом.

Швейцарский физик В. Паули в 1925 г. установил, что в атоме на одной орбитали может находиться не более двух электронов, имеющих противоположные (антипараллельные) спины (в переводе с английского «веретено»), то есть обладающих такими свойствами, которые условно можно представить себе как вращение электрона вокруг своей воображаемой оси: по часовой или против часовой стрелки. Этот принцип носит название принципа Паули.

Если на орбитали находится один электрон, то он называется неспаренным, если два, то это спаренные электроны, то есть электроны с противоположными спинами.

На рисунке 5 показана схема подразделения энергетических уровней на подуровни.

S-Орбиталь, как вы уже знаете, имеет сферическую форму. Электрон атома водорода (s = 1) располагается на этой орбитали и неспарен. Поэтому его электронная формула или электронная конфигурация будет записываться так: 1s 1 . В электронных формулах номер энергетического уровня обозначается цифрой, стоящей перед буквой (1 …), латинской буквой обозначают подуровень (тип орбитали), а цифра, которая записывается справа вверху от буквы (как показатель степени), показывает число электронов на подуровне.

Для атома гелия Не, имеющего два спаренных электрона на одной s-орбитали, эта формула: 1s 2 .

Электронная оболочка атома гелия завершена и очень устойчива. Гелий — это благородный газ.

На втором энергетическом уровне (n = 2) имеется четыре орбитали: одна s и три р. Электроны s-орбитали второго уровня (2s-орбитали) обладают более высокой энергией, так как находятся на большем расстоянии от ядра, чем электроны 1s-орбитали (n = 2).

Вообще, для каждого значения n существует одна s-орбиталь, но с соответствующим запасом энергии электронов на нем и, следовательно, с соответствующим диаметром, растущим по мере увеличения значения n.

Р-Орбиталь имеет форму гантели или объемной восьмерки. Все три р-орбитали расположены в атоме взаимно перпендикулярно вдоль пространственных координат, проведенных через ядро атома. Следует подчеркнуть еще раз, что каждый энергетический уровень (электронный слой), начиная с n = 2, имеет три р-орбитали. С увеличением значения n электроны анимают р-орбитали, расположенные на больших расстояниях от ядра и направленные по осям х, у, г.

У элементов второго периода (n = 2) заполняется сначала одна в-орбиталь, а затем три р-орбитали. Электронная формула 1л: 1s 2 2s 1 . Электрон слабее связан с ядром атома, поэтому атом лития может легко отдавать его (как вы, очевидно, помните, этот процесс называется окислением), превращаясь в ион Li+.

В атоме бериллия Ве 0 четвертый электрон также размещается на 2s-орбитали: 1s 2 2s 2 . Два внешних электрона атома бериллия легко отрываются — Ве 0 при этом окисляется в катион Ве 2+ .

У атома бора пятый электрон занимает 2р-орбиталь: 1s 2 2s 2 2р 1 . Далее у атомов С, N, О, Е идет заполнение 2р-орбиталей, которое заканчивается у благородного газа неона: 1s 2 2s 2 2р 6 .

У элементов третьего периода заполняются соответственно Зв- и Зр-орбитали. Пять d-орбиталей третьего уровня при этом остаются свободными:

Иногда в схемах, изображающих распределение электронов в атомах, указывают только число электронов на каждом энергетическом уровне, то есть записывают сокращенные электронные формулы атомов химических элементов, в отличие от приведенных выше полных электронных формул.

У элементов больших периодов (четвертого и пятого) первые два электрона занимают соответственно 4я- и 5я-орбитали: 19 К 2, 8, 8, 1; 38 Sr 2, 8, 18, 8, 2. Начиная с третьего элемента каждого большого периода, последующие десять электронов поступят на предыдущие 3d- и 4d- орбитали соответственно (у элементов побочных подгрупп): 23 V 2, 8, 11, 2; 26 Tr 2, 8, 14, 2; 40 Zr 2, 8, 18, 10, 2; 43 Тг 2, 8, 18, 13, 2. Как правило, тогда, когда будет заполнен предыдущий d-подуровень, начнет заполняться внешний (соответственно 4р- и 5р) р-подуровень.

У элементов больших периодов — шестого и незавершенного седьмого — электронные уровни и подуровни заполняются электронами, как правило, так: первые два электрона поступят на внешний в-подуровень: 56 Ва 2, 8, 18, 18, 8, 2; 87Гг 2, 8, 18, 32, 18, 8, 1; следующий один электрон (у Nа и Ас) на предыдущий (p-подуровень: 57 Lа 2, 8, 18, 18, 9, 2 и 89 Ас 2, 8, 18, 32, 18, 9, 2.

Затем последующие 14 электронов поступят на третий снаружи энергетический уровень на 4f- и 5f-орбитали соответственно у лантаноидов и актиноидов.

Затем снова начнет застраиваться второй снаружи энергетический уровень (d-подуровень): у элементов побочных подгрупп: 73 Та 2, 8,18, 32,11, 2; 104 Rf 2, 8,18, 32, 32,10, 2, — и, наконец, только после полного заполнения десятью электронами сйгоду-ровня будет снова заполняться внешний р-подуровень:

86 Rn 2, 8, 18, 32, 18, 8.

Очень часто строение электронных оболочек атомов изображают с помощью энергетических или квантовых ячеек — записывают так называемые графические электронные формулы. Для этой записи используют следующие обозначения: каждая квантовая ячейка обозначается клеткой, которая соответствует одной орбитали; каждый электрон обозначается стрелкой, соответствующей направлению спина. При записи графической электронной формулы следует помнить два правила: принцип Паули, согласно которому в ячейке (орбитали) может быть не более двух электронов, но с антипараллельными спинами, и правило Ф. Хунда, согласно которому электроны занимают свободные ячейки (орбитали), располагаются в них сначала по одному и имеют при этом одинаковое значение спина, а лишь затем спариваются, но спины при этом по принципу Паули будут уже противоположно направленными.

В заключение еще раз рассмотрим отображение электронных конфигураций атомов элементов по периодам системы Д. И.Менделеева. Схемы электронного строения атомов показывают распределение электронов по электронным слоям (энергетическим уровням).

В атоме гелия первый электронный слой завершен — в нем 2 электрона.

Водород и гелий — s-элементы, у этих атомов заполняется электронами s-орбиталь.

Элементы второго периода

У всех элементов второго периода первый электронный слой заполнен и электроны заполняют е- и р-орбитали второго электронного слоя в соответствии с принципом наименьшей энергии (сначала s-, а затем р) и правилами Паули и Хунда (табл. 2).

В атоме неона второй электронный слой завершен — в нем 8 электронов.

Таблица 2 Строение электронных оболочек атомов элементов второго периода

Окончание табл. 2

Li, Ве — в-элементы.

В, С, N, О, F, Nе — р-элементы, у этих атомов заполняются электронами р-орбитали.

Элементы третьего периода

У атомов элементов третьего периода первый и второй электронные слои завершены, поэтому заполняется третий электронный слой, в котором электроны могут занимать Зs-, 3р- и Зd-подуровни (табл. 3).

Таблица 3 Строение электронных оболочек атомов элементов третьего периода

У атома магния достраивается Зs-электронная орбиталь. Nа и Mg— s-элементы.

В атоме аргона на внешнем слое (третьем электронном слое) 8 электронов. Как внешний слой, он завершен, но всего в третьем электронном слое, как вы уже знаете, может быть 18 электронов, а это значит, что у элементов третьего периода остаются незаполненными Зd-орбитали.

Все элементы от Аl до Аг — р-элементы. s- и р-элементы образуют главные подгруппы в Периодической системе.

У атомов калия и кальция появляется четвертый электронный слой, заполняется 4s-подуровень (табл. 4), так как он имеет меньшую энергию, чем Зй-подуровень. Для упрощения графических электронных формул атомов элементов четвертого периода: 1) обозначим условно графическую электронную формулу аргона так:
Аr;

2) не будем изображать подуровни, которые у этих атомов не заполняются.

Таблица 4 Строение электронных оболочек атомов элементов четвертого периода

К, Са — s-элементы, входящие в главные подгруппы. У атомов от Sс до Zn заполняется электронами Зй-подуровень. Это Зй-элементы. Они входят в побочные подгруппы, у них заполняется предвнешний электронный слой, их относят к переходным элементам.

Обратите внимание на строение электронных оболочек атомов хрома и меди. В них происходит «провал» одного электрона с 4я- на Зй-подуровень, что объясняется большей энергетической устойчивостью образующихся при этом электронных конфигураций Зd 5 и Зd 10:

В атоме цинка третий электронный слой завершен — в нем заполнены все подуровни 3s, Зр и Зd, всего на них 18 электронов.

У следующих за цинком элементов продолжает заполняться четвертый электронный слой, 4р-подуровень: Элементы от Gа до Кr — р-элементы.

У атома криптона внешний слой (четвертый) завершен, имеет 8 электронов. Но всего в четвертом электронном слое, как вы знаете, может быть 32 электрона; у атома криптона пока остаются незаполненными 4d- и 4f- подуровни.

У элементов пятого периода идет заполнение подуровней в следующем порядке: 5s-> 4d -> 5р. И также встречаются исключения, связанные с «провалом» электронов, у 41 Nb, 42 MO и т. д.

В шестом и седьмом периодах появляются элементы, то есть элементы, у которых идет заполнение соответственно 4f- и 5f-подуровней третьего снаружи электронного слоя.

4f-Элементы называют лантаноидами.

5f-Элементы называют актиноидами.

Порядок заполнения электронных подуровней в атомах элементов шестого периода: 55 Сs и 56 Ва — 6s-элементы;

57 Lа… 6s 2 5d 1 — 5d-элемент; 58 Се — 71 Lu — 4f-элементы; 72 Hf — 80 Нg — 5d-элементы; 81 Тl— 86 Rn — 6р-элементы. Но и здесь встречаются элементы, у которых «нарушается» порядок заполнения электронных орбиталей, что, например, связано с большей энергетической устойчивостью наполовину и полностью заполненных f подуровней, то есть nf 7 и nf 14 .

В зависимости от того, какой подуровень атома заполняется электронами последним, все элементы, как вы уже поняли, делят на четыре электронных семейства или блока (рис. 7).

1) s-Элементы; заполняется электронами в-подуровень внешнего уровня атома; к s-элементам относятся водород, гелий и элементы главных подгрупп I и II групп;

2) р-элементы; заполняется электронами р-подуровень внешнего уровня атома; к р элементам относятся элементы главных подгрупп III—VIII групп;

3) d-элементы; заполняется электронами d-подуровень предвнешнего уровня атома; к d-элементам относятся элементы побочных подгрупп I—VIII групп, то есть элементы вставных декад больших периодов, расположенные между s- и р-элементами. Их также называют переходными элементами;

4) f-элементы, заполняется электронами f-подуровень третьего снаружи уровня атома; к ним относятся лантаноиды и актиноиды.

1. Что было бы, если бы принцип Паули не соблюдался?

2. Что было бы, если бы правило Хунда не соблюдалось?

3. Составьте схемы электронного строения, электронные формулы и графические электронные формулы атомов следующих химических элементов: Са, Fе, Zr, Sn, Nb, Hf, Ра.

4. Напишите электронную формулу элемента № 110, используя символ соответствующего благородного газа.

5. Что такое «провал» электрона? Приведите примеры элементов, у которых это явление наблюдается, запишите их электронные формулы.

6. Как определяется принадлежность химического элемента к тому или иному электронному семейству?

7. Сравните электронную и графическую электронную формулы атома серы. Какую дополнительную информацию содержит последняя формула?

Выясним, как составить электронную формулу химического элемента. Этот вопрос является важным и актуальным, так как дает представление не только о строении, но и о предполагаемых физических и химических свойствах рассматриваемого атома.

Правила составления

Для того чтобы составить графическую и электронную формулу химического элемента, необходимо иметь представление о теории строения атома. Начнем с того, что есть два основных компонента атома: ядро и отрицательные электроны. Ядро включает в себя нейтроны, которые не имеют заряда, а также протоны, обладающие положительным зарядом.

Рассуждая, как составить и определить электронную формулу химического элемента, отметим, что для нахождения числа протонов в ядре, потребуется периодическая система Менделеева.

Номер элемента по порядку соответствует количеству протонов, находящихся в его ядре. Номер периода, в котором располагается атом, характеризует число энергетических слоев, располагаются на которых электроны.

Для определения количества нейтронов, лишенных электрического заряда, необходимо из величины относительной массы атома элемента, отнять его порядковый номер (количество протонов).

Инструкция

Для того чтобы понять, как составить электронную формулу химического элемента, рассмотрим правило заполнения отрицательными частицами подуровней, сформулированное Клечковским.

В зависимости от того, каким запасом свободной энергии обладают свободные орбитали, составляется ряд, характеризующий последовательность заполнения уровней электронами.

Каждая орбиталь содержит всего два электрона, которые располагаются антипараллельными спинами.

Для того чтобы выразить структуру электронных оболочек, применяют графические формулы. Как выглядят электронные формулы атомов химических элементов? Как составлять графические варианты? Эти вопросы включены в школьный курс химии, поэтому остановимся на них подробнее.

Существует определенная матрица (основа), которую используют при составлении графических формул. Для s-орбитали характерна только одна квантовая ячейка, в которой противоположно друг другу располагается два электрона. Их в графическом виде обозначаются стрелками. Для р-орбитали изображают три ячейки, в каждой также находится по два электрона, на d орбитали располагается десять электронов, а f заполняется четырнадцатью электронами.

Примеры составления электронных формул

Продолжим разговор о том, как составить электронную формулу химического элемента. Например, нужно составить графическую и электронную формулу для элемента марганца. Сначала определим положение данного элемента в периодической системе. Он имеет 25 порядковый номер, следовательно, в атоме располагается 25 электронов. Марганец – это элемент четвертого периода, следовательно, у него четыре энергетических уровня.

Как составить электронную формулу химического элемента? Записываем знак элемента, а также его порядковый номер. Пользуясь правилом Клечковского, распределяем по энергетическим уровням и подуровням электроны. Последовательно располагаем их на первом, втором, а также третьем уровне, вписывая в каждую ячейку по два электрона.

Далее суммируем их, получая 20 штук. Три уровня в полном объеме заполнены электронами, а на четвертом остается только пять электронов. Учитывая, что для каждого вида орбитали характерен свой запас энергии, оставшиеся электроны распределяем на 4s и 3d подуровень. В итоге готовая электронно-графическая формула для атома марганца имеет следующий вид:

1s2 / 2s2, 2p6 / 3s2, 3p6 / 4s2, 3d3

Практическое значение

С помощью электронно-графических формул можно наглядно увидеть число свободных (неспаренных) электронов, определяющих валентность данного химического элемента.

Предлагаем обобщенный алгоритм действий, с помощью которого можно составить электронно-графические формулы любых атомов, располагающихся в таблице Менделеева.

В первую очередь необходимо определить количество электронов, используя периодическую систему. Цифра периода указывает на численность энергетических уровней.

Принадлежность к определенной группе связана с количеством электронов, находящихся на наружном энергетическом уровне. Подразделяют уровни на подуровни, заполняют их с учетом правила Клечковского.

Заключение

Для того чтобы определить валентные возможности любого химического элемента, расположенного в таблице Менделеева, необходимо составить электронно-графическую формулу его атома. Алгоритм, приведенный выше, позволит справиться с поставленной задачей, определить возможные химические и физические свойства атома.

Записывается в виде так называемых электронных формул. В электронных формулах буквами s, p, d, f обозначаются энергетические подуровни электронов; цифры впереди букв означают энергетический уровень, в котором находится данный электрон, а индекс вверху справа – число электронов на данном подуровне. Чтобы составить электронную формулу атома любого элемента, достаточно знать номер данного элемента в периодической системе и выполнить основные положения, которым подчиняется распределение электронов в атоме.

Структура электронной оболочки атома может быть изображена и в виде схемы размещения электронов по энергетическим ячейкам.

Для атомов железа такая схема имеет следующий вид:

На этой схеме наглядно видно выполнение правила Гунда . На Зd-подуровне максимальное количество, ячеек (четыре) заполнено неспаренными электронами. Изображение структуры электронной оболочки в атоме в виде электронных формул и в виде схем наглядно не отражает волновых свойств электрона.

Формулировка периодического закона в редакции Д.А. Менделеева : свойства простых тел, а так же формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости величины атомных весов элементов.

Современная формулировка Периодического закона : свойства элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от величины заряда ядра их атомов.

Таким образом, положительный заряд ядра (а не атомная масса) оказался более точным аргументом, от которого зависят свойства элементов и их соединений

Валентность это число химических связей, которым один атом связан с другим.
Валентные возможности атома определяются числом неспаренных электронов и наличием на внешнем уровне свободных атомных орбиталей. Строение наружных энергетических уровней атомов химических элементов и определяет в основном свойства их атомов. Поэтому эти уровни называют валентными. Электроны этих уровней, а иногда и предвнешних уровней могут принимать участие в образовании химических связей. Такие электроны также называют валентными.

Стехиометрическая валентность химического элемента это число эквивалентов, которое может к себе присоединить данный атом, или – число эквивалентов в атоме.

Эквиваленты определяются по числу присоединённых или замещённых атомов водорода , поэтому стехиометрическая валентность равна числу атомов водорода, с которыми взаимодействует данный атом. Но свободно взаимодействуют не все элементы, а с кислородом – практически все, поэтому стехиометрическую валентность можно определить как удвоенное число присоединённых атомов кислорода.

Например, стехиометрическая валентность серы в сероводороде H 2 S равна 2, в оксиде SO 2 – 4 , в оксиде SO 3 -6.

При определении стехиометрической валентности элемента по формуле бинарного соединения следует руководствоваться правилом: суммарная валентность всех атомов одного элемента должна быть равна суммарной валентности всех атомов другого элемента.

Степень окисления также характеризует состав вещества и равна стехиометрической валентности со знаком плюс (для металла или более электроположительного элемента в молекуле) или минус.

1. В простых веществах степень окисления элементов равна нулю.

2. Степень окисления фтора во всех соединениях равна -1. Остальные галогены (хлор, бром, иод) с металлами, водородом и другими более электроположительными элементами тоже имеют степень окисления -1, но в соединениях с более электроотрицательными элементами они имеют положительные значения степеней окисления.

3. Кислород в соединениях имеет степень окисления -2; исключением являются пероксид водорода Н 2 О 2 и его производные (Na 2 O 2 , BaO 2 и т. п., в которых кислород имеет степень окисления -1, а также фторид кислорода OF 2 , степень окисления кислорода в котором равна +2.

4. Щелочные элементы (Li, Na, K и др.) и элементы главной подгруппы второй группы Периодической системы (Be, Mg, Ca и др.) всегда имеют степень окисления, равную номеру группы, то есть +1 и +2, соответственно.

5. Все элементы третьей группы, кроме таллия имеют постоянную степень окисления, равную номеру группы, т.е. +3.

6. Высшая степень окисления элемента равна номеру группы Периодической системы, а низшая – разности: № группы – 8. Например, высшая степень окисления азота (он расположен в пятой группе) равна +5 (в азотной кислоте и её солях), а низшая равна -3 (в аммиаке и солях аммония).

7. Степени окисления элементов в соединении компенсируют друг друга так, что их сумма для всех атомов в молекуле или нейтральной формульной единице равна нулю, а для иона – его заряду.

Эти правила можно использовать для определения неизвестной степени окисления элемента в соединении, если известны степени окисления остальных, и составления формул многоэлементных соединений.

Сте?пень окисле?ния (окислительное число, ) — вспомогательная условная величина для записи процессов окисления, восстановления и окислительно-восстановительных реакций.

Понятие степень окисления часто используют в неорганической химии вместо понятия валентность . Степень окисления атома равна численной величине электрического заряда, приписываемого атому в предположении, что электронные пары, осуществляющие связь, полностью смещены в сторону более электроотрицательных атомов (то есть исходя из предположения, что соединение состоит только из ионов).

Степень окисления соответствует числу электронов, которое следует присоединить к положительному иону, чтобы восстановить его до нейтрального атома, или отнять от отрицательного иона, чтобы окислить его до нейтрального атома:

Al 3+ + 3e − → Al
S 2− → S + 2e − (S 2− − 2e − → S)

Свойства элементов, зависящие от строения электронной оболочки атома, изменяются по периодам и группам периодической системы. Поскольку в ряду элементов-аналогов электронные структуры лишь сходны, но не тождественны, то при переходе от одного элемента в группе к другому для них наблюдается не простое повторение свойств, а их более или менее отчетливо выраженное закономерное изменение.

Химическая природа элемента обусловлена способностью его атома терять или приобретать электроны. Эта способность количественно оценивается величинами энергий ионизации и сродства к электрону.

Энергией ионизации (Eи ) называется минимальное количество энергии, необходимое для отрыва и полного удаления электрона из атома в газовой фазе при T = 0

K без передачи освобожденному электрону кинетической энергии с превращением атома в положительно заряженный ион: Э + Eи = Э+ + e-. Энергия ионизации является положительной величиной и имеет наименьшие значения у атомов щелочных металлов и наибольшие у атомов благородных (инертных) газов.

Сродством к электрону (Ee ) называется энергия, выделяемая или поглощаемая при присоединении электрона атому в газовой фазе при T = 0

K с превращением атома в отрицательно заряженный ион без передачи частице кинетической энергии:

Э + e- = Э- + Ee.

Максимальным сродством к электрону обладают галогены, особенно фтор (Ee = -328 кДж/моль).

Величины Eи и Ee выражают в килоджоулях на моль (кДж/моль) или в электрон-вольтах на атом (эВ).

Способность связанного атома смещать к себе электроны химических связей, повышая около себя электронную плотность называется электроотрицательностью.

Это понятие в науку введено Л. Полингом . Электроотрицательность обозначается символом ÷ и характеризует стремление данного атома к присоединению электронов при образовании им химической связи.

По Р. Маликену электротрицательность атома оценивается полусуммой энергий ионизации и сродства к электрону свободных атом÷ = (Ee + Eи)/2

В периодах наблюдается общая тенденция роста энергии ионизации и электроотрицательности с ростом заряда ядра атома, в группах эти величины с увеличением порядкового номера элемента убывают.

Следует подчеркнуть, что элементу нельзя приписать постоянное значение электроотрицательности, так как оно зависит от многих факторов, в частности от валентного состояния элемента, типа соединения, в которое он входит, числа и вида атомов-соседей.

Атомные и ионные радиусы . Размеры атомов и ионов определяются размерами электронной оболочки. Согласно квантово-механическим представления электронная оболочка не имеет строго определенных границ. Поэтому за радиус свободного атома или иона можно принять теоретически рассчитанное расстояние от ядра до положения главного максимума плотности внешних электронных облаков. Это расстояние называется орбитальным радиусом. На практике обычно используют значения радиусов атомов и ионов, находящихся в соединениях, вычисленные исходя из экспериментальных данных. При этом различают ковалентные и металлические радиусы атомов.

Зависимость атомных и ионных радиусов от заряда ядра атома элемента и носит периодический характер . В периодах по мере увеличения атомного номера радиусы имеют тенденцию к уменьшению. Наибольшее уменьшение характерно для элементов малых периодов, поскольку у них заполняется внешний электронный уровень. В больших периодах в семействах d- и f- элементов это изменение менее резкое, так как у них заполнение электронов происходит в предпредвнешнем слое. В подгруппах радиусы атомов и однотипных ионов в общем увеличиваются.

Периодическая система элементов есть наглядный пример проявления различного рода периодичности в свойствах элементов, которая соблюдается по горизонтали (в периоде слева направо), по вертикали (в группе, например, сверху вниз), по диагонали, т.е. какое-то свойство атома усиливается или уменьшается, но периодичность сохраняется.

В периоде слева направо (→) увеличиваются окислительные и неметаллические свойства элементов, а восстановительные и металлические свойства уменьшаются. Так, из всех элементов 3 периода натрий будет самым активным металлом и самым сильным восстановителем, а хлор – самым сильным окислителем.

Химическая связь это взаимное соединение атомов в молекуле, или кристаллической решетке, в результате действия между атомами электрических сил притяжения.

Это взаимодействие всех электронов и всех ядер, приводящих к образованию устойчивой, многоатомной системы (радикал, молекулярный ион, молекула, кристалл).

Химическая связь осуществляется валентными электронами. По современным представлениям химическая связь имеет электронную природу, но осуществляется она по-разному. Поэтому различают три основных типа химической связи: ковалентную, ионную, металлическую .Между молекулами возникает водородная связь, и происходят вандерваальсовые взаимодействия .

К основным характеристикам химической связи относятся:

– длина связи это межъядерное расстояние между химически связанными атомами.

Она зависит от природы взаимодействующих атомов и от кратности связи. С увеличением кратности длина связи уменьшается, а, следовательно, увеличивается ее прочность;

– кратность связи – определяется числом электронных пар, связывающих два атома. С увеличением кратности энергия связи возрастает;

– угол связи угол между воображаемыми прямыми проходящими через ядра двух химически взаимосвязанных соседних атомов;

Энергия связи Е СВ – это энергия, которая выделяется при образовании данной связи и затрачивается на ее разрыв, кДж/моль.

Ковалентная связь Химическая связь, образованная путем обобществления пары электронов двумя атомами.

Объяснение химической связи возникновением общих электронных пар между атомами легло в основу спиновой теории валентности, инструментом которой является метод валентных связей (МВС) , открытый Льюисом в 1916 г. Для квантово-механического описания химической связи и строения молекул применяют ещё один метод – метод молекулярных орбиталей (ММО) .

Метод валентных связей

Основные принципы образования химической связи по МВС:

1. Химическая связь образуется за счет валентных (неспаренных) электронов.

2. Электроны с антипараллельными спинами, принадлежащие двум различным атомам, становятся общими.

3. Химическая связь образуется только в том случае, если при сближении двух и более атомов полная энергия системы понижается.

4. Основные силы, действующие в молекуле, имеют электрическое, кулоновское происхождение.

5. Связь тем прочнее, чем в большей степени перекрываются взаимодействующие электронные облака.

Существует два механизма образования ковалентной связи:

Обменный механизм. Связь образована путем обобществления валентных электронов двух нейтральных атомов. Каждый атом дает по одному неспаренному электрону в общую электронную пару:

Рис. 7. Обменный механизм образования ковалентной связи: а – неполярной; б – полярной

Донорно-акцепторный механизм. Один атом (донор) предоставляет электронную пару, а другой атом (акцептор) предоставляет для этой пары свободную орбиталь.

Соединения, образованные по донорно-акцепторному механизму, относятся к комплексным соединениям

Рис. 8. Донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи

Ковалентная связь имеет определенные характеристики.

Насыщаемость свойство атомов образовывать строго определенное число ковалентных связей. Благодаря насыщаемости связей молекулы имеют определенный состав.

Направленность – т. е. связь образуется в направлении максимального перекрытия электронных облаков . Относительно линии соединяющей центры атомов образующих связь различают: σ и π(рис. 9): σ-связь – образована перекрыванием АО по линии соединяющей центры взаимодействующих атомов; π-связь – это связь, возникающая в направлении оси перпендикулярной прямой, соединяющей ядра атома. Направленность связи обусловливает пространственную структуру молекул, т. е. их геометрическую форму.

Гибридизация – это изменение формы некоторых орбиталей при образовании ковалентной связи для достижения более эффективного перекрывания орбиталей. Химическая связь, образуемая с участием электронов гибридных орбиталей, более прочная, чем связь с участием электронов негибридных s- и р-орбиталей, так как происходит большее перекрывание. Различают следующие виды гибридизации (рис. 10, табл. 31): sp-гибридизация – одна s-орбиталь и одна p-орбиталь превращаются в две одинаковые «гибридные» орбитали, угол между осями которых равен 180°. Молекулы, в которых осуществляется sp-гибридизация, имеют линейную геометрию (BeCl 2).

sp 2 -гибридизация – одна s-орбиталь и две p-орбитали превращаются в три одинаковые «гибридные» орбитали, угол между осями которых равен 120°. Молекулы, в которых осуществляется sp 2 -гибридизация, имеют плоскую геометрию (BF 3 , AlCl 3).

sp 3 гибридизация – одна s-орбиталь и три p-орбитали превращаются в четыре одинаковые «гибридные» орбитали, угол между осями которых равен 109°28″. Молекулы, в которых осуществляется sp 3 -гибридизация, имеют тетраэдрическую геометрию (CH 4 , NH 3).

Рис. 10. Виды гибридизаций валентных орбиталей: а – sp -гибридизация валентных орбиталей; б sp 2 – гибридизация валентных орбиталей; в sp 3 -гибридиза-ция валентных орбиталей

Таблицы электронной структуры элементо – Справочник химика 21

    ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА — естественная система химических элементов, созданная гениальным русским химиком Д. И. Менделеевым. Расположив элементы в последовательности возрастания атомных масс и сгруппировав элементы с аналогичными свойствами, Д. И. Менделеев составил таблицу элементов, закономерности которой теоретически вытекают из сформулированного им периодического закона Физические и химические свойства элементов, проявляющиеся в свойствах простых и сложных тел, ими образуемых, находятся в периодической зависимости от их атомного веса (1869—1871 гг.). Периодический закон и периодическая система элементов Д. И. Менделеева позволяют установить свя ь между всеми химическими элементами, предсказать существование ранее неизвестных элементов и описать их свойства. Как впоследствии стало известно, периодичность в изменении свойств элементов обусловлена числом электронов в атоме, электронной структурой атома, периодически изменяющейся по мере возрастания числа электронов. Число электронов равно положительному заряду атомного ядра это число равно порядковому (атомному) номеру элемента в периодической системе элементов Д. И. Менделеева. Отсюда современная формулировка периодического закона Свойства элементов, а также свойства образованных ими простых и сложных соединений находятся в периодической зависимости от величины зарядов их атомных ядер (2) . Поскольку атомные массы элементов, как правило, возрастают в той же последовательности, что и заряды атомных ядер, современная форма таблицы периодической системы элементов полностью совпадает с менделеевской, где аргон, кобальт, теллур расположены не в порядке возрастания атомной массы, а на основе их химических свойств. Это несоответствие рассматривалось противниками Д. И. Менделеева как недостаток его системы, но, как позже было доказано, закономерность нарушается в связи с изотопным составом элементов, что также предвидел Д. И. Менделеев. Периодический закон и периодическая система элементов [c.188]
    VI групп, примыкающие к диагонали бор — астат,— типичные полупроводники (т. е. их электрическая проводимость с повышением температуры увеличивается, а не уменьшается). Характерная черта этих элементов — образование амфотерных гидроксидов (с. 151). Наиболее многочисленны d-металлы. В периодической таблице химических элементов Д. И. Менделеева они расположены между S- и р-элементами и получили название переходных металлов. У атомов d-элементов происходит достройка d-орбиталей. Каждое семейство состоит из десяти d-элементов. Известны четыре d-семейства 3d, 4d, 5d, и 6d. Кроме скандия и цинка, все переходные металлы могут иметь несколько степеней окисления. Максимально возможная степень окисления d-металлов +8 (у осмия, например, OsOj). С ростом порядкового номера максимальная степень окисления возрастает от III группы до первого элемента VIII группы, а затем убывает. Эти элементы — типичные металлы. Химия изоэлектронных соединений d-элементов весьма похожа. Элементы разных периодов с аналогичной электронной структурой d-слоев образуют побочные подгруппы периодической системы (например, медь — серебро — золото, цинк — кадмий — ртуть и т. п.). Самая характерная особенность d-элементов — исключительная способность к комплексообра-зованию. Этим они резко отличаются от непереходных элементов. Химию комплексных соединений часто называют химией переходных металлов. [c.141]

    Электронные конфигурации атомов и ионов элементов периодической системы. Первоначально в таблице периодической системы Д. И. Менделеева (1869 г.) элементы были расположены на основании их атомных масс и химических свойств. В действительности оказалось, что решающий фактор при этом — не атомная масса, а заряд ядра и, соответственно, число электронов в нейтральном атоме. Применение трех положений, определяющих распределение электронов в многоэлектронных атомах, позволяет объяснить оболочечную структуру атомов и принципы построения таблицы периодической системы элементов (ПС). [c.64]

    На протяжении всей этой книги постоянно подчеркиваются взаимосвязи между свойствами элементов и их соединений, которые являются неотъемлемой чертой систематики элементов в периодической таблице. Родственные взаимосвязи между элементами, находящимися в одной колонке, служили основой для рассмотрения благородных газов, галогенов, халькогенов, групп азота, углерода и кремния. Закономерности, наблюдающиеся в рядах, подчеркивались при рассмотрении электронной структуры, относительной электроотрицательности и образования химических связей для того чтобы показать, как изменяются те или иные свойства в зависимости от порядкового номера, использовались многочисленные графические изображения. Энергия ионизации (потенциал ионизации), ковалентные, ионные и вандерваальсовы радиусы, термодинамические характеристики (значения энтропии, теплот образования и тепловых эффектов) — вот некоторые свойства, рассмотренные как функция Z. [c.289]


    Вариант 2. Так как периодическая таблица элементов является отражением электронной структуры атомов, то электронную формулу элемента можно получить при последовательном заполнении электронами атомных орбиталей, начиная от атома водорода до атома Мп. До атома кальция происходит последовательное заполнение внешних слоев  [c.23]

    Решающее значение для характеристики химических свойств элементов имеет внешняя электронная оболочка атомов. Менее резко выражена зависимость свойств атомов и ионов от второго снаружи слоя. Влияние структуры этого слоя сказывается тем сильнее, чем меньше электронов в самом внешнем слое. Н. Бор в своем варианте периодической таблицы расположил элементы, исходя из аналогичности электронных структур нейтральных атомов. В рамках помещены элементы, в атомах которых происходит заполнение внутренних электронных слоев второго (простая рамка) или третьего (двойная рамка) снаружи (см. с. 86). [c.85]

    Когда Менделеев составлял периодическую таблицу, он исходил из валентности элементов, поскольку о распределении в них электронов в то время ему еще ничего не было известно. Теперь вполне разумно было предположить, что валентность элемента определяется его электронной структурой. [c.158]

    Различные концепции помогают навести порядок и создать систему в неорганической химии. Самые старые из них, и пока еще самые плодотворные, основаны на периодической системе элементов. Последняя в свою очередь опирается на электронное строение газообразных атомов. Как было уже показано в гл. 2, при последовательном добавлении электронов на доступные энергетические уровни можно построить таблицу электронных структур элементов вплоть до самого тяжелого из известных сейчас элементов лоуренсия с 2=103. Более того, на основе электронных конфигураций элементы можно расположить в виде таблицы, подобной обычной длинной форме периодической системы. Однако периодическую систему можно обосновать чисто химическими свойствами элементов, и одно из главных ее назначений — облегчать мнемоническое запоминание множества химических фактов. [c.217]

    Электронные структуры элементов Г, II, III и IV групп приведены в табл. 5.5. Распределение электронов по орбиталям в этой таблице точно такое же, как и на схеме электронных уровней (рис. 5.11) с одним исключением нормальное состояние атома лантана соответствует, по данным, полученным при изучении спектра лантана, наличию в этом атоме одного электрона на 5й-орбитали, а не на 4/-орбитали, как показано на схеме энергетических уровней.[c.538]

    В длинной форме периодической таблицы (см. вклейку) видно, что атомы элементов каждой группы имеют одинаковое строение внешних и достраивающихся электронных подуровней. Периодичность электронного строения проявляется в том, что через определенное количество элементов снова повторяются 5-, р-, d- и /-элементы с одинаковыми конфигурациями внешних электронных подуровней. Периодичность электронных структур элементов приводит к периодическому изменению ряда физических свойств элементов, в частности атомных радиусов, потенциалов ионизации, сродства к электрону. [c.29]

    Как было отмечено в предыдущей главе, электроны внешней оболочки атома играют важную роль, определяя периодичность свойств элементов. Валентность атома, или его способность к соединению с другими атомами, также тесно связана с числом электронов во внешней оболочке. Чтобы проиллюстрировать роль валентных электронов и показать часто применяющиеся электронные символы элементов, достаточно рассмотреть различные нредставления электронной структуры элементов второго периода периодической таблицы  [c. 72]

    Роль d-электронов. Структуры в табл. 4.2, имеющие симметрию ниже четырехугольной искаженной пирамиды, можно описать, если учесть вклады s-, р- и d-электронов центрального атома. Эти атомы являются элементами, расположенными в периодической таблице ниже третьего периода, и высшие d-орбитали с главным квантовым числом >3 у них вакантные. И в этом случае формально общее число электронов, участвующих в связи, можно рассчитывать совершенно таким же способом. Электронные пары, образующие связи, ориентируются так, чтобы их электростатическое отталкивание было минимальным, что дает структуру тригональной бипирамиды (пять пар) и правильного октаэдра (шесть пар). У благородных га-зов насчитывается не нуль, а восемь валентных электронов. [c.154]

    В длиннопериодной форме таблицы элементов, непосредственно отражающей порядок заполнения атомных орбиталей электронами, лантаноиды и актиноиды располагаются между 1ПВ- и ГУВ-группа-ми, так как после образования электронных структур их атомов электроны начинают заполнять вакантные -орбитали. В шестОм периоде при этом образуются атомы -элементов с лютеция Ьи (№ 71) по ртуть Hg (№ 80) — (Xe )бs 4/ 5 Затем происходит застройка трех р-орбиталей шестого уровня у последующих р-элементов, и шестой период заканчивается благородным газом радоном Нп (№ 86) — (Xe)4iF 5 °6s 6p . Седьмой период, как незавершенный, пока заканчивается пятью -элементами с № 103 по № 107. [c.45]

    При переходе к более тяжелым элементам в таблице начинается заполнение d- и f-орбиталей. Порядок их заполнения важен для понимания электронной структуры переходных металлов и редкоземельных элементов. Правило заключается в следующем заполнение происходит в порядке, согласно которому в первую очередь заполняются орбитали с наименьшими значениями Если две или более орбиталей имеют одно [c.53]


    Главная подгруппа элементов 1И группы (подгруппа бора). В таблице Х1Х-2 приведена электронная структура атомов элементов этой подгруппы по главным квантовым уровням. [c. 420]

    Для понимания фундаментальных отличий органических полимеров от элементорганических и неорганических необходимо рассмотреть электронные структуры главных цеп й [24, т. 2, с. 363— 371 . 25, гл. II]. Как известно, углерод занимает в таблице Меиде-леев а особое положение, определяемое способностью к образованию чисто ковалентных связей за счет неспаренных электронов. На языке квантовой механики это означает чисто обменное взаимодействие между валентными электронами смежных С-атомов. Элементы слева от IV группы образуют донорно-акцепторные связи М -Ь за счет вакантных орбиталей атома М, а справа от IV группы—дативные связи М->Ь (за счет неподеленных пар атома М). При образовании подобных гетероатомных связей возникает выраженная их поляризация, т. е. смещение электронной плотности между донором и акцептором электрона или неподеленной пары. Строго говоря, поляризация возникает уже в гетероцепных органических полимерах и может быть усилена или ослаблена за счет боковых радикалов.[c.19]

    Главная подгруппа элементов VI группы. В таблице ХХП-2 приведены элементы этой подгруппы п указана электронная структура их атомов. [c.494]

    Подгруппа хрома. Металлы хром, молибден и вольфрам образуют побочную подгруппу элементов VI группы. В таблице ХХП-З приведены электронные структуры атомов этих элементов. [c.511]

    Принципиальной основой, избранной Менделеевым для классификации элементов по группам, было сходство их валентности. Это сходство теперь можно объяснить с точки зрения электронной структуры атомов. Можно понять также, почему металлы Ag, Си и Аи, формально подобные металлам Ы, Ыа, К, НЬ и Сз тем, что все они имеют стабильные состояния окисления +1, не очень похожи на эти элементы. В группе Ы имеется один валентный электрон вне очень устойчивого остова атома инертного газа, в то время как в атоме элемента группы Си под внешним электроном находится заполненный -подуровень, который не особенно сопротивляется потере электронов и является довольно рыхлым и деформируемым. Можно также понять, почему формальное сходство окислительных состояний элементов с частично заполненными -подуровнями с окислительными состояниями атомов, которые имеют только 5- и р-электроны во внешних уровнях, в действительности является только формальным. Несомненно, N и V не имеют подлинного химического сходства. В современных типах периодической таблицы элементы, у атомов которых заполняются – и /-подуровни, называют переходными элементами-, их помещают отдельно от непереходных элементов. Последовательности элементов Ые и На—Аг называют соответственно первым и вторым малыми периодами. Ряды 5с—N1, —Р(1 и Ьа—Р1 (за исключением четырнадцати элементов, следующих непосредственно за Ьа) называют соответственно первым, вторым и третьим рядами переходных элементов. Четырнадцать элементов, Се—Ьи, у которых заполняются 4/-орбитали, [c.38]

    Четыре элемента, стоящие в правой части менделеевской таблицы, имеют структуры типа плотнейших упаковок А1, а- и Р-Т1, РЬ, а также 1п, имеющий очень близкую к кубической плотнейшей упаковке тетрагональную структуру. Объясняется этот факт известной гипотезой, согласно которой указанные элементы в кристаллическом состоянии не отщепляют всех своих валентных элементов. Соли четырехвалентного свинца гораздо менее устойчивы, чем двувалентного. Соли трехвалептного таллия менее устойчивы, чем соли одновалентного. Атомы этих элементов, входя в кристаллическую структуру, отдают в общее пользование только часть валентных электронов, которых не может хватить на образование нужного количества ковалентных связей. Подтверждением неполного отщепления электронов могут служить аномальные межатомные расстояния в структурах простых веществ. На рис. 274 по оси абсцисс отложены атомные номера элементов 3, 5 и 6 периодов таблицы Менделеева, но оси ординат — межатомные расстояния. Как видим, эти расстояния у РЬ, Т1, А1 и 1п больше, чем следовало бы ожидать по ходу кривой, соединяющей на диаграмме точки, отвечающие соответствующим значениям межатомных расстояний соседних с ними элементов. Недостаточное количество коллективизированных электронов в структурах РЬ, Т1, 1п и А1 по сравнению с соответствующим количеством у других [c. 273]

    Плутоний принадлежит к элементам VH периода таблицы Менделеева и следует в нем за ураном и нептунием. В отношении места этих элементов в периодической системе в настоящее время наиболее распространена теория Сиборга [3, гл. 17 170, 203, гл. 11 646, 648]. По этой теории у элементов, начиная формально с тория и кончая лауренсием, происходит последовательное заполнение четырнадцатью электронами внутреннего энергетического уров1НЯ 5/. Так как количество внешних валентных электронов (один электрон 6d и два —7s) при этом не меняется и остается рав ным количеству валентных электронов актиния, химические и физические свойства членов ряда должны быть сходны, а сам ряд получил название актинидов. Подобная закономерность четко выражена у лантанидов, имеющих электронную структуру сверх структуры ксенона if ndQs и главную валентность 3. [c.13]

    Периодичность химических свойств элементов отражает периодичность их электронных конфигураций. Элементы одной группы периодической системы должны иметь одинаковое число валентных электронов, связанных с заданным значением квантового числа I, если бы правило п + I строго соблюдалось. Например, все инертные газы, за исключением гелия, имеют конфигурации п у пр) , все элементы группы кислорода— кон-фигурации (п8У(пр), все щелочные металлы — конфигурации пз) и т. д. В действительности структура современной периодической таблицы отражает закономерности в изменении квантового числа I последнего электрона, размещаемого в атоме по правилу заполнения (рис. 7.1). [c.133]

    Оболочечная структура электронных состояний атомов, следуюшая из законов движения электронов, объясненных квантовой механикой, была в некоторой степени предугадана замечательным русским химиком Менделеевым в 1868 г., т. е. задолго до появления квантовой механики, Менделеев открыл периодический закон химических элементов, который он выразил в виде таблицы апериодической системы элементов по группам и рядам . Периодическая система элементов Менделеева состоит из десяти горизонтальных рядов, которые составляют семь периодов, и девяти групп (вертикальных столбцов), в которых один под другим расположены сходные между собой элементы. Первоначальная таблица Менделеева содержала только восемь групп, так как инертные газы в то время не были еше известны. Произведенное Менделеевым размещение элементов в периодической системе оказалось полностью отражающим строение атомов, найденное современной квантовой механикой. Каждому периоду системы элементов Менделеева соответствует одна электронная оболочка в атоме. [c.361]

    В короткой форме таблицы все типы элементов смешаны, т. е. в одних и тех же группах расположены s- и d-, р- и d- элементы по величине их максимальной валентности. Вследствие такого расположения различные по структуре электронной оболочки атомов и по химической природе элементы помещены в одной группе (например, калий и медь марганец и хлор и др.). Здесь не сделаны необходимые разграничения тонкой структуры электронных подуровней атолюв и менее строго выдержаны химические аналогии элементов. [c.78]

    Из спектральных данных известно что третий электрон в атоме лития является 8-электроном, следовательно, вторая электронная оболочка, соответствующая второму периоду в периодической таблице элементов, начинается с электронной конфигурации 1з 28. Остальные элементы в этом периоде построены так, как это показано в табл. 14, т. е. путем добавления э.тгектронов на L-oбo-лочку, причем сначала происходит заполнение подоболочки двумя -электронами и затем подоболочки шестью р-электронамп. Следовательно, неон имеет электронную структуру 1з 2з 2р . Теперь построение электронных оболочек остальных атомов можно проводить аналогично, пока мы не дойдем до калпя [c.228]

    В таблицах Менделеева обычно дается структура электронных оболочек атомов элементов суммарно по квантовым энергетическим уровням (т. е. по электронным слоям). Тогда, пользуясь формулой (4-3), легко представить полную электронную структуру оболочки атома по уровням и подуровням в целом. [c.58]

    Таблица 7-3. Электронная структура и геометрическая форма молекул непереходных элементов [c.306]

    Основываясь на этих корреляциях и зависимости кислотных и осповных свойств соединений от электронной структуры элементов, моншо объяснить распределение в таблице Менделеева элементов, соединения которых обладают высокой каталитической активностью в отношении реакций кислотного и основного катализа. Кислотные свойства изменяются симбатно электроотрицательности элемента. В периодической системе элементов в пределах отдельных групп кислотность соединений и соответственно их каталитическая активность в отношении реакций кислотного катализа снижается с уве.личением порядкового номера. При перемещении в длинных периодах слева направо кислотность соединений и каталитическая активность в отношении указанных реакций возрастает. Противоположным образом меняется каталитическая активность в отношении реакций основного катализа. В соответствии с этим наиболее активны в отношении кислотного катализа соединения элементов, расположенных в конце первых периодов. В отношении основного катализа наиболее активтты соединения элементов, расположенных в нижней части первых групп. [c.239]

    Главная подгруппа элемектов V группы. В таблице ХХ1-2 приведены элементы этой подгруппы и указана электронная структура атомов их. [c.466]

    Блестящая поверхность металлического цезия имеет бледно-золотистый цвет. Это — один из самых легкоплавких металлов он плавится при 28,5° С, кипит при 705° С в обычных условиях и при 330° С в вакууме. Легкоплавкость цезия сочетается с большой легкостью. Несмотря на довольно большую атомную массу (132,905) элемента, его плотность при 20° С всего 1,78. Цезий во много раз легче своих соседей по менделеевской таблице. Лантан, например, имеющий почти такую же атомную массу, по плотности превосходит цезий в три с лишним раза. Цезий всего вдвое тяжелее натрия, а их атомные массы относятся, как 6 1. По-видимому, причина этого кроется в своеобразной электронной структуре атомов цезия. Каждый его атом содержит 55 протонов, 78 нейтронов и 55 электронов, но все эти многочисленные электроны расположены относительно рыхло — ионный радиус цезия очень велик — 1,65 А , Ионный радиус лантана, например, равен всего 1,22 А, хлтя в состав его атома входят 57 протонов, 82 нейтрона и 57 электронов. [c.95]

    Главная подгруппа элементов VII группы (подгруппа галогенов). В таблице XXII1-2 приведены элементы этой подгруппы и указана электронная структура их атомов. [c.518]

    Подгруппа марганца. Металлы марганец, технеций и рений образуют побочную подгруппу элементов VII группы. В таблице XXIII-4 приведены электронные структуры атомов указанных элементов. [c.529]

    Нулевая группа была добавлена к периодической таблице после открытия Релеем и Рамзаем в 1894 г. и в последующие годы инертных газов — гелия, неона, аргона и др. Таблица, очень похожая по форме на приведенную в настоящей книге (табл. 4), была разработана в 1895 г. датским химиком Юлиусом Томсеном (1826—1909). После открытия электрона английским физиком Дж. Дж. Томсоном и разработки теории атома Эрнестом Резерфордом датский физик А. ван ден Брук высказал иредположение, что заряд ядра того или иного элемента (называемый теперь атомным номером) может быть равен порядковому номеру элемента в периодической системе. Английский физик Мозли занимался в то время определением точных значений атомных номеров многих элементов путем изучения их рентгеновских спектров, как описано в гл. IV. В 1922 г. Нильс Бор интерпретировал периодическую таб.дицу с точки зрения электронной структуры атомов (подробнее об этом см. гл. IX и X). [c.91]

    Другие элементы нулевой группы периодической таблицы — неон, аргон, кринтон, ксенон и радон — в химическом отношении также инертны, поскольку и их электронная структура весьма устойчива. Подобные исключительно устойчивые электронные структуры наблюдаются в том случае, когда вокруг ядра имеется 2, 10, 18, 36, 54 и 86 электронов. [c.94]

    Полные электронные формулы элементов с высоким значением Z и, следовательно, большим числом электронов громо дки, и писать их бывает затруднительно. В связи с этим прибегают к сокращенным записям. В частности, во многих таблицах Д. И. Менделеева для каждого элемента приводят краткое указание па особенности электронной структуры его атома. В результате отчетливо выявляются конфигурации, характерные только для данного элемента  [c.36]

    I,6 приведено пространственное изображение трех р-орбиталей, пересекающихся в точке начала координат, но равномерно распределенных по осям X, у VI г. Поскольку электроны, располагающиеся на одной орбитали (т. е. имеющие одинаковые значения п, I и т), могут обладать спином, равнЬгм либо +7г, либо — /г, на каждой орбитали может находиться только два электрона с противоположными спинами. Такие электроны называются спаренными. Принцип, вводящий эти ограничения электронной структуры, известен как принцип Паули и назван так по имени ученого, впервые его предложившего. Гунд сформулировал правило, согласно которому орбитали, обладающие одинаковой энергией, например Рх, 2ру, 2р2, должны сначала заполняться одним электроном, а затем уже может происходить спаривание электронов. В табл. 2 приведено электронное распределение для атомов первых трех периодов периодической системы элементов. Из данных этой таблицы следует, что выполняется как принцип Паули, так и правило Гунда. [c.270]

    Для бериллия завершена оболочка 25, а у бора пятый электрон должен занять 2/>-орбиту. Так как имеются три различные 2/7-орбиты, отвечающие значениям 1, О, — 1,для квантового числа т, и так I aк каждая из них может иметь любое из двух значений для спинового квантового числа, связанного с ней, то 2/ -обалочка может содержать шесть электронов. В элементах от бора до неона происходит заполнение 2/7-орбит. Что касается натрия, то здесь больше нет места для 2р-электронов, так что одиннадцатый электрон идет на 35-орбиту, Магний завершает оболочку 35, а от алюминия до аргона идет заполнение 3/ -орбит. Таким образом, мы строим все атомы на периодической таблице. Существуют некоторые отклонения, которые будут обсуждаться в разделе 13 настоящей главы, где мы рассмотрим свойства атомов периодической таблицы с точки зрения их электронной структуры. [c.175]


Схемы, печатные платы и полупроводники: использование и детали — видео и стенограмма урока

Части электронных схем

Электронные схемы представляют собой полные ряды проводящих материалов, через которые может протекать ток. Если вы посмотрите на обычный электрический ток, он может показаться запутанным набором точек, линий и забавных форм. Это потому, что электронные токи состоят из множества различных частей или компонентов.

Например, в электронной схеме вы найдете резисторы, которые могут уменьшать или сопротивляться электрическому току, транзисторы, которые могут усиливать или увеличивать электрический ток, и диоды, которые направляют поток электрического тока только в одном направлении. Мы также находим конденсаторы, способные накапливать электрический заряд, и катушки индуктивности, представляющие собой спиральные провода, накапливающие энергию в магнитном поле, что помогает противостоять изменениям электрического тока.

Печатные платы

Электронные схемы позволяют передавать данные из одного места в другое. Для экономии места электронные токи построены вокруг печатных плат , которые представляют собой тонкие платы из непроводящего материала, на которых вытравлены проводящие дорожки.Проводящие дорожки соединяют электронные компоненты, установленные на плате. Печатные платы прекрасно работают и представляют собой значительный технологический прогресс с первых дней электроники, но даже эта технология совершила качественный скачок с появлением нового типа материала, называемого полупроводниками.

Полупроводники

Чтобы понять полупроводники , которые представляют собой вещества, которые могут проводить электричество при определенных обстоятельствах, нам поможет взглянуть на периодическую таблицу. Как вы знаете, периодическая таблица представляет собой список известных элементов. Таблица в основном разделена на металлы и неметаллы. Металлы — это большинство элементов в левой части таблицы. Считается, что они являются хорошими проводниками электричества. Неметаллы в основном сгруппированы в правой части таблицы. Считается, что они являются плохими проводниками электричества.

Затем у нас есть некоторые элементы, которые не полностью вписываются в категорию металла или неметалла; эти элементы называются металлоидами, и они находятся где-то в середине таблицы Менделеева.Некоторые металлоиды, в частности кремний, могут быть использованы в качестве полупроводников. Было обнаружено, что путем внесения изменений в кремний, таких как добавление примесей, можно заставить этот элемент проводить электричество по-разному. Уникальная электропроводность полупроводников сделала их основой большинства современных электронных устройств.

Интегральные схемы

Полупроводники позволили разместить весь набор компонентов электронной схемы в одной небольшой пластине или чипе материала. Из-за этого уплотнения материалов полупроводники расчистили путь для интегральных схем. Интегральные схемы , также известные как микрочипы, представляют собой полные электронные схемы, содержащиеся в одном куске полупроводникового материала.

Интегральная схема может содержать миллионы электронных компонентов, что объясняет, как мировые знания могут быть сжаты до размера ногтя. Интегральные схемы потребляют мало энергии и позволяют размещать электронные компоненты очень близко друг к другу, поэтому мы видим, что электронные устройства становятся меньше, быстрее и доступнее.Фактически, вы найдете интегральные схемы почти в каждом электронном устройстве, которое вы используете сегодня, от вашего мобильного телефона и компьютера до посудомоечной машины на кухне.

Итоги урока

Давайте повторим. Электронные схемы представляют собой полные ряды проводящих материалов, через которые может протекать ток. Они состоят из резисторов, которые могут сопротивляться электрическому току, транзисторов, которые могут увеличивать или усиливать электрический ток, диодов, которые направляют поток электрического тока только в одном направлении, конденсаторов, способных накапливать электрический заряд, и катушек индуктивности, которые накапливают энергию. внутри магнитного поля.

Электронные схемы построены на печатных платах , которые представляют собой тонкие платы из непроводящего материала, на которых вытравлены проводящие дорожки. Благодаря полупроводникам , таким как кремний, миллионы электронных компонентов теперь могут содержаться в одном куске материала, известном как микрочип или интегральная схема .

Результаты обучения

Завершение этого урока должно помочь учащимся в выполнении следующих задач:

  • Дать определение электронной схеме
  • Идентификация печатных плат, полупроводников и интегральных схем
  • Опишите потребность в конденсационных установках

Серебро — информация об элементах, свойствах и использовании

Стенограмма:

Химия в ее стихии: серебро

(Промо)

Вы слушаете Химию в ее стихии, представленную вам Chemistry World , журналом Королевского химического общества.

(Конец промо)

Крис Смит

Привет! Добро пожаловать в химию в ее стихии. На этой неделе мы демистифицируем элемент, стоящий за фотографией, и, чтобы скрестить вашу когнитивную пальму первенства с серебром, вот Виктория Гилл.

Victoria Gill

Его блестящий блеск был желанным с древних времен. Оно не просто редкое или драгоценное, как его более дорогой двоюродный брат, золото, но есть свидетельства того, что еще в 3000 году до нашей эры люди извлекали серебро из природных месторождений сульфида серебра в горных породах для изготовления монет и украшений.Эти монеты фактически составляют основу экономики некоторых древних средиземноморских цивилизаций. Это мягкий и податливый металл с относительно низкой температурой плавления, а это означает, что его можно ковать и формовать в форме, поэтому тот же металл, который использовался для изготовления денег, который постепенно устаревает, также может быть превращен в вазы, блюда, столовые приборы и кубки. ; посуда, которая на протяжении веков создавала демонстрацию домашнего богатства. Но поддерживать блестящую коллекцию столового серебра непросто.Металл вступает в реакцию с серой на воздухе, быстро образуя тусклый темный налет из сульфида серебра, который необходимо полировать. Так что это элемент с высокими эксплуатационными расходами; еще одна причина, по которой его всегда затмевало золото. Но те же самые химические свойства, которые запятнали его образ, позволили ему оставить еще один след в истории, позволив запечатлеть саму историю на фотографии.

В 1727 году немецкий физик Иоганн Генрих Шульце обнаружил, что паста из мела и нитрата серебра чернеет на свету.Он использовал трафареты для создания черных изображений с помощью пасты. Эта реакция, рассвет фотографии, произошла благодаря тому факту, что соли серебра чувствительны к свету. Фотон света, попадая на отрицательный анион нитрата, освобождает электрон, который в конечном итоге соединяется с положительными ионами серебра, образуя нейтральное металлическое серебро, затемняя поверхность материала. Когда в 1840 году Генри Тэлбот обнаружил дополнительный химический поворот, то есть так называемое скрытое серебряное изображение, которое было кратковременно экспонировано на слое йодистого серебра и могло быть обнаружено с помощью галловой кислоты, эффект был воспринят как волшебное, дьявольское искусство.Но это мистическое развитие невидимой картины было простой реакцией редукции; галловая кислота помогает восстанавливать фотосенсибилизированные ионы серебра до металлического серебра. Голливуд никогда не мог бы существовать без химической реакции, которая дала целлулоидной пленке способность захватывать звезд и выводить их на метко названный серебряный экран.

Цифровая фотография, возможно, сегодня затмила изображение серебра, но способность металла проводить важную роль в эпоху цифровых технологий.Серебро используется на печатных платах и ​​в батареях, где необходима скорость проводимости, которую медь, например, не может обеспечить. Даже его самые устаревшие свойства возрождаются. Поскольку новые антибиотики иссякают, некоторые исследователи возвращаются к серебру в качестве покрытия, чтобы держать насекомых в страхе. Серебро токсично для неприятных бактерий, но не для нас, и в наших телах есть даже небольшое его количество, но это еще не секрет, почему оно там. Для меня, довольно поверхностно, это всегда был более тонкий и красивый аналог золота.

Крис Смит

Виктория Гилл раскрывает секреты элемента, который подарил нам киноэкран. В следующий раз в разделе «Химия в ее стихии» Джон Эмсли представит химическое вещество, которое в основном потеряло популярность, возможно, по уважительной причине.

John Emsley

Этот вызывающий проблемы элемент разрушает озоновый слой, и одно его присутствие привело к осушению целых водоемов.

Крис Смит

И вы можете услышать, как Джон Эмсли рассказывает историю о коричневом элементе, броме, на следующей неделе в программе «Химия в ее элементах». Я Крис Смит, спасибо, что выслушали. Увидимся в следующий раз.

(Акция)

(Конец акции)

Что такое составной полупроводник

Что такое сложный полупроводник?

Элементарные полупроводники состоят из атомов одного типа, таких как кремний (Si), германий (Ge) и олово (Sn) в столбце IV, и селен (Se) и теллур (Te) в столбце VI периодического стол.Однако существует множество сложных полупроводников, состоящих из двух и более элементов.

Помимо кремния существуют сложные полупроводники, соединяющие элементы из групп III и V и элементы из групп II и VI. Например, GaAs, InP, InGaAlP и т. д. традиционно использовались в высокочастотных устройствах и оптических устройствах.

Светодиоды

изготовлены из составных полупроводников, а не из элементарных полупроводников. Ширина запрещенной зоны элементарных полупроводников такова, что длина волны излучаемого света лежит в третьем инфракрасном диапазоне, ее нельзя использовать со светодиодами. Свет, производимый сложными полупроводниками в невидимой области, поэтому используется в светодиодах.

Существует два типа внешних полупроводников: p-типа (p для положительного: дырка была добавлена ​​путем легирования элементом группы III) и n-типа (n для отрицательного: дополнительный электрон был добавлен путем легирования элементом -V).

Каковы применения полупроводников?

Диод представляет собой комбинацию полупроводников n- и p-типа, широко используемых в качестве выпрямителей. Транзисторы изготавливаются путем удерживания слоя полупроводника одного типа между двумя слоями полупроводника другого типа.Транзисторы NPn и pnp используются для обнаружения или усиления радио- или аудиосигналов.

Некоторые распространенные области применения светодиодов

  • Выпрямители.
  • Цепи клипера.
  • Терминальные цепи.
  • Цепи защиты от обратного тока.
  • На логических элементах.
  • Умножители напряжения.

Полупроводник может помочь управлять потоком электричества. Основная функция такого устройства – включать и выключать подачу электричества, когда это необходимо.Полупроводниковое устройство может функционировать как электровакуумная лампа с объемом в сотни раз больше.

В отличие от электронных ламп, полупроводники ударопрочны. Кроме того, они меньше по размеру, занимают меньше места и потребляют меньше энергии. По сравнению с электронными лампами полупроводники чрезвычайно чувствительны к температуре и излучению. Полупроводники дешевле вакуумных диодов и имеют неограниченный срок службы.

Какова основная функция полупроводника?

Элементарные полупроводники состоят из атомов одного типа, таких как кремний (Si), германий (Ge) и олово (Sn) в столбце IV, и селен (Se) и теллур (Te) в столбце VI периодического стол.Однако существует множество сложных полупроводников, состоящих из двух и более элементов.

Транзисторы и многие другие электронные устройства изготовлены из полупроводников — материалов, плохо проводящих электричество при определенных условиях. Радарная технология, разработанная во время Второй мировой войны, использовала буксирующие полупроводники, германий и кремний для обнаружения коротковолновых радиосигналов.

Полупроводники. Полупроводники — это материалы, которые имеют проводимость между проводниками (обычно металлами) и непроводящими элементами или изоляторами (такими как большинство керамики).Полупроводники могут быть чистыми элементами, такими как кремний или германий, или соединениями, такими как арсенид галлия или селенид кадмия.

Диод действует как выпрямитель, позволяя току течь только в одном направлении. Диод имеет два электрода, один отмечен положительным, а другой отрицательным. Диод позволяет току течь от положительного к отрицательному выводу и блокирует ток в противоположном состоянии.

Что такое тип p и тип n?

Примесь, добавленная в полупроводник p-типа, обеспечивает дополнительную дырку, известную как акцепторный атом, в то время как в полупроводнике n-типа примесь обеспечивает дополнительные электроны и называется донорным атомом. В полупроводнике р-типа большинство носителей — дырки, а второстепенные — электроны.

p-n-переход — это граница или интерфейс между двумя типами полупроводниковых материалов, p-типа и n-типа, внутри одного полупроводникового кристалла.

Поскольку неосновными носителями являются электроны и дырки в полупроводниках p-типа и n-типа соответственно, порядок увеличения плотности электронов в полупроводниках p-типа и плотности дырок в полупроводниках n-типа более ощутим, чем рост плотности дырок в полупроводнике p-типа и электронной плотности в n-типе соответственно …

Термин р-тип относится к положительному заряду дырки.В отличие от полупроводников n-типа, полупроводники p-типа имеют более высокую концентрацию дырок, чем концентрация электронов. В полупроводниках p-типа основными носителями являются дырки, а неосновными — электроны.

Почему полупроводники так важны?

Полупроводник называется полупроводником, потому что это тип материала, электрическое сопротивление которого находится между сопротивлением металлов и изоляторов, поэтому в некотором смысле «полупроводник» проводит электричество. … Полупроводники также используются для других специальных свойств.

Процессоры, поддерживающие персональные компьютеры, также изготавливаются из полупроводников. Многие цифровые потребительские товары в повседневной жизни, такие как мобильные телефоны/смартфоны, цифровые камеры, телевизоры, стиральные машины, холодильники и светодиодные лампы, также используют полупроводники.

Полупроводниковые устройства, называемые транзисторами, представляют собой крошечные электронные переключатели, которые выполняют вычисления внутри наших компьютеров. … Производство кремниевых транзисторов позволило сделать их достаточно маленькими, чтобы поместиться в микрочип, открыв двери для многих гаджетов, которые с каждым годом становятся все меньше и умнее.

Полупроводниковое устройство, элемент электронной схемы, изготовленный из материала, который не является ни хорошим проводником, ни хорошим изолятором (отсюда полупроводник). Такие устройства нашли широкое применение благодаря своей компактности, надежности и дешевизне.

Является ли алмаз полупроводником?

Алмаз является хорошим электроизолятором с удельным сопротивлением от 100 ГОм·м до 1 ЕОм·м (от 1011 до 1018 Ом·м). Большинство природных голубых алмазов являются исключением и являются полупроводниками, потому что они содержат заменители бора вместо атомов углерода.

Алмаз является изолятором, потому что нелегко обеспечить достаточное количество энергии, чтобы высвободить электроны, связанные с ковалентной связью, и позволить им проводить электричество через кристалл. … Эти атомы больше и менее крепко удерживают свои электроны. Они не являются проводниками в металлическом смысле этого слова, но являются полупроводниками.

Некоторыми примерами полупроводников являются кремний, германий, арсенид галлия и элементы вблизи так называемой «металлической лестницы». по периодической таблице.Арсенид галлия является вторым по распространенности полупроводником после кремния и используется в лазерных диодах, солнечных элементах, интегральных схемах СВЧ и т. д.

Описание: Ученые обнаружили, что графит ведет себя как полупроводник в сверхбыстрых масштабах времени. Результаты имеют фундаментальное значение для будущих электронных устройств на основе углерода, которые обрабатывают сильные электрические или частотные поля.

См. также:

Миру стало известно о критической важности…

Что из следующего является примером составного полупроводника?

Составные полупроводники — это полупроводники, состоящие из двух или более элементов.… Остальные композитные полупроводники изготовлены из групп II и VI (CdTe, ZnSe и др.). Также возможно использование различных элементов из одной и той же группы (IV) для производства сложных полупроводников, таких как SiC.

Некоторыми примерами полупроводников являются кремний, германий, арсенид галлия и элементы вблизи так называемой «металлической лестницы». по периодической таблице. Арсенид галлия является вторым по распространенности полупроводником после кремния и используется в лазерных диодах, солнечных элементах, интегральных схемах СВЧ и т. д.

Элементарные полупроводники состоят из атомов одного типа, таких как кремний (Si), германий (Ge) и олово (Sn) в столбце IV, и селен (Se) и теллур (Te) в столбце VI периодического стол. Однако существует множество сложных полупроводников, состоящих из двух и более элементов.

Вопрос: 1) Ртуть A: полупроводниковый металл, кристаллическое керамическое стекло. 2) Полимеры полезны по всем следующим причинам, кроме низкой стоимости, простоты обработки, высокой температурной стабильности, низкой плотности.

Является ли алюминий полупроводником?

Водород Неприменимо Таллий
Алюминий Проводник Нептун
Кремний Полупроводник Плутон
Фосфор Проводник Америка
Сера Изолятор Кюриум

Некоторыми примерами полупроводников являются кремний, германий, арсенид галлия и элементы вблизи так называемой «металлической лестницы». по периодической таблице. Арсенид галлия является вторым по распространенности полупроводником после кремния и используется в лазерных диодах, солнечных элементах, интегральных схемах СВЧ и т.д.

Алюминий

используется во многих аспектах производства полупроводников. В интегральных схемах в качестве основного проводника между компонентами обычно используются линии из алюминиевого сплава, в основном из-за его низкого удельного сопротивления (2,7 МОм·см). Как тонкий слой, он также имеет хорошую адгезию к диоксиду кремния.

Элементарные полупроводники состоят из атомов одного типа, таких как кремний (Si), германий (Ge) и олово (Sn) в столбце IV, и селен (Se) и теллур (Te) в столбце VI периодического стол.Однако существует множество сложных полупроводников, состоящих из двух и более элементов.

Является ли алюминий хорошим полупроводником?

Сложные полупроводники Эти полупроводники обычно образуются в периодических системах групп 13-15 (старые группы III-V), например элементы группы бора (старые группы III, бор, алюминий, галлий, индий) и группы 15 (старые группы группа V, азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут).

Электрическая и теплопроводность Алюминий является отличным проводником тепла и электричества, а по отношению к своей массе почти вдвое лучше, чем медь.Это сделало алюминий лучшим выбором для основных линий электропередач.

Кремниевый элемент широко используется, поскольку он является полупроводником в полупроводниковых устройствах. Он также встречается в высокотемпературной керамике. Карбиды кремния являются важными абразивами, используемыми в лазерах. Кремниевые микропроцессоры производятся с помощью процесса, называемого литографией.

Медь имеет более высокую проводимость по сравнению с алюминием, что приводит к тому, что для использования требуются провода меньшего (диаметра) диаметра.… Благодаря своей высокой пластичности из меди можно формовать очень тонкие провода. Это увеличивает универсальность медного провода. Медь имеет высокую прочность на растяжение.

Является ли алюминий изолятором?

Алюминиевая фольга, изготовленная из почти чистого алюминия, металла, который является хорошим проводником как тепла, так и электричества. Однако алюминий реагирует с кислородом воздуха, образуя на своей поверхности очень тонкий слой оксида алюминия. Глинозем является электроизоляционным материалом.

Согласно HowStuffWorks, алюминиевая фольга является хорошим изолятором, поскольку предотвращает тепловое излучение, отражая его обратно к источнику.Поскольку алюминиевая фольга отражает тепло, она кажется лучшим изолятором, чем другие материалы, которые просто замедляют передачу тепла из одной области в другую.

Например, стекло является очень хорошим изолятором при комнатной температуре, но становится проводником при нагревании до очень высоких температур. Такие газы, как воздух, обычно являющиеся изоляционными материалами, также становятся проводящими при нагревании до очень высоких температур.

Алюминий не сохраняет холод, но действует как барьер для кислорода и паров, которые могут передавать тепло замороженным продуктам при контакте с воздухом.Известно, что алюминий является хорошим проводником, но он также является хорошим изолятором, поскольку отражает тепловое излучение обратно к источнику.

Является ли серебро проводником?

Металлы, особенно серебро, являются хорошими проводниками электричества. Медь дешевле серебра, поэтому из нее ежегодно изготавливаются миллионы километров электрических проводников. Такие материалы, как стекло и пластик, являются слабыми электрическими проводниками и называются изоляторами.

Проводник представляет собой материал, который оказывает очень небольшое сопротивление потоку электрического тока или тепловой энергии.… Серебро — лучший проводник, потому что его электроны движутся свободно, чем другие элементы, и поэтому проводят электричество и тепло лучше, чем любой другой элемент.

Хотя серебро является очень хорошим проводником электричества, оно до сих пор не используется в электропроводке в основном из-за его стоимости. Это очень дорого по сравнению с обычно используемым медным материалом для проводки. Другая причина, по которой серебро не используется, заключается в том, что оно легко окисляется и тускнеет при контакте с воздухом.

Самым электропроводящим элементом является серебро, за ним следуют медь и золото.… Несмотря на то, что это лучший проводник, в электротехнике медь и золото используются чаще, потому что медь дешевле, а золото обладает гораздо более высокой коррозионной стойкостью.

Используется как полупроводник?

Арсенид галлия, германий и кремний относятся к наиболее часто используемым полупроводникам.

Что такое полупроводник? Полупроводник — это материальный продукт, обычно состоящий из кремния, который проводит больше электричества, чем изолятор, такой как стекло, но меньше, чем чистый проводник, такой как медь или алюминий.

Элементарные полупроводники состоят из атомов одного типа, таких как кремний (Si), германий (Ge) и олово (Sn) в столбце IV, и селен (Se) и теллур (Te) в столбце VI периодического стол. Однако существует множество сложных полупроводников, состоящих из двух и более элементов.

Что такое полупроводник? Полупроводники — это материалы, которые имеют проводимость между проводниками (обычно металлами) и непроводящими элементами или изоляторами (такими как большинство керамики). Полупроводники могут быть чистыми элементами, такими как кремний или германий, или соединениями, такими как арсенид галлия или селенид кадмия.

Является ли фосфор полупроводником?

Ответить. Фосфор, будучи пятивалентным атомом, имеет один неспаренный электрон, остающийся позади, когда он связан с четырьмя другими атомами кремния. Из-за этого неспаренного электрона нет. электронов в качестве носителей заряда увеличивается, что делает полученный полупроводник полупроводником n-типа.

Фосфор является n-легирующей примесью. Он быстро диффундирует, поэтому его обычно используют для объемного легирования или для создания ям.Используется в солнечных батареях.

Некоторыми примерами полупроводников являются кремний, германий, арсенид галлия и элементы вблизи так называемой «металлической лестницы». по периодической таблице. Арсенид галлия является вторым по распространенности полупроводником после кремния и используется в лазерных диодах, солнечных элементах, интегральных схемах СВЧ и т. д.

Алмаз представляет собой полупроводник с широкой запрещенной зоной (Egap = 5,47 эВ) с огромным потенциалом в качестве материала для электронных устройств как в активных устройствах, таких как высокочастотные полевые транзисторы (FET) и мощные переключатели, так и в пассивных устройствах, таких как Диоды Шоттки.

Читайте также:

TOKYO — Renesas Electronics Corp., ключевой производитель полупроводников для…

Почему мы используем составной полупроводник для светодиодов?

Светодиоды

изготавливаются из сложных полупроводниковых материалов, которые состоят из элементов III и V группы таблицы Менделеева (это III-V материалы). Примерами материалов III-V, обычно используемых в производстве светодиодов, являются арсенид галлия (GaAs) и фосфид галлия (GaP).

Сложные полупроводники уже используются в усилителях мощности для смартфонов и других беспроводных устройств, источниках света для DVD и Blu-ray, светодиодах, солнечных элементах, солнечных элементах и ​​гироскопических стабилизаторах в спутниках, и это лишь некоторые из них.

В течение нескольких десятилетий в светоизлучающих диодах используются такие материалы, как арсенид галлия (GaAs), фосфид арсенида галлия (GaAsP) или фосфид галлия (GaP), что делает PN-переходы более эффективными в производстве света. … Это позволяет производить светодиоды более распространенных цветов: красного, оранжевого, желтого и зеленого.

Светоизлучающий диод (СИД) — это полупроводниковый источник света, излучающий свет при прохождении через него тока. Электроны в полупроводнике рекомбинируют с электронными дырками, высвобождая энергию в виде фотонов.

Каков принцип работы светодиода?

Обычно прямое напряжение светодиода составляет от 1,8 до 3,3 вольт. Он зависит от цвета светодиода. Напряжение красного светодиода обычно падает примерно с 1,7 до 2,0 вольт, но поскольку падение напряжения и частота света увеличиваются с изменением мощности, напряжение синего светодиода может падать примерно с 3 до 3.3 вольта.

Светодиод — это специальный диод, генерирующий фотоны (свет) при прохождении через него потока электронов. Чтобы построить диод, мы используем кристалл (электрический изолятор), легированный атомами, у которых есть еще один электрон в их валентной зоне (легирование N) или отсутствует один электрон в валентной зоне (легирование P).

Проще говоря, светоизлучающий диод (LED) — это полупроводниковый прибор, излучающий свет при прохождении через него электрического тока. Свет возникает, когда молекулы с током (известные как электроны и дырки) объединяются в полупроводниковом материале.

Светодиоды

LED (светоизлучающие диоды) – последнее достижение светотехнической отрасли. Популярные благодаря своей производительности, цветовой гамме и длительному сроку службы, светодиоды идеально подходят для множества применений, включая ночное освещение, художественное освещение и наружное освещение. … Светодиодные светильники — это направленные источники света.

Каковы преимущества и недостатки светодиодов?

Преимущества светодиодных светильников

  • Долгий срок службы. Компоненты светодиода и то, как они генерируют свет, значительно продлевают срок службы этих ламп.…
  • Энергоэффективность. …
  • Высокая яркость и интенсивность. …
  • Уникальная цветовая гамма. …
  • Низкое тепловое излучение. …
  • Надежность. …
  • Мгновенное освещение. …
  • Направленное освещение.

Высокая начальная цена: светодиоды в настоящее время дороже (цена за люмен) на основе первоначальных капитальных затрат, чем большинство традиционных технологий освещения. Чрезмерное управление светодиодом при высокой температуре окружающей среды может привести к перегреву блока светодиодов, что в конечном итоге приведет к отказу устройства.…

AMA сообщает, что постоянное воздействие на сетчатку и хрусталик синих пиков, излучаемых светодиодами, может увеличить риск катаракты и возрастной дегенерации желтого пятна. Исследования также показывают, что свет, излучаемый светодиодами, может вызвать изменения в сетчатке, даже если воздействие сильное, даже в течение короткого периода времени.

Что такое светодиод полной формы?

Описание жидкокристаллического дисплея В то время как стандартный ЖК-монитор использует флуоресцентную подсветку, в светодиодном мониторе для подсветки используются светодиоды.

Полная форма светодиода — светоизлучающий диод. Светодиод представляет собой диод с PN-переходом, который излучает свет при прохождении электрического тока в прямом направлении. В светодиоде происходит рекомбинация носителей заряда. Электрон на стороне N и дырка на стороне P смешиваются и обеспечивают энергию в виде света и тепла.

Аббревиатура «OLED» означает органический светоизлучающий диод — технология, в которой используются светодиоды, в которых свет создается органическими молекулами. Эти органические светодиоды используются для создания лучших в мире дисплеев.

Жидкокристаллический дисплей (ЖКД) представляет собой плоский дисплей или другое оптическое устройство с электронной модуляцией, в котором используются светомодулирующие свойства жидких кристаллов в сочетании с поляризаторами.

В чем разница между диодом и светодиодом?

Да, светодиоды работают как фотодиоды (как и большинство светодиодов), но всегда упаковываются таким образом, чтобы пропускать свет. Поэтому, если вам нужен довольно слабый фотодиод, вы можете использовать светодиод, и если он достаточно хорош для применения, он, вероятно, будет дешевле, чем «настоящий» фотодиод, изготовленный в гораздо меньших количествах.

Конфигурация контактов Анод и катод
Электронный символ

Наиболее распространенная функция диода — пропускать электрический ток в одном направлении (так называемое прямое направление диода) и блокировать его в противоположном (реверсивном) направлении. … Формы выпрямителей и диодов могут использоваться для таких задач, как извлечение модуляции из радиосигналов в радиоприемниках.

Иногда проще всего проверить полярность мультиметром.Установите мультиметр на настройку диода (обычно обозначается символом диода) и прикоснитесь каждым щупом к одной из клемм светодиода. Если светодиод загорается, положительный щуп касается анода, а отрицательный щуп касается катода.

Какой полупроводник используется в светодиодах?

В течение нескольких десятилетий в светоизлучающих диодах используются такие материалы, как арсенид галлия (GaAs), фосфид арсенида галлия (GaAsP) или фосфид галлия (GaP), что делает PN-переходы более эффективными при генерировании света.… Это позволяет производить светодиоды более распространенных цветов: красного, оранжевого, желтого и зеленого.

Светоизлучающий диод (СИД) представляет собой полупроводниковое устройство, излучающее свет при приложении к нему прямого напряжения. … В то время сложные полупроводники на основе арсенида галлия (GaAs) и других материалов привлекали больше внимания, чем полупроводники на основе кремния.

«Светоизлучающий диод» или светодиод, как его чаще называют, в основном представляет собой специальный тип диода, поскольку он имеет очень похожие электрические свойства на диод с PN-переходом. Это означает, что светодиод пропускает ток в прямом направлении, но блокирует ток в обратном направлении.

Светодиоды

изготовлены из составных полупроводников, а не из элементарных полупроводников. Ширина запрещенной зоны элементарных полупроводников такова, что длина волны излучаемого света лежит в третьем инфракрасном диапазоне, ее нельзя использовать со светодиодами. Свет, производимый сложными полупроводниками в невидимой области, поэтому используется в светодиодах.

Почему лучше использовать светодиодные фонари?

См. также:

Генеральный директор Intel Пэт Гелсингер в среду сравнил полупроводники с нефтью, предположив, что компьютер…

Какие существуют 2 типа полупроводников?

Различные типы полупроводниковых приборов

  • Диод.
  • Диод Шоттки.
  • Светоизлучающий диод (LED)
  • ДИАК.
  • Стабилитрон.
  • Фотодиод (фототранзистор)
  • ПИН-светодиод.
  • Лазерный диод.

Полупроводник в чистом виде известен как внутренний полупроводник, а полупроводник, в который преднамеренно добавлены примеси, чтобы сделать его проводящим, называется внешним полупроводником. …

Наиболее часто используемыми полупроводниковыми материалами являются кремний, германий и арсенид галлия.

Диоды с p-n переходом состоят из двух соседних p- и n-полупроводниковых элементов. Материалы p и n представляют собой просто полупроводники, такие как кремний (Si) или германий (Ge) с атомарным загрязнением; тип присутствующей примеси определяет тип полупроводника.

Какие два наиболее часто используемых полупроводниковых материала?

Полупроводники — это материалы, обладающие свойствами как обычных проводников, так и изоляторов. Полупроводники делятся на две большие категории: внутренние полупроводники состоят только из одного типа материала; кремний и германий являются двумя примерами.Их также называют «полупроводниками без покрытия» или «полупроводниками i-го типа».

Кремний является наиболее широко используемым типом полупроводникового материала. Его главное преимущество состоит в том, что он прост в изготовлении и обеспечивает хорошие общие электрические и механические свойства.

Каждый атом кремния соединен с четырьмя соседними атомами кремния четырьмя связями. Кремний, очень распространенный элемент, используется в качестве сырья при производстве полупроводников из-за его стабильной структуры. Очистка кремния потребляет большое количество энергии.

Процессоры, поддерживающие персональные компьютеры, также изготавливаются из полупроводников. Многие цифровые потребительские товары в повседневной жизни, такие как мобильные телефоны/смартфоны, цифровые камеры, телевизоры, стиральные машины, холодильники и светодиодные лампы, также используют полупроводники.

Какой полупроводник самый важный?

Почему кремний является наиболее часто используемым полупроводником?

  • Кремний имеет намного меньший ток утечки, чем германий.
  • Кремний можно обрабатывать при более высокой температуре, чем германий.

В полупроводниках чаще всего используется кремний (химический символ = Si). Кремний — второй по распространенности элемент на Земле после кислорода. Большая часть кремния содержится в почве и горных породах, но кремний также содержится в природной воде, деревьях и растениях.

Некоторыми примерами полупроводников являются кремний, германий, арсенид галлия и элементы вблизи так называемой «металлической лестницы». по периодической таблице. Арсенид галлия является вторым по распространенности полупроводником после кремния и используется в лазерных диодах, солнечных элементах, интегральных схемах СВЧ и т.д.

Полупроводники особенно важны, потому что изменяющиеся условия, такие как температура и содержание примесей, могут легко изменить их проводимость. Комбинация различных типов полупроводников создает устройства с особыми электрическими свойствами, которые могут управлять электрическими сигналами.

Какой полупроводник лучше?

Лучшие акции полупроводников для покупки в 2021 году

  • Nvidia NVDA. С рыночной капитализацией в 322 миллиарда долларов Nvidia (NVDA) — Get Report — не только крупнейшая полупроводниковая компания Америки в этом отношении, но и находится в лучшем положении.…
  • NXP Полупроводники NXPI.
  • Аналоговые устройства ADI.
  • Амбарелла АМБА. …
  • Тайваньское производство полупроводников TSM.

Инвесторы, желающие получить максимальную отдачу от растущего пространства разнообразными способами, могут рассмотреть следующие ETF.

  • iShares PHLX Semiconductor ETF SOXX. …
  • VanEck Vectors Semiconductor ETF (SMH) …
  • First Trust Nasdaq Semiconductor ETF FTXL) …
  • Invesco Dynamic Semiconductors ETF PSI) …
  • SPDR S&P Semiconductor ETF (XSD)

TSM — хорошие акции для долгосрочных инвесторов, качество бизнеса которых обеспечивается ведущей долей компании на рынке и стабильно высокой рентабельностью собственного капитала. Цена акций TSM должна продолжить расти в 2021 году, но не в такой степени, как в 2020 году.

Корпорация Intel — крупнейший в мире производитель полупроводниковых микросхем по данным о продажах в 2020 году.

Как работают полупроводники?

Полупроводники широко используются в электронных схемах. Как следует из названия, полупроводник является проводящим материалом, но только частично. Проводимость полупроводника находится где-то между проводимостью изолятора, который почти не имеет проводимости, и проводника, который имеет почти полную проводимость.

Полупроводник, любой класс кристаллических твердых тел, промежуточный по электропроводности между проводником и изолятором. Полупроводники используются в производстве различных типов электронных устройств, включая диоды, транзисторы и интегральные схемы.

Полупроводники. Полупроводники — это материалы, которые имеют проводимость между проводниками (обычно металлами) и непроводящими элементами или изоляторами (такими как большинство керамики). Полупроводники могут быть чистыми элементами, такими как кремний или германий, или соединениями, такими как арсенид галлия или селенид кадмия.

Процессоры, поддерживающие персональные компьютеры, также изготавливаются из полупроводников. Многие цифровые потребительские товары в повседневной жизни, такие как мобильные телефоны/смартфоны, цифровые камеры, телевизоры, стиральные машины, холодильники и светодиодные лампы, также используют полупроводники.

Что такое полупроводники N- и P-типа?

Полупроводник n-типа представляет собой внутренний полупроводник, легированный фосфором (P), мышьяком (As) или сурьмой (Sb). Кремний группы IV имеет четыре валентных электрона, а фосфор группы V имеет пять валентных электронов.… * Этот свободный электрон переносит полупроводник n-типа.

Полупроводник p-типа — это тип полупроводника. Когда в собственный или чистый полупроводник (кремний или германий) добавляют трехвалентную примесь, говорят, что это полупроводник p-типа. Трехвалентные примеси, такие как бор (В), галлий (Ga), индий (In), алюминий (Al) и т. д. называются акцепторными примесями.

Примерами пятивалентной примеси являются фосфор или мышьяк. Тип P: – Когда мы используем трехвалентную примесь для легирования, мы получаем полупроводник p-типа.Примерами трехвалентных примесей являются алюминий или бор. … Это дает этому легированному полупроводнику 1 свободный электрон, поэтому он называется полупроводником n-типа.

Если примесь имеет больше электронов во внешней оболочке, чем полупроводниковый материал, она будет n-типа, а с меньшим количеством электронов во внешней оболочке она будет p-типа.

Каковы свойства полупроводника?

1) чистые материалы, обладающие полупроводниковыми свойствами, называются внутренними полупроводниками. 2) количество свободных электронов в зоне проводимости равно количеству дырок в валентной связи.3) Его электропроводность низкая. 4) Его электропроводность зависит только от температуры.

Существует два типа внешних полупроводников: p-типа (p для положительного: дырка была добавлена ​​путем легирования элементом группы III) и n-типа (n для отрицательного: дополнительный электрон был добавлен путем легирования элементом -V).

Какое свойство не относится к свойствам полупроводников? 4 электрона на самой внешней орбите в ковалентной связи. атомы вибрируют, заставляя электрон высвобождаться из связей.Дыра безэлектронного списка.

Многие цифровые потребительские товары в повседневной жизни, такие как мобильные телефоны/смартфоны, цифровые камеры, телевизоры, стиральные машины, холодильники и светодиодные лампы, также используют полупроводники.

Дело об отказе от мемристора как основного элемента схемы

Периодическая таблица основных пассивных элементов

Периодическая таблица на рис. 2 имеет строки и столбцы сетки, помеченные прописными буквами вдоль левого и верхнего края.Мы будем обращаться к сетке по ее метке (строка, столбец). Фактическая электрическая переменная, которая применяется к каждой строке или столбцу, показана вдоль правого и нижнего края. На горизонтальной оси каждый столбец справа представляет собой производную по времени от столбца слева. Например, ось x (A, Y) равна \(\dot{\varnothing}\), которая является производной от ϕ , оси x (A, Z). Точно так же вдоль оси y ось y каждой более высокой строки является производной от той, что находится под ней.

Рисунок 2

Периодическая таблица основных пассивных элементов в области заряд-напряжение.

Существующие фундаментальные элементы удовлетворяют следующим правилам. Мы ожидаем такого же соответствия от мемристора.

  1. (я)

    Правило 1: место в таблице Менделеева может занимать только один фундаментальный элемент.

  2. (ii)

    Правило 2: Преходящее событие не будет считаться удовлетворяющим конститутивным отношениям.

Правило 1 основано на периодической таблице химических элементов, в которой элементы организованы на основе атомного номера. Периодическая таблица электрических элементов организует свои элементы на основе производной заряда n th , которая связывает феноменологическую постоянную с напряжением, развиваемым на устройстве.

Правило 2 выводится из определения существующих основных элементов, а именно C , R и L .

Расположение основных элементов

Известные основные элементы из предыдущего обсуждения отображаются в столбце Y строк A, B и C. Это размещение было выполнено путем сравнения основного уравнения слотов с основными уравнениями в нашем предыдущем обсуждении. Переходя в столбец X, ячейка (A, X) пуста, потому что нет известного элемента, удовлетворяющего этому правилу. Слот (B, X) удовлетворяет основанному на производной определению конденсатора, а именно \(C\frac{d\nu }{dt}=i\) или форме, которая отображается в нашу периодическую таблицу \({C}^{-1 } \ точка {q} = \ точка {\ nu} \). Точно так же в столбце X мы наблюдаем, что (C, X) равно \(r\,\ddot{q}=\dot{\nu }\), что является определением резистора с малым сигналом, эквивалентным \(r=\ frac{d\nu}{di}\). Проверка показывает, что каждый из известных фундаментальных элементов перемещается по диагоналям в нашей периодической таблице, что приводит к представлению производной n th с точки зрения заряда и напряжения.

Толстый вертикальный разделитель между столбцами Z и Y усиливает идею о том, что фундаментальные элементы не проникают в столбец Z.{2}}\), где U — некоторая еще не открытая феноменологическая константа. Однако позже мы покажем, что обитатель (D, Y) будет активным, а значит, ни пассивным, ни фундаментальным.

Перед обсуждением столбца Z давайте рассмотрим основное уравнение, связывающее напряжение с магнитным потоком; а именно закон Фарадея. Закон Фарадея гласит, что отрицательная скорость изменения магнитного потока (\({\varnothing}_{B}\)) будет равна электрическому потенциалу (∈), развиваемому в элементе, таком как индуктор.

$${\epsilon}=-\,\frac{d{\varnothing}_{B}}{dt}$$

(1)

Предположим, что экспериментатор вызывает изменение магнитного потока. Отрицательный знак означает, что результирующее напряжение будет иметь такое направление, чтобы генерировать ток, магнитное поле которого попытается противодействовать вынужденному изменению потока. Уравнение предназначено для использования в ситуации, когда поток действительно является магнитным потоком. Однако мы замечаем, что мы могли бы проинтегрировать левую часть уравнения (1), чтобы получить \(\varphi =-\,\int {\epsilon}\,dt\), не настаивая на магнитном поле.Мы использовали ϕ без нижнего индекса для обозначения расчетного потока, а не реального магнитного потока. Хотя этот подход математически корректен, он приводит к возможному неправильному использованию термина «поток». Постулат 1971 года колеблется, используя как ϕ (интеграл напряжения по времени), так и слова потокосцепление (используемые в нем семь раз), предполагая, что первоначально постулируемая концепция мемристора действительно зависела от существования магнитного потока 5 . Учитывая, что у нас уже есть плоскость заряд-напряжение для проверки, давайте приспособимся к определению \(\varphi =-\,\int {\epsilon}\,dt\) и проигнорируем необходимость магнитного потока.

Это перемещает наше обсуждение в столбец Z на рис. 2. Все элементы в столбце Z генерируют поток \(\varphi =\int \nu \,dt\). Здесь \(\nu \equiv {\epsilon}\) и представляет собой напряжение (электрический потенциал). Отсутствующий отрицательный знак (относительно магнитного контекста) служит только для определения направления напряжения, и его отсутствие не снижает точности обсуждения.{-1}\int q\,dt\) и быть правильным. Однако это поместит нас в бессмысленный слот ниже (A, Z). В этой системе с пассивными элементами конденсатор не попал в столбец Z, так как заряд на конденсаторе не может быть осмысленно преобразован в интеграл напряжения. Этот пример с конденсатором показывает, как создать таблицу Менделеева с бесконечной сеткой.

Обратимся к слоту (A, Z). Обобщенное управляющее уравнение имеет вид \(U\,q=\varnothing \). Мы временно ввели феноменологическую константу U , чтобы заменить то, что мы можем обнаружить.Простая транспозиция дает \(U=\frac{\varnothing}{q}\). Мы можем переписать это на основе формы производной по времени, где точка над точкой представляет собой производную по времени.

$$U=\frac{\dot{\varnothing}}{\dot{q}}=\frac{d\varphi}}{dq}=\frac{\nu }{i}$$

(2)

Уравнение (2) определяет резистор, делая U в (A, Z) равным R , как показано на рис. 2. Prodromakis et al . среди прочего используйте промежуточное выражение \((\frac{\frac{d\varnothing}{dt}}{\frac{dq}{dt}})\), содержащее ссылку на заряд, чтобы предположить, что U  =  M  =  M ( q ( t )) 6 .Здесь есть два неприятных момента.

  1. (я)

    Хотя вывод не является ошибочным, он нарушает Правило 1, поскольку простой резистор также подходит для слота (A, Z).

  2. (ii)

    Любая феноменологическая константа, выведенная из промежуточных уравнений, зависящих от времени, неопределенна и нарушает Правило 2.

Сравнение с таблицей фундаментальных элементов Струкова

На рисунке 3 сравнивается периодическая таблица основных элементов, опубликованная Струковым и др. . в Hewlett Packard (HP) с предложенным в этом документе 7 . Мы видим, что поворот на девяносто градусов влево на сетке (A, Z)-(B, Y) на рис. 3(b) определенно делает ее похожей на диаграмму Струкова. В исходной таблице основных элементов 7,8,9 есть ошибка.Обрамленное выражение на положительной оси x, dq  =  idt конфликтует с положительной осью x, которая одновременно помечена как q . Алгебраическая обработка обрамленного выражения дает \(\frac{dq}{dt}=i\); подразумевая, что ток равен метке заряда вдоль положительной оси x. Это может быть типографской ошибкой, которая не влияет на какие-либо выводы, поскольку выражение всегда упускается из виду. Налаваде и др. . исправили это, но сумели неправильно обозначить ось потока 10 .Кватинский и др. . просто сохраните пустые рамки 11 . Кумар правильно обозначил оси диаграммы в обзоре 12 .

Рисунок 3

Схема основных пассивных элементов в области заряд-напряжение. ( a ) Интерпретация Струкова, приписываемая Чуа. ( b ) Наше представление показывает диаграмму Струкова как подмножество, заключенное в синий пунктирный прямоугольник.

Из параллельного сравнения на рис. 3 видно, что нижняя часть диаграммы Струкова соответствует нашему столбцу Z на рис.3(б). Обитатели столбца Z не являются фундаментальными, поскольку их отношения определяются математическим интегрированием, требующим начальных условий. Даже если бы мы допустили такие элементы в основную складку, место, предложенное для мемристора, уже занято резистором.

Плоскость заряд-напряжение иногда называют областью заряда-потока, которая точно такая же, как на рис. 2, включая запрещенный столбец Z. Резистор памяти 2008 года с его феноменологической константой М , не находит место в плоскости заряд-напряжение из-за следующих двух причин.

  1. (я)

    Слот (A, Z) уже занят резистором. Правило 1 запрещает второго пассажира.

  2. (ii)

    Мемристор с \(M(q(t))=\frac{\varnothing}{q}\) можно оценить только путем интегрирования, что нарушает Правило 2, требуя временного окна для интеграла.

Теоретико-схемотехническая периодическая таблица пассивных элементов

Движущийся заряд создает магнитное поле. Закон Ампера можно использовать, чтобы сделать вывод, что провод с током будет создавать силовые линии магнитного поля, перпендикулярные проводу, в направлении, указанном правилом правой руки. Это означает, что на рис. 1(b) и (c) есть магнитные вклады, отмеченные пунктирными изогнутыми стрелками. Это побуждает нас расширить периодическую таблицу фундаментальных элементов на магнитную плоскость.

Рис. 4 представляет собой расширенную версию рис. 2, с плоскостью заряда-напряжения справа от синего пунктирного центра и плоскостью заряда-потока (магнитной) слева от пунктирного синего центра. Поток на магнитной стороне представляет собой истинный магнитный поток, представленный как ϕ B . Заряд и его производные расположены вдоль оси y. Столбцы помечены шляпками с магнитной стороны; обозначения строк являются общими для обоих доменов. Обсуждение будет касаться слотов в стиле (строка, столбец).Все устройства в столбцах Z и \(\hat{{\rm{Z}}}\) нуждались в том, чтобы начальные условия были указаны для их производных форм от Y и \(\hat{{\rm{Y}}}\). Слева от центра каждый столбец ведет к производной n th истинного магнитного потока. Справа каждый столбец аналогичным образом приводит к производной n th вычисленного потока, определяемой как интеграл напряжения по времени. Фундаментальные элементы находятся в светло-зеленых прямоугольниках, которые представляют их определяющие отношения. Начнем обсуждение с известных кандидатов.

Рисунок 4

Периодическая таблица основных элементов в областях заряд-поток (магнитный) и заряд-напряжение.

Конденсатор с плоскости заряд-напряжение не появляется на магнитной стороне, потому что для стационарных зарядов не используется магнетизм. Это автоматически исключает все магнитные диагонали с емкостью C , например \(({\rm{A}},\hat{{\rm{Y}}})\), \(({\rm{B}} ,\шляпа{{\rm{X}}})\), \(({\rm{C}},\шляпа{{\rm{W}}})\) и т. д. показаны в красных пунктирных прямоугольниках.

Что касается катушек индуктивности, мы сразу замечаем, что катушка индуктивности существует, как и должно быть, в слоте \(({\rm{C}},\hat{{\rm{Y}}})\). Индуктор продолжается в щель \(({\rm{B}},\hat{{\rm{Z}}})\), переходит в электрический домен в точке (B, Z) и далее в щель (C, Y ). Индуктор может жить в обеих плоскостях. Катушка индуктивности генерирует напряжение, пропорциональное скорости изменения тока.

Индуктор также создает истинное магнитное поле вокруг катушек для условий переменного тока в \(({\rm{C}},\hat{{\rm{Y}}})\).

$$-{\dot{\varphi}}_{B}=L\,\ddot{q}$$

(4)

В условиях постоянного тока индуктор удовлетворяет следующему соотношению в \(({\rm{B}},\hat{{\rm{Z}}})\) и (B, Z).

$$-{\varphi}_{B}=L\,i=\varnothing $$

(5)

Мы понимаем, что \(({\rm{B}},\hat{{\rm{Z}}})\) является односторонним соотношением, при котором постоянный ток может создавать постоянное магнитное поле, но не наоборот.Точно так же \(L\,i=\varnothing\) в (B, Z) требует интегрирования. Поэтому уравнение (5) не является определяющим соотношением для индуктора. Уравнение (4) из слота \(({\rm{C}},\hat{{\rm{Y}}})\) или уравнение (3) из (C, Y) является истинным определяющим соотношением для индуктора потому что только он описывает способность индуктора соединять магнитные и электрические домены 2,3 .

Предположим теперь, что исходный постулат о магнитном мемристоре верен. Это будет означать, что устройство должно занимать слот \(({\rm{A}},\hat{{\rm{Z}}})\) на основании определяющего соотношения \(M=-\,\frac{{ \varnothing }_{B}}{q}\), с правильным знаком и индексом.На данный момент у нас недостаточно данных, чтобы оспаривать это существование. Мы знаем из локусов фундаментальных элементов, что должностное лицо в \(({\rm{A}},\hat{{\rm{Z}}})\) также должно жить в \(({\rm{B }},\шляпа{{\rm{Y}}})\). Основное уравнение для слота \(({\rm{B}},\hat{{\rm{Y}}})\) имеет вид \(U\,\dot{q}=-\,{\dot{\ варфи }}_{B}\). Это правило требует, чтобы существовало какое-то устройство с феноменологической константой U , которое будет создавать магнитное поле, изменяющееся с постоянной скоростью, когда через него проходит постоянный ток (\(\dot{q}\)).Рассмотрим мемристор HP 2008 года (или Chua 1971 года) для этого слота. Подача постоянного тока в мемристор приведет к изменению напряжения на устройстве \((\dot{v})\) по мере изменения его сопротивления. Однако постоянный ток стимуляции будет создавать только постоянное магнитное поле, а не \(-{\dot{\varphi}}_{B}\). Следовательно, устройство HP 2008 года (и Чуа 1971 года) не может занимать \(({\rm{B}},\hat{{\rm{Y}}})\), за исключением тривиального условия \(-{\dot{\ varnothing }}_{B}=0\). Резистор также удовлетворяет этому тривиальному условию.Попробуем вывести правило для наблюдаемых \(\dot{\nu }\) из основных законов. Дифференцирование закона Фарадея по времени дает \(\frac{d}{dt}{\epsilon}=-\,\frac{d}{dt}(\frac{d{\varphi}_{B}}{dt}) \), что равно \(\dot{\nu}=-\,{\ddot{\varphi}}_{B}\). Мы видим \(-{\ddot{\varphi}}_{B}\) в слоте \(({\rm{C}},\hat{{\rm{X}}})\). Для этого требуется, чтобы устройство генерировало скорость скорости магнитного потока, когда через него проходит скорость тока, т.е. \(r\frac{di}{dt}=-\,{\ddot{\varphi}}_{B}= \frac{dv}{dt}\). Другими словами, введение скорости тока в устройство должно привести к скорости изменения напряжения \(\dot{\nu}\); это произойдет на устройствах HP 2008 и Chua 1971 года. Однако изменение напряжения является нетривиальным только на мгновение и будет оцениваться как нуль, как только завершится переход от низкого к высокому сопротивлению (или наоборот); делая это временным событием и нарушая Правило 2. Следовательно, в \(({\rm{C}},\hat{{\rm{X}}})\) нет места для мемристора 2008 (или 1971). По заключению, если \(({\rm{C}},\шляпа{{\rm{X}}})\) и \(({\rm{B}},\шляпа{{\rm{Y} }})\) лишены мемристоров, то \(({\rm{A}},\hat{{\rm{Z}}})\) также запрещены к мемристору. Кроме того, в \(({\rm{A}},\hat{{\rm{Z}}})\) невозможно, потому что стационарные электрические заряды не могут создавать магнитное поле.Таким образом, мы окрасили все исключенные квадраты периодической таблицы в красный цвет, исключив устройство HP 2008 года (и 1971 года) из магнитной плоскости. Предполагая, что q в \(({\rm{A}},\hat{{\rm{Z}}})\) является интегралом тока, а не буквальным стационарным зарядом, мы попадаем в область абстракций. – за счет интеграции. Тогда мемристор — это абстрактное устройство, реагирующее на абстрактный электрический заряд. В любом случае резистор уже удовлетворяет условиям \(({\rm{A}},\hat{{\rm{Z}}})\) даже в этой области абстракции.

Может ли постулат 1971 года быть вероятным где-нибудь на магнитной стороне? Локусы фундаментальных элементов предполагают, что ничто иное, как форма резистора, не может занимать траекторию \(({\rm{A}},\hat{{\rm{Z}}})\), \(({\rm {B}},\шляпа{{\rm{Y}}})\), \(({\rm{C}},\шляпа{{\rm{X}}})\), \(({ \rm{D}},\hat{{\rm{W}}})\) и т. д., предложенные для мемристора. Таким образом, мемристор в любом проявлении исключается из магнитной и электрической сторон периодической таблицы Правилом 1 и/или Правилом 2.указать на проблемы со смешением ϕ B и ϕ 13 . Для них отсутствие магнетизма в модели HP 2008 года является ее основным недостатком, и они полагают, что если мемристор без магнетизма действителен, то мы также обнаружили катушку индуктивности, которая работает без магнетизма. Ди Вентра и Першин интерпретируют мем-устройства как функции отклика. Они позволяют получить вольт-амперные характеристики, не пересекающие начало координат 14 .Это противоречит определению Чуа, в котором говорится, что если его сжать, это мемристор 15 . Чуа очень четко заявляет, что «В этой статье любой двухконтактный черный ящик называется мемристором тогда и только тогда, когда он демонстрирует сжатую петлю гистерезиса для всех биполярных периодических входных сигналов тока (соответственно, входных сигналов напряжения). ), что приводит к периодическому отклику по напряжению (соответственно току) той же частоты в плоскости напряжение-ток ( v  −  i ) » 15 .Сундквист и др. . изучить мемристор с точки зрения термодинамики и сделать вывод, что уравнения мемристора физически неполны в отношении пассивности или активности 16,17 . Они возражают против утверждения, что существующий претендент на мемристор является пассивным устройством, потому что он нарушает второй закон термодинамики в бесконечно большом количестве случаев, в то время как положительный пример не может быть идентифицирован из-за нефизического характера фундаментального определения мемристора Чуа. Подобные критические замечания по поводу нарушения принципа Ландауэра, отсутствия магнитного потока, изменения определений и т. д. представлены Ельцема 18 . Общий знаменатель возражений сводится к отсутствию магнетизма и вероятной необходимости присутствия активных элементов.

Линейно-нелинейные дебаты

Представление о том, что мемристор, постулированный в 1971 году, может каким-то образом существовать как нелинейная, но фундаментальная сущность, можно развеять, ознакомившись с основополагающей статьей Чуа.В разделе III статьи Чуа говорится, что когда кривая мемристора ϕ q представляет собой прямую линию, мемристор сводится к линейному неизменному во времени резистору ; очень согласуется с нашими выводами в предыдущих разделах 5 .

Теперь рассмотрим нелинейный случай. Чуа утверждает, что «…только мемристоры, характеризующиеся монотонно возрастающей кривой ϕ q , могут существовать в форме устройства без внутренних источников питания». Нелинейная кривая ϕ q всегда будет иметь положительный, хотя и переменный наклон.Однако отношение ϕ к q по-прежнему выражается в омах, без фазового сдвига , что делает резистор нелинейным. Простые pn-диоды или транзисторы, как показано в таблице 1, могут эмулировать нелинейные резисторы. В контексте трех известных фундаментальных устройств Tour и др. . заявляют, что «поведение каждого из этих элементов описывается простой линейной зависимостью…», ясно подтверждая, что линейность является центральной для того, чтобы быть фундаментальной 8 .Нелинейные резисторы не являются фундаментальными, поскольку их можно смоделировать в виде сборки кусочно-линейных компонентов.

Отчет Ди Вентры и др. . и общие знания о моделировании показывают, что только активный элемент может создавать отрицательное дифференциальное сопротивление (NDR), которое видно на кривых вольтамперных характеристик мемристора 14 . NDR исключает нелинейный пассивный диод из возможности моделировать мемристор, оставляя активные схемы единственным вариантом для моделирования мемристоров.

Рассмотрим мемристор в свете выражения Струкова для феноменологической константы \(M(q(t))=\frac{\varnothing}{q}\). Когда M ( q ( t )) является положительной константой и \(\frac{d}{dq}M(q(t))=0\), то устройство представляет собой линейное время- инвариантный резистор , который является уже известным основным элементом R . Все остальные случаи как минимум нелинейны и исключаются из фундаментальности. В силу нелинейности и игнорирования любого критерия активности мемристор должен занимать (C, X) на рис.4.

Предположение, что элемент схемы может быть основным пассивом в силу нелинейности, ошибочно. Если бы это было так, то основным элементом был бы и маломощный сигнальный резистор r в (С, Х), который мог бы представлять собой пассивный диод. Даже если мы решим отныне признать нелинейные пассивные устройства фундаментальными в некотором «расширенном пространстве проектирования», как это было предложено Уильямсом и др. , (i) мемристор не может занимать (A, Z) или \(({\rm{A }},\hat{{\rm{Z}}})\), потому что эти слоты заняты линейным резистором и (ii) мемристор не может занимать (C, X), потому что в области ток-напряжение устройство демонстрирует гистерезис – активное явление, тем самым полностью исключая его из любой таблицы основных пассивных элементов 5,7,19 .Слот \(({\rm{C}},\hat{{\rm{X}}})\) был отклонен в предыдущем обсуждении.

Расширение области действия периодической таблицы

Имея в нашем распоряжении хорошо проработанную таблицу понятий в таблице 1, периодическую таблицу и два кратких правила, мы хорошо подготовлены и склонны к рассмотрению других форм устройств, таких как устройства с регулируемым потоком индуктор, конденсатор с регулируемым зарядом и т. д.

Например, рассмотрим устройство, которое удовлетворяет соотношению \(i=f({\varnothing}_{B})\), где мы предполагаем, что поток ∅ B является магнитным поток.Любой индуктор создаст напряжение на клеммах устройства с определяющим соотношением \(L\frac{di}{dt}=\nu \) в (C, Y). Замените на в определяющем уравнении после обобщения всех величин, чтобы они зависели от потока. Мы получаем \(L({\varnothing}_{B})\frac{d\,f({\varnothing}_{B})}{dt}=\nu ({\varnothing}_{B})\ ), поэтому \(L ({\ varnothing} _ {B}) = \ frac {\ nu ({\ varnothing} _ {B})} {\ dot {f} ({\ varnothing} _ {B})} \). Устройство является фундаментальным тогда и только тогда, когда L (∅ B ) является положительной константой и \(\frac{d}{d{\varnothing}_{B}}L({\varnothing}_{B}) \) тождественно равен нулю.{2}}i\).

В качестве другого примера рассмотрим устройство с ν  =  г ( q ). Все конденсаторы реагируют на зарядку и создают напряжение согласно  =  q . Переформатировав определяющее соотношение, чтобы оно соответствовало нашему тестовому случаю, мы имеем C ( q ) g ( q ) =  q . Транспонирование, \(C(q)=\frac{q}{g(q)}\). Устройство является фундаментальным тогда и только тогда, когда C ( q ) положительная константа и \(\frac{d}{dq}C(q)\) тождественно равен нулю. {-1}\frac{d}{dt}q\).

Оглядываясь назад, мы видим, что столбец X содержит маленькое сигнальное представление фундаментальных элементов, точно так же как только столбец Y содержит определяющие отношения фундаментальных элементов.

Что такое мемристор Чуа или ХП

Если мемристор не фундаментален, то стремимся понять, что это такое. Первое свидетельство — оригинальная модель от HP. Выглядит как потенциометр из двух резисторов и ползунка 7 . Ползунок должен перемещаться в зависимости от времени, чтобы устройство переходило между состояниями низкого и высокого сопротивления.Несмотря на многие недостатки модели HP, она улавливает суть мемристора – двухполюсное последовательное соединение резисторов с низким сопротивлением R LO и высоким сопротивлением R HI , проявляя Отчет о недоставке. В то время как Ди Вентра и др. . утверждают, что отрицательное сопротивление может быть вызвано только активным элементом, сообщество мемристоров не сразу приравнивает NDR к наличию активного элемента 14 . Благодаря умному использованию оконных функций, которые произвольно вводятся в уравнения, HP скрывает наличие активных элементов в своей модели мемристора. В конце концов, потенциометр не имеет собственного гистерезиса.

Оригинальное исследование в символическом моделировании выявило два импеданса, которые скручиваются в комплексной плоскости 20,21 . Этот подход предлагает логистическую функцию как решение уравнения Бюргерса с переменным коэффициентом. Модель Бюргерса показывает мемристор как сумму реального и отрицательного импеданса; где сумма реактивных компонентов всегда равна нулю.Комплексные резисторы имеют вид \({R}_{1}=\pm \,a\mp j\,b\) и \({R}_{2}=\mp \,c\pm j\, b\), где положительный член из числа a , c всегда больше. Поэтому составное сопротивление всегда положительно. Модель однозначно выявляет наличие недоминирующего отрицательного сопротивления. Можно связать отрицательный импеданс с ударной волной, которую Tang et al . вывели 22 . Отрицательное сопротивление не видно внешнему наблюдателю, кроме как во время перехода, и оно необходимо для представления гистерезиса, зависящего от потока, который является ключом к функционированию мемристора.Без гистерезиса на вольтамперных кривых мемристоров не может быть лепестков. Вольт-амперная характеристика с зажатым гистерезисом является сигнатурой мемристора 15 . Символическая модель Абрахама генерирует традиционные кривые ток-напряжение и демонстрирует приемлемое совпадение с эмпирическими данными о времени переключения 21 . Также было продемонстрировано, что указанная модель демонстрирует правильную температурную зависимость относительно эмпирических данных 20 .

Миграция вакансий в мемристоре подобна аналогии пузырьков в стекле Уильямса или, скорее, поведению устройств с токами, ограниченными пространственным зарядом, где постоянная времени тепловой релаксации пространственного заряда велика 19 .Полученная граница между областями низкой и высокой концентрации вакансий в мемристоре имитирует ползунок реостата, разделяет устройство на два (последовательных) резистора и реализует (активный) гистерезис. Гистерезис признается многими авторами, включая Chua, Williams, Strukov и Biolek 5,7,15,19,23 . Гистерезис может быть реализован в схеме с операционным усилителем, триггером Шмитта или элементами, управляемыми напряжением/током — все они активны.

На веб-сайте мемристорного центра Чуа утверждается, что Corinto и др. .построили модель мемристора с однопортовыми пассивными компонентами 24,25 . Это невозможно, если мемристор является фундаментальным элементом. В другой рецензируемой публикации, связанной со схемой, предполагаемый пассивный резистор заменен диодом Чуа; который является локально активным устройством 26 . Локальная активность предполагает отрицательное сопротивление 27 . Моделирование мемристоров всегда требовало активных элементов, потому что они неявно активны 5,28,29 .

На рис.5 мы моделируем мемристор как два резистора, выбираемых с помощью двухполюсного двухпозиционного переключателя U3, управляемого гистерезисным генератором U2. Клеммы устройства: a и b . Модель VTEAM имеет положительный и отрицательный порог, который может быть получен с помощью U2 30 . Интегратор U1 вычисляет поток. Генератор гистерезиса U2 является неизбежным активным компонентом.

Рисунок 5

Модель схемы мемристора с гистерезисом на основе потока. ( a ) Гистерезис необходим для правильного выбора низкого или высокого сопротивления при заданном пороге потока.{-1}\nu\,t\). Однако для умножения требуются активные элементы, что устраняет пассивные устройства, которые когда-либо занимали (D, Y). Поэтому набор фундаментальных элементов строго ограничен C , R и L вдоль ([A, B, C], Y) на рис. 4. каждый фундаментальный элемент и его конститутивное отношение в электрическом и магнитном планах. Переменная ν представляет собой напряжение (В), а ϕ B представляет истинный магнитный поток в Вебере (Вб).Возвращаясь к рис. 4, мы видим, что в электрическом домене напряжение — это измеряемая величина, которая генерируется на выводах фундаментальных элементов в столбце Y. В силу симметрии скорость изменения магнитного потока \(-{\dot {\varphi}}_{B}\) – единственная измеримая величина, которая должна помочь найти фундаментальный элемент в магнитном домене в столбце \(\hat{{\rm{Y}}}\).

Таблица 2 Таблица определяющих отношений для основных элементов.

Электронная структура и периодическая таблица – Введение в химию – 1-е канадское издание

Глава 8.Электронная структура

  1. Свяжите электронные конфигурации элементов с формой периодической таблицы.
  2. Определите ожидаемую электронную конфигурацию элемента по его месту в периодической таблице.

В главе 3 «Атомы, молекулы и ионы» мы представили периодическую таблицу как инструмент для систематизации известных химических элементов. Периодическая таблица показана на рисунке 8. 5 «Периодическая таблица». Элементы перечислены по атомному номеру (количеству протонов в ядре), а элементы со схожими химическими свойствами сгруппированы в столбцы.

Рисунок 8.5 «Периодическая таблица». Просмотр доступной периодической таблицы в Интернете.

Почему таблица Менделеева имеет такую ​​структуру? Ответ довольно прост, если вы понимаете электронные конфигурации: форма периодической таблицы имитирует заполнение подоболочек электронами .

Начнем с H и He. Их электронные конфигурации 1 с 1 и 1 с 2 соответственно; He заполняется оболочка n = 1.Эти два элемента составляют первую строку периодической таблицы (см. рис. 8.6 «Подоболочка 1 s »).

Рисунок 8.6 «Подоболочка 1 s ». H и He представляют заполнение подоболочки 1 s .

Следующие два электрона для Li и Be перейдут в подоболочку 2 s . Рисунок 8.7 «Подоболочка 2 s » показывает, что эти два элемента расположены рядом в периодической таблице.

Рисунок 8.7 «Подоболочка 2 s ». В Li и Be заполняется подоболочка 2 s .

Для следующих шести элементов подоболочка 2 p занята электронами. В правой части периодической таблицы эти шесть элементов (от B до Ne) сгруппированы вместе (рис. 8.8 «Подоболочка 2 p »).

Рисунок 8.8 «Подоболочка 2 p ». Для B-Ne занята подоболочка 2 p .

Следующей подлежащей заполнению подоболочкой является подоболочка 3 s . Элементы, когда эта подоболочка заполняется, Na и Mg, возвращаются в левую часть таблицы Менделеева (рис. 8.9 «Подоболочка 3 s »).

Рисунок 8.9 «Подоболочка 3 s ». Сейчас подоболочка 3 s занята.

Затем подоболочка 3 p заполняется следующими шестью элементами (Рисунок 8.10 «Подоболочка 3 p »).

Рисунок 8.10 «Подоболочка 3 p ». Далее подоболочка 3 p заполняется электронами.

Вместо заполнения следующей подоболочки 3 d электроны переходят в подоболочку 4 s , состоящую из К и Са (рис. 8.11 «Подоболочка 4 s »).

Рисунок 8.11 «Подоболочка 4 s ». Подоболочка 4 s заполняется перед подоболочкой 3 d . Это отражено в структуре периодической таблицы.

После заполнения подоболочки 4 s подоболочка 3 d заполняется до 10 электронами. Это объясняет секцию из 10 элементов в середине таблицы Менделеева, состоящую из Sc и Zn (рис. 8.12 «Подоболочка 3 d »).

Рисунок 8.12 «Подоболочка 3 d ». Подоболочка 3 d заполнена в средней части периодической таблицы.

И так далее. Когда мы просматриваем строки периодической таблицы, общая форма таблицы показывает, как электроны занимают оболочки и подоболочки.

Первые два столбца в левой части таблицы Менделеева занимают подоболочки s . Из-за этого первые два столбца периодической таблицы помечены как блок s .Точно так же блок p  – это шесть крайних правых столбцов периодической таблицы, блок d  – это 10 средних столбцов периодической таблицы, а блок f  – это раздел из 14 столбцов, который обычно изображается отделенным от основной части таблицы Менделеева. Она могла бы быть частью основной части, но тогда таблица Менделеева была бы довольно длинной и громоздкой. На рис. 8.13 «Блоки периодической таблицы» показаны блоки периодической таблицы.

Рисунок 8.13 «Блоки периодической таблицы». Периодическая таблица разделена на блоки в зависимости от того, какая подоболочка заполняется для атомов, принадлежащих этому разделу.

Электроны в оболочке с наибольшим номером плюс любые электроны в последней незаполненной подоболочке называются валентными электронами; оболочка с наибольшим номером называется валентной оболочкой. (Внутренние электроны называются остовными электронами .) Валентные электроны в значительной степени контролируют химию атома. Если мы посмотрим только на электронную конфигурацию валентной оболочки, мы обнаружим, что в каждом столбце электронная конфигурация валентной оболочки одинакова.Например, возьмем элементы в первом столбце периодической таблицы: H, Li, Na, K, Rb и Cs. Их электронные конфигурации (сокращенно для более крупных атомов) следующие, с выделенной электронной конфигурацией валентной оболочки:

Таблица 8. 1 Электронные конфигурации элементов в первом столбце периодической таблицы
Элемент Электронная конфигурация
Н 1 с 1
Ли 1 с 2 2 с 1
Нет данных [Ne]3 с 1
К [Ar]4 с 1
Руб [Кр]5 с 1
Кс [Хе]6 с 1

Все они имеют одинаковую электронную конфигурацию в своих валентных оболочках: один s электрон.Поскольку большая часть химии элемента находится под влиянием валентных электронов, мы ожидаем, что эти элементы будут иметь схожий химический состав — , а они . Организация электронов в атомах объясняет не только форму таблицы Менделеева, но и тот факт, что элементы в одном и том же столбце таблицы Менделеева имеют схожий химический состав.

То же самое относится и к другим столбцам таблицы Менделеева. Элементы в каждом столбце имеют одинаковую конфигурацию электронов валентной оболочки, а также некоторые химические свойства элементов.Это строго верно для всех элементов в блоках s и p . В блоках d и f из-за исключения порядка заполнения подоболочек электронами подобные валентные оболочки в этих блоках не являются абсолютными. Однако в этих блоках действительно существует много общего, поэтому ожидается сходство в химических свойствах.

Сходство электронной конфигурации валентной оболочки означает, что мы можем определить электронную конфигурацию атома исключительно по его положению в периодической таблице.Рассмотрим Se, как показано на рис. 8.14 «Селен в периодической таблице». Он находится в четвертом столбце блока p . Это означает, что его электронная конфигурация должна заканчиваться p 4 электронной конфигурацией. Действительно, электронная конфигурация Se [Ar]4 s 2 3 d 10 4 p 4 , как и ожидалось.

Рисунок 8.14 «Селен в периодической таблице».

По положению элемента в периодической таблице предскажите конфигурацию электрона валентной оболочки для каждого атома.См. рис. 8.15 «Различные элементы периодической таблицы».

  1. Са
  2. Сн

Раствор

  1. Ca расположен во втором столбце блока s . Мы ожидаем, что его электронная конфигурация должна заканчиваться на s 2 . Электронная конфигурация кальция [Ar]4 s 2 .
  2. Sn расположен во втором столбце блока p , поэтому мы ожидаем, что его электронная конфигурация будет заканчиваться на p 2 .Электронная конфигурация олова: [Kr]5 s 2 4 d 10 5 p 2 .

По положению элемента в периодической таблице предскажите конфигурацию электрона валентной оболочки для каждого атома. См. Рисунок 8.15.

  1. Ти
  2. Кл

Ответить

  1. [Ar]4 s 2 3 d 2
  2. [Ne]3 с 2 3 р 5
Рис. 8.15 «Различные элементы периодической таблицы». [Длинное описание]

Цвет объектов зависит от механизма, отличного от цвета неона и других газоразрядных ламп. Хотя цветные огни производят свои цвета, объекты окрашены, потому что они предпочтительно отражают определенный цвет от падающего на них белого света. Красный помидор, например, ярко-красный, потому что он отражает красный свет, поглощая все остальные цвета радуги.

Многие продукты, такие как помидоры, сильно окрашены; на самом деле, распространенное утверждение «сначала вы едите глазами» является имплицитным признанием того, что внешняя привлекательность еды так же важна, как и ее вкус.Но как насчет обработанных пищевых продуктов?

Во многие обработанные пищевые продукты добавляются пищевые красители. Пищевые красители бывают двух видов: натуральные и искусственные. Натуральные пищевые красители включают карамелизированный сахар для коричневого цвета; аннато, куркума и шафран для различных оттенков оранжевого или желтого; бетанин из свеклы для фиолетового; и даже кармин, темно-красный краситель, который извлекают из кошенили, небольшого насекомого, паразитирующего на кактусах в Центральной и Южной Америке. (Правильно: возможно, вы едите сок жуков!)

Некоторые красители искусственные.В Соединенных Штатах Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов в настоящее время утверждает только семь соединений в качестве искусственных красителей в продуктах питания, напитках и косметике:

.
  1. Синий FD&C #1: ярко-синий FCF
  2. FD&C Blue #2: индиготин
  3. FD&C Green #3: Fast Green FCF
  4. RD&C Red #3: Эритрозин
  5. FD&C Красный #40: Красное Очарование AC
  6. FD&C Желтый #5: Тартразин
  7. FD&C Желтый #6: Желтый закат FCF

Цвета с меньшими номерами больше не продаются или были удалены по разным причинам.Как правило, эти искусственные красители представляют собой большие молекулы, которые очень сильно поглощают определенные цвета света, что делает их полезными даже при очень низких концентрациях в продуктах питания и косметике. Некоторые критики утверждают, что даже в таких малых количествах небольшая часть населения (особенно дети) чувствительна к искусственным красителям, и призывают сократить или прекратить их использование. Однако формальные исследования искусственных красителей и их влияния на поведение были безрезультатными или противоречивыми. Несмотря на это, большинству людей по-прежнему нравятся обработанные пищевые продукты с искусственными красителями (такие, как показаны на прилагаемом рисунке).

Рисунок 8.15a «Пищевой краситель». Искусственные пищевые красители встречаются в различных пищевых продуктах, таких как полуфабрикаты, конфеты и красители для яиц. Даже в кормах для домашних животных есть искусственные пищевые красители, хотя, вероятно, животному все равно!
  • Расположение электронов в атомах определяет форму таблицы Менделеева.
  • Электронные конфигурации можно предсказать по положению атома в периодической таблице.
  1. Где в периодической таблице находятся подоболочки s , занятые электронами?
  2. Где в периодической таблице находятся d подоболочек, занятых электронами?
  3. В каком блоке находится Ра?
  4. В каком блоке находится Br?
  5. Каковы конфигурации электронов валентной оболочки элементов во втором столбце периодической таблицы?
  6. Каковы конфигурации электронов валентной оболочки элементов предпоследнего столбца периодической таблицы?
  7. Каковы электронные конфигурации валентных оболочек элементов в первом столбце блока p ?
  8. Каковы электронные конфигурации валентной оболочки элементов в последнем столбце блока p ?
  9. По положению элемента в периодической таблице предскажите электронную конфигурацию каждого из следующих атомов:
    1. Старший
    2. С
  10. По положению элемента в периодической таблице предскажите электронную конфигурацию каждого из следующих атомов:
    1. Fe
    2. Ба
  11. По положению элемента в периодической таблице предскажите электронную конфигурацию каждого из следующих атомов:
    1. В
    2. Ар
  12. По положению элемента в периодической таблице предскажите электронную конфигурацию каждого из следующих атомов:
    1. Класс
    2. К
  13. По положению элемента в периодической таблице предскажите электронную конфигурацию каждого из следующих атомов:
    1. ГЭ
    2. С
  14. По положению элемента в периодической таблице предскажите электронную конфигурацию каждого из следующих атомов:
    1. мг
    2. я
  1. первые два столбца
  1. блок с
  1. нс 2
  1. нс 2 нп 1
    1. 1 S

      2 2 S 2 2 P 6 3 S 2 3 P 6 4 S 2 3 D 10 4 р 6 5 с 2
    2. 1 S S 2 2 S 2 2 P 6 3 S 2 3 P 4
    1. 1 S

      2 2 S 2 2 P 6 3 S 2 3 P 6 4 S 2 3 D 3
    2. 1 S

      2 2 S 2 2 P 6 3 S 2 3 P 6
    1. 1 S

      2 2 S 2 2 P 6 3 S 2 3 P 6 4 S 2 3 D 10 4 р 2
    2. 1 с 2 2 с 2 2 р 2

Рис. 8.15 описание: Различные элементы периодической таблицы.

Ca (кальций) находится во второй колонке слева и в четвертой строке.

Ti (титан) находится в четвертой колонке слева и четвертой строке.

Cl (хлор) находится во второй колонке справа и второй строке.

Sn (олово) находится в пятой колонке справа и в пятой строке.

[Вернуться к рисунку 8.15]

Атрибуция СМИ

Введение в электронику: основная терминология

Этот пост также доступен на: 日本語 (японский) Deutsch (немецкий)

Понимание основ электроники может быть сложной задачей для некоторых людей, в то время как другим очень легко понять понятия силы тока и напряжения.Это руководство познакомит вас с каждым из основных понятий электроники по одному и поможет вам понять и получить представление о каждой из тем, не скучая. Итак, приступим!

Основная терминология

Прежде чем углубляться в основную терминологию, вы должны знать, что такое заряды. Есть два типа сборов; положительный и отрицательный. Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются. Каждый атом имеет положительные и отрицательные заряды. Положительные заряды находятся внутри ядра и называются протонами, а отрицательные заряды, называемые электронами, находятся на орбитах, окружающих ядро.

Эти электроны либо остаются внутри орбит, либо движутся как свободные/подвижные электроны, в зависимости от типа элемента, к которому они принадлежат. Если вы посмотрите на периодическую таблицу, обратите внимание, что элементы делятся на три категории; металлов, полупроводников и неметаллов. Металлические элементы имеют подвижные электроны, поэтому их называют проводниками, в то время как неметаллы крепко удерживают свои электроны, что делает их плохими проводниками.

Текущий

Что же тогда актуально? Это скорость протекания зарядов, что означает, что если вы подсчитаете количество зарядов, проходящих через точку внутри провода за одну секунду, то вы получите количество тока, протекающего через него.

Каково направление тока в цепи? Путь, по которому текут электроны, называется электрическим током, в то время как обычный – в противоположном направлении. Вы можете сказать, что это поток положительных зарядов. В цепи обычный путь тока проходит от положительного конца батареи к отрицательному концу, как показано на диаграмме ниже.

Напряжение

Разница заряда между двумя точками определяется как напряжение. Чтобы лучше понять это, рассмотрим аналогию с энергией.Если мяч находится на вершине холма, он обладает большим количеством потенциальной энергии по сравнению с тем, что осталось после того, как он скатился вниз и достиг дна. По пути мяч теряет силу в обмен на некоторую проделанную работу. Точно так же электроны испытывают изменение энергии, когда они движутся по цепи. Разница в их энергии между двумя точками называется напряжением.

Закон Ома связывает напряжение и ток в цепи. Вот что там написано:

В=ИК

Где В — напряжение в вольтах, I — ток в амперах, а R — сопротивление в омах.

Мы подробно рассмотрим резисторы в следующем разделе. Схема ниже демонстрирует, как измеряется напряжение между двумя точками на резисторе.

Мощность

Обычно мощность определяется как скорость передачи энергии. Все мы знаем, что энергию нельзя уничтожить, но ее можно преобразовать из одной формы в другую. Например, потенциальная энергия преобразуется в кинетическую, когда камень катится с холма; насколько быстро происходит эта передача, является еще одним способом измерения мощности.

В электронике электрическая энергия преобразуется в другие виды энергии и наоборот. Например, когда батарея обеспечивает питание, химическая энергия преобразуется в электрическую энергию. Точно так же лампочка загорается в результате преобразования электрической энергии в световую.

Подводя итог, можно сказать, что электрическая мощность – это скорость передачи электрической энергии. С математической точки зрения мощность является произведением напряжения и силы тока и представляется как:

.

П=ВИ

Где P — мощность в ваттах, V — напряжение в вольтах и ​​ I — сила тока в амперах.

Рассмотрим схему, показанную выше. Мы можем рассчитать мощность, потребляемую нагрузкой, используя уравнение, упомянутое выше. Нам нужно знать значения напряжения и тока. Для расчета тока воспользуемся законом Ома. Переставляя уравнение закона Ома, получаем:

И= В/Р

= 9 В/10 Ом = 0,9 А

Теперь мы можем вычислить мощность, рассеиваемую резистором:

П=ВИ

            =(9)(0.9)

P =8,1 Вт

Мощность, рассеиваемая резистором 10 Ом, оказывается равной 8,1 Вт, что является скоростью передачи электрической энергии в этой цепи.

Переменный и постоянный ток

Вы, должно быть, слышали, что есть два типа цепей; переменного и постоянного тока. Что такое переменный и постоянный ток? Как можно различать эти термины?

AC означает «переменный ток», а DC означает «постоянный ток». В цепях постоянного тока ток течет только в одном направлении, а в цепях переменного тока он меняет свое направление через фиксированный интервал времени.Это позволяет обеим схемам проявлять разные свойства и служить различным приложениям.

DC в основном используется в цифровых и логических схемах, в то время как переменный ток присутствует в электрической системе нашего дома. Поскольку переменный ток периодически меняет свое направление, его представляют в виде синусоиды с определенной частотой и амплитудой. Постоянный ток описывается как постоянный уровень, прямая линия, так как он не меняется.

Общие элементы цепи

Теперь, когда вы поняли базовый словарь электроники, давайте рассмотрим некоторые общие элементы схемы и посмотрим, как они работают.

Резисторы

Резистор является важным элементом электронной схемы. Он противодействует потоку тока, который регулируется законом Ома, и эта противодействующая сила помогает разработчикам устанавливать значения тока в цепи в соответствии со своими требованиями. Например, если вы работаете с цепью, в которой требуется меньший ток, вам придется ввести в нее высокое значение сопротивления.

Схематическое изображение символов

Типы корпусов резисторов

Резисторы SMD в различных корпусах

Резисторы поставляются в разных упаковках.Их можно разделить на SMD (устройства для поверхностного монтажа) и осевые резисторы. Резисторы SMD обычно используются в печатных платах и ​​при разработке электронного оборудования. Эти резисторы отличаются числовым кодом, называемым имперским кодом, который относится к размерам резистора SMD.

Некоторые распространенные примеры резисторов SMD: 0603 и 0805. 0603 преобразуется в длину 0,06 дюйма и ширину 0,03 дюйма. Точно так же код 0805 переводится как длина 0,08 дюйма и ширина 0.05 дюймов. Размеры резисторов SMD преобразуются в различные номинальные мощности, например, резистор 0603 имеет номинальную мощность 0,10 Вт, а резистор 0805 — 0,125 Вт. Другие имперские коды включают 0201, 0402, 1206, 1210, 1812, 2010 и 2512.

С другой стороны, резисторы цилиндрической формы, обычно используемые студентами и любителями, являются осевыми резисторами. Они имеют схему цветовой маркировки, которая позволяет нам определить значение сопротивления без необходимости измерять его мультиметром.Осевые резисторы бывают разных типов, включая углеродную пленку, металлическую пленку, круглую проволоку и углеродную композицию.

Различные электронные компоненты, серия резисторов крупным планом на белом фоне.

Цветовая маркировка 

Схема цветового кодирования резисторов может показаться вам немного сложной поначалу, но когда вы углубитесь в электронику, вы обнаружите, что ее очень легко интерпретировать. Каждый осевой резистор имеет четыре цветные полосы, три из которых указывают значение сопротивления, а четвертая указывает значение допуска резистора и имеет серебряный или золотой цвет.

При считывании значения сопротивления всегда держите полосу допуска с правой стороны и считывайте цвета с левой стороны. В таблице ниже показано значение, которое представляет каждый цвет.

Цвет Цифра

Множитель

Допуск (%)
Черный 0 100
Коричневый 1 101 1
Красный 2 102 2
Оранжевый 3 103
Желтый 4 104
Зеленый 5 105 0.5
Синий 6 106 0,25
Фиолетовый 7 107 0,1
Серый 8 108
Белый 9 109
Золото 10-1 5
Серебро 10-2 10
Нет 20

Рассмотрим резистор с коричневыми, черными, оранжевыми и золотыми полосами. Чтобы расшифровать его значение сопротивления, давайте посмотрим на таблицу выше. Коричневый соответствует первой цифре, т. е. 1, черный соответствует 0, то есть второй цифре. Получается 10. Затем оранжевый представляет множитель; 103, а золото соответствует допуску 5%. Это создает значение сопротивления 10 кОм с допуском 5%.

Параллельное и последовательное соединение

Вы можете подключить два или более резистора двумя основными способами; последовательно и параллельно. Последовательное соединение — это когда вы соединяете два резистора один за другим, а параллельное соединение — это когда вы соединяете концы резистора с концами другого резистора.На приведенных ниже принципиальных схемах показано, как можно соединить два резистора последовательно и параллельно.

При параллельном соединении ток I, идущий от аккумулятора, делится на два тока I1 и I2. После прохождения через параллельные резисторы эти отдельные токи снова объединяются, образуя ток I, который возвращается обратно в батарею. Напряжение на обоих резисторах остается одинаковым. Итак, следует помнить, что при параллельном соединении резисторов ток делится, а напряжение остается прежним.-1

Р (всего)= (10к/11к)

R (всего)= 0,9 кОм

Однако при последовательном соединении ток, протекающий через резисторы, остается неизменным, а напряжение делится. Общее значение последовательного сопротивления можно рассчитать, просто сложив значения отдельных сопротивлений.

Р (всего)=Р1+Р2

Используя значения, представленные на принципиальной схеме, мы можем рассчитать общее сопротивление как:

Р (всего)=10к+1к

R (всего)=11 кОм

Конденсаторы

Вторым по распространенности элементом электронных схем является конденсатор.Это устройство накопления заряда, состоящее из двух параллельных металлических пластин, разделенных диэлектрическим слоем. Металлические пластины заряжены противоположно и обладают способностью накапливать заряды. Конденсаторы обычно используются для связи и развязки, в качестве накопителя заряда и для сглаживания сигналов напряжения.

Конденсаторы бывают двух типов: поляризованные и неполяризованные. Вам нужно подключить поляризованные конденсаторы таким образом, чтобы они соответствовали их полярности. Одна из их ног отмечена знаком «+», а другая – знаком «–».Положительная ветвь конденсатора всегда должна подключаться к положительному концу источника питания. Отрицательная ветвь должна соединиться с отрицательной клеммой источника питания.

Параллельное и последовательное соединение

Как и резисторы, конденсаторы можно подключать последовательно или параллельно, в зависимости от приложения. Емкость измеряется в фарадах, и общее значение емкости различается в обеих конфигурациях. Давайте рассмотрим каждую из настроек по отдельности.

Чтобы рассчитать общую емкость параллельно включенных конденсаторов, мы просто суммируем значения.

С (всего)=С1+С2

C (всего)=100 мкФ+10 мкФ

C (всего)=110 мкФ

Однако предположим, что конденсаторы соединены последовательно. -1

С (всего) = 100/11

С (всего)=9.09 мкФ

Сквозное отверстие по сравнению с SMD Электронные компоненты

выпускаются в разных типах корпусов, и основные из них — сквозные и SMD. Вы можете закрепить детали со сквозными отверстиями на макетных платах и ​​макетных платах, поскольку они имеют длинные проводящие ножки, которые легко вставляются. Вот почему они называются сквозными устройствами. С другой стороны, устройства поверхностного монтажа (SMD) используются на печатных платах и ​​электронных устройствах, таких как платы микроконтроллеров. Компоненты SMD, как правило, намного меньше, чем компоненты для сквозных отверстий, и занимают только одну сторону печатной платы.Таким образом, используя компоненты SMD, вы можете создавать конструкции меньшего размера.

Что такое цепь?

Когда вы соединяете несколько электронных компонентов и подключаете их к источнику питания переменного или постоянного тока, вы получаете цепь. Это не означает, что вы начнете соединять элементы схемы, не зная их номинальной мощности, потому что в этом случае вы, вероятно, окажетесь во взрывоопасной ситуации. Формально цепь представляет собой комбинацию электронных компонентов, соединенных проводниками, по которым может протекать электрический ток.

Построение цепи

Что нужно для создания простой электронной схемы? Нужно ли для этого инженерное образование? Конечно, нет! Вы можете научиться строить простую схему, выполнив несколько простых шагов.

Во-первых, вам нужно решить, какой источник питания вы будете использовать. После этого вам нужно выбрать компоненты вашей схемы и придумать, как вы будете их соединять.

Например, мы создаем схему усилителя, в которой используется микросхема LM386, а также несколько резисторов и конденсаторов.Батарея постоянного тока 9 В питает цепь. Выход поступает на динамик, который представляет собой усиленную версию входного сигнала. Конденсаторы в этой схеме используются для самых разных целей. В некоторых местах они блокируют постоянный ток и связывают сигнал от входа к выходу, в других они обеспечивают дополнительный ток, предотвращая просадки напряжения питания, сохраняя плавность 9 В при больших нагрузках. В некоторых случаях они используются для фильтрации нежелательных частот.

Попробуйте сами. Используйте Fusion 360, чтобы создать эту схему и удивить своих друзей и коллег своими новыми знаниями в области проектирования электроники.Вы еще не используете Fusion 360? Скачать сегодня.

Схема повторения химии — атомы, элементы, периодическая таблица, химические формулы уравнения. Просто развесьте предоставленные плакаты по классу или в небольшом коридоре в случайном порядке, объясните учащимся, как проводить обзор, и все! Вы вольны содействовать и помогать учащимся, если это необходимо.

Учащиеся начинают с любого плаката и отвечают на вопросы, переходя от плаката к плакату. Если они окажутся на том же плакате, с которого начали (и посетили все 26 плакатов), они знают, что дали все ответы правильно. Это самопроверка!

Я включил дополнительный лист ответов для учащихся, а также ключ для ответов учителя. Я также добавил дифференцированную версию для учащихся, которые не могут так много писать (они могут просто записывать цифры и буквы своих вариантов ответов).

Примечание. Этот продукт отлично подходит для сеансов обзора STAAR или обзоров устройств. А так как вы больше фасилитатор, вы можете свободно перемещаться по комнате, помогая тем, кто нуждался в дополнительном руководстве.

Вот обширный список терминов и понятий, включенных в этот продукт:
протон, нейтрон, электрон, масса субатомных частиц, расположение субатомных частиц, заряд субатомных частиц, протоны идентифицируют элемент, валентные электроны, группы, периоды, энергетические уровни или электронные оболочки, щелочные металлы, благородные газы, наиболее реакционноспособная группа, наименее реакционноспособная группа, расположение металлов, неметаллов и металлоидов, организация и закономерности периодической таблицы, индекс, коэффициент, массовое число, распознавание сбалансированности химических уравнений или нет, количество атомов определенного элемента, присутствующего в химической формуле, количество элементов, присутствующих в химической формуле, продукты, реагенты, выходы, признаки того, что химическая реакция имела место (например, осадок, изменение цвета, образование газа, и т.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.