Таблица менделеева с уровнями: Таблица Менделеева

Содержание

Состояние примесных атомов с глубокими уровнями в полупроводниках в условиях сильной компенсации

Автор: Садуллаев Аловиддин Бобакулович

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №12 (35) декабрь 2011 г.

Статья просмотрена: 572 раза

Скачать электронную версию

Библиографическое описание:

Садуллаев, А. Б. Состояние примесных атомов с глубокими уровнями в полупроводниках в условиях сильной компенсации / А. Б. Садуллаев. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2011. — № 12 (35). — Т. 1. — С. 48-50. — URL: https://moluch.ru/archive/35/3956/ (дата обращения: 04.12.2022).

В условиях сильной компенсации, в полупроводниках, концентрация равновесных носителей тока становится в сотни тысячи или миллионы раз меньше, чем концентрация ионизованных примесных атомов в решетке, что имеет место при Т=300 К, а с понижением температуры эта разница еще более увеличивается. В этом случае не только нарушаются локальные электронейтральности в решетке и потенциал окружающего примесного атома, но и существенно меняется дефектная структура самой кристаллической решетки. С другой стороны в условиях сильной компенсации система находится в крайне неравновесном состоянии. Воздействие малейших внешних факторов (температуры, давления, освещенности, электрического и магнитного поля) меняет не только электронную структуру дефектов кристаллический решетки, но и существенно изменяет условия взаимодействия дефектов и носителей тока.

Поэтому примесные атомы с глубокими уровнями в этих условиях не имеют фиксированных состояний в решетке, как это обычно имеет место в некомпенсированном полупроводнике, а вынуждены постоянно перестраиваться с изменением внешних воздействий. Это означает, что каждому квазиравновесному состоянию решетки соответствуют только определенные состояния примесных атомов (положение их в решетке, энергетические уровни). Поэтому в зависимости от степени компенсации материала и условий эксперимента, примесные атомы с глубокими энергетическими уровнями в кремнии могут внести в запрещенную зону материала различные энергетические уровни с соответствующим состоянием в кристаллической решетке.

Анализ опубликованных экспериментальных данных авторов [1÷6] по исследованиям примесных атомов, создающих глубокие энергетические уровни позволяет выяснит некоторые интересные факты в пользу выше изложенного предположения. Практически для всех элементов таблицы Менделеева, создающих глубокие энергетические уровни в запрещенной зоне кремния был обнаружен целый ряд энергетических уровней неизвестной природой с различной энергией ионизации (таблица-1).

Таблица 1

Элементы

ЕV i

EC – Et

Литература

Sc

0.35; 0.45

0.35; 0.45

0.25

0.27; 0.35; 0.5; 0.55.

1

Mn

0.53;

0.21; 0.24; 0.3; 0.39; 0.53

2

3

Ni

0.23; 0.2

0.18; 0.22;0.4.

0.35

0.41

3

Pd

0.

34

0.18; 0.22; 0.32; 0.69

5

Pt

0.34; 0.41; 0.29; 0.62; 0.3; 0.34; 0.25; 0.37.

0.31; 0.36;

0.3; 0.2; 0.25; 0.28

5

Существование этих уровней нельзя объяснить электронной структурой примесных атомов в кристаллической решетке. Большинство авторов утверждают, что примесные атомы образуют не фиксированные энергетические уровни в запрещенной зоне, а создают энергетические полосы с определенной шириной (таблица-2).

Таблица 2

Элементы

ЕV i

EC – Et

Литература

Ni

0. 2÷ 0.5

3

Mn

0.4÷0.53;

0.24÷0.3.

4

Zn

0.4÷0.55

6

Pd

0.2÷0.7

5

Ir

0.17÷0.5

5

Er

0.6÷0.48

5

Данные о концентрации электроактивной части примесных атомов с глубокими уровнями полученные различными авторами, существенно отличаются друг от друга и очень противоречивы.

Нами получены некоторые новые экспериментальные результаты, связанные с поведением примесных атомов марганца в кремнии в условиях сильной компенсации. Для исследования в качестве исходного материала был использован монокристаллический кремний р-типа с удельным сопротивлением ;=1; 4,5; 10; 100; 220 Ом·cм и n-типа с удельным сопротивлением ;= 2;10; 25; 70; 200 Ом·cм. Концентрация кислорода в данном материале практически была одинакова и составила N

o2=(5÷7)·1017см-3. Из каждого исходного материала было изготовлено по 10 образцов с одинаковыми геометрическими размерами. Диффузия марганца проводилась из газовой фазы, при этом в каждую ампулу было помешено по два образца каждого исходного материала, для обеспечения одинаковых условий легирования и скорости охлаждения. Эксперимент повторялся 5 раз. При этом каждый раз при тех же условиях проводили отжиг исходных образцов без марганца, чтобы оценить влияние термоотжига на свойства материала.

Измерение электрофизических параметров образцов после диффузии марганца показало, что независимо от одинаковых условий (температура, время диффузии, давления паров диффузантов, скорости охлаждения) легирования, концентрация электроактивных атомов марганца существенно зависит от концентрации исходного бора в кремнии. Полная концентрация электроактивных атомов марганца определялась решением уравнения электронейтральности на основе экспериментальных результатов с учетом степени заполнения обоих энергетических уровней марганца (Е1с-0.24 эВ, Е2с-0.5 эВ) в запрещенной зоне кремния [8].

На рис.1 представлены зависимости концентрации электроактивных атомов марганца от концентрации исходного бора (кривая-2) и значения растворимости марганца при данной температуре диффузии (кривая-1). Как видно из рисунка, концентрация электроактивных атомов марганца в образцах р-типа с удельным сопротивлением ;=1 Ом·cм почти на 2 порядка больше, чем в образцах р-типа с удельным сопротивлением ;=220 Ом·cм, несмотря на легирование этих образцов в одной ампуле при абсолютно одинаковых условиях.

Если концентрация электроактивных атомов марганца в образцах с ; =1 Ом·cм достигает NMn=1.2·1016 см-3 и очень близко к значению растворимости марганца при данной температуре (NMn=2·1016-3) [9], а в образцах р-типа с ;=220 Ом·cм она не превышает (3÷3.5)·1014 см-3.

Установлено, что концентрация электроактивных атомов марганца возрастает с увеличением концентрации бора, а при концентрации бора NВ ; 2·1016 см-3, практически все растворимые атомы становятся электроактивными. Показано, что концентрация электроактивных атомов марганца в n-кремнии не зависит от концентрации фосфора и при исследуемых температурах диффузии составляет NMn=(2÷2.5)·1014 см-3, а это почти на 2 порядка меньше чем в р-кремнии (рис.1, кривая-3). Таким образом, концентрация электроактивных атомов марганца (и элементов группы железа) в кремнии зависит от типа и концентрации исходных примесей. Поэтому существующие литературные данные об электроактивности элементов переходных групп в кремнии является лишь частичным решением этого вопроса. Температурный ход концентрации электроактивных атомов не соответствует температурному ходу растворимости данного элемента в кремнии. Исследователи, не обращая внимания на степень компенсации исследуемого материала, условия эксперимента и параметры исходного материала, получили разные значения энергетических уровней, концентрации центров и каждый раз утверждали, что они обнаружили и новые энергетические уровни разные значения концентрации электроактивных атомов. В условиях сильной компенсации (вообще в компенсированном материале) состояние примесных атомов и соответствующие им энергетические уровни не являются фиксированными и могут иметь различные значения. В связи, с чем можно обсуждать возможность создания теории глубоких уровней в полупроводниках, которая до сих пор не существует в нормальном виде. Для этого необходимы более тщательные экспериментальные и теоретические исследования взаимодействия примесных атомов с дефектами кристаллической решетки полупроводника в условиях сильной компенсации и явлениями переноса в этих материалах и вообще физики сильно компенсированных полупроводников.

Рис.1. Зависимость концентрации электроактивных атомов марганца от концентрации исходного бора и фосфора.

Литература:
  1. Азимов Г.К. Диффузия, растворимость и состояние примесей скандия и ванадия в кристаллической решетке кремния. Автореф. дисс. к.ф.-м.н. Ташкент 1992 г.
  2. Омельяновский Э.М., Фистуль В.И. Примеси переходных металлов в полупроводниках. Металлургия. М 1983 г., с.130.
  3. Далиев Х.С., Лебедев А.А., Султанов Н. А. Параметры глубоких уровней в Si<V>. ФТП, 1985, в.2, с.338-339.
  4. Юнусов М.С. Физические явления в кремнии, легированном элементами платиновой группы. ФАН, 1983.
  5. Hall R.N., Rasette J.H.. Appl phys. 1984, v.45,p.379-396.


Основные термины (генерируются автоматически): атом марганца, сильная компенсация, атом, исходный материал, концентрация, удельное сопротивление, уровень, исходный бор, образец р-типа, кристаллическая решетка.

None

Похожие статьи

Аномальное поведение примесей

марганца в кремнии в условиях…

удельное сопротивление, интегральный свет, температура, компенсация материала, кристаллическая решетка, сильная компенсация, освещение образцов, магнитное поле, исходный материал, газовая фаза.

Особенности комплексообразования между примесными

атомами

Удельное сопротивление контрольных образцов подвергнутых более высокой температуре отжига, монотонно уменьшается и остается n-тип.

Кроме того, трудно представить такое резкое изменение поведения атомов марганца в кристаллической решетке кремния, с…

Разработка высокочувствительного сенсора температуры на…

Эксперименты проводились с образцами Si(111) ртипа с удельным сопротивлением r=3000 и 6000 Ом×см, с толщиной от 0,1 до 1мм.

Оценка концентрации электрически активных атомов, проведенная с помощью метода электронной оже-спектроскопии показывает, что NP. ..

Особенности химического осаждения металлов группы железа…

В качестве исходных образцов для исследования были взяты пластины монокристаллического кремния марки КЭФ с удельным

Это может обусловлено как геометрическим фактором – размерами коллоидных частиц и размерами атомов металлов, так и особенностями…

Получение и исследование тонких проводящих оксидов для…

Атом примеси должен иметь валентность выше, чем у атома металла, который образует

В этом случае материал будет обладать проводимостью n-типа [3]. Помимо высокой

Процесс рекомбинации происходит с участием колебаний кристаллической решетки (фононов).

Особенности дефектообразования на поверхности монокристалла…

Висмут – полуметалл, уникальные свойства которого (концентрация носителей ~ на атом, малая эффективная масса ~ , большая диамагнитная

Показатель чистоты исходного висмута и степени совершенства монокристалла (отношение удельного сопротивления кристалла. ..

Экспериментальные и теоретические исследования влияния…

где n0Si = Na/d3 — концентрация атомов Si в исходном монокристалле, nSi — концентрация атомов Si в имплантированном слое, p imp

Видно, что для всех типов ионов с увеличением дозы облучения величина сдвига возрастает, достигая насыщения при D=(26) 1016 cм-2.

Закономерности и описание сверхстехиометрической сорбции…

Все неорганические материалы в виде чрезвычайно мелких частиц обладают способностью к обмену катионов.

По этой причине нами экспериментально обнаружено сильное подкисление растворов в

Выделенные атомы, способные к дальнейшему образованию водородных связей.

Высокочувствительные многофункциональные датчики.

..

Установлено, что автоколебания тока типа ТЭН в сильно компенсированных образцах p-Si наблюдается в интервале концентрации электрически активных атомов марганца NMn=2∙1014 см-3 ÷ 2∙1016 см-3.

Похожие статьи

Аномальное поведение примесей

марганца в кремнии в условиях…

удельное сопротивление, интегральный свет, температура, компенсация материала, кристаллическая решетка, сильная компенсация, освещение образцов, магнитное поле, исходный материал, газовая фаза.

Особенности комплексообразования между примесными

атомами

Удельное сопротивление контрольных образцов подвергнутых более высокой температуре отжига, монотонно уменьшается и остается n-тип.

Кроме того, трудно представить такое резкое изменение поведения атомов марганца в кристаллической решетке кремния, с…

Разработка высокочувствительного сенсора температуры на…

Эксперименты проводились с образцами Si(111) ртипа с удельным сопротивлением r=3000 и 6000 Ом×см, с толщиной от 0,1 до 1мм.

Оценка концентрации электрически активных атомов, проведенная с помощью метода электронной оже-спектроскопии показывает, что NP…

Особенности химического осаждения металлов группы железа…

В качестве исходных образцов для исследования были взяты пластины монокристаллического кремния марки КЭФ с удельным

Это может обусловлено как геометрическим фактором – размерами коллоидных частиц и размерами атомов металлов, так и особенностями. ..

Получение и исследование тонких проводящих оксидов для…

Атом примеси должен иметь валентность выше, чем у атома металла, который образует

В этом случае материал будет обладать проводимостью n-типа [3]. Помимо высокой

Процесс рекомбинации происходит с участием колебаний кристаллической решетки (фононов).

Особенности дефектообразования на поверхности монокристалла…

Висмут – полуметалл, уникальные свойства которого (концентрация носителей ~ на атом, малая эффективная масса ~ , большая диамагнитная

Показатель чистоты исходного висмута и степени совершенства монокристалла (отношение удельного сопротивления кристалла

Экспериментальные и теоретические исследования влияния.

..

где n0Si = Na/d3 — концентрация атомов Si в исходном монокристалле, nSi — концентрация атомов Si в имплантированном слое, p imp

Видно, что для всех типов ионов с увеличением дозы облучения величина сдвига возрастает, достигая насыщения при D=(26) 1016 cм-2.

Закономерности и описание сверхстехиометрической сорбции…

Все неорганические материалы в виде чрезвычайно мелких частиц обладают способностью к обмену катионов.

По этой причине нами экспериментально обнаружено сильное подкисление растворов в

Выделенные атомы, способные к дальнейшему образованию водородных связей.

Высокочувствительные многофункциональные датчики…

Установлено, что автоколебания тока типа ТЭН в сильно компенсированных образцах p-Si наблюдается в интервале концентрации электрически активных атомов марганца NMn=2∙1014 см-3 ÷ 2∙1016 см-3.

Валентные возможности атомов химических элементов

4.6

Средняя оценка: 4.6

Всего получено оценок: 471.

4.6

Средняя оценка: 4.6

Всего получено оценок: 471.

Количество ковалентных связей, которые может образовывать атом, называется валентностью элемента. Валентные возможности атомов обусловлены наличием валентных электронов на внешнем энергетическом уровне.

Строение атома

Все элементы планеты образованы атомами. Это мельчайшие частицы, состоящие из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. Ядро включает протоны и нейтроны. Электроны, притягиваемые ядром, располагаются и движутся по орбиталям на разном расстоянии от центра. Неравномерное положение электронов относительно ядра называется энергетическими уровнями.

Рис. 1. Строение атома.

В таблице Менделеева высшая валентность соответствует номеру группы, в которой находится элемент. Количество энергетических уровней совпадает с номером периода, электронов – с порядковым номером.

Рис. 2. Таблица Менделеева.

Валентные возможности

Чтобы оценить валентные возможности атомов химических элементов, необходимо подробно рассмотреть распределение электронов на энергетических уровнях.

Валентность соответствует числу неспаренных электронов, располагающихся на s- и р-орбиталях внешнего энергетического уровня. Валентные электроны атомов элементов, входящих в побочные группы периодической таблицы, располагаются на s-орбитали внешнего уровня и d-орбиталях, образующих внешний подуровень.

В обычном (стационарном) состоянии электроны занимают определённое положение в атоме. Стационарная электронная конфигурация зафиксирована в таблице Менделеева. При возбуждённом состоянии (реакции с другими элементами) энергия атома перераспределяется, и электроны меняют своё положение.

Рассмотрим пример. Атом фосфора в стационарном положении имеет электронную конфигурацию 1s22s22p63s23p3.

Это значит, что 15 электронов распределены по трём уровням. На внешнем уровне, включающем s- и p-орбитали, находятся пять валентных электронов. При этом три электрона на p-орбитали неспаренные, а два электрона на s-орбитали образуют пару. Соответственно, три неспаренных электрона могут образовывать ковалентные связи, и валентность фосфора равна трём.

Фосфор находится в V группе, главной подгруппе. Это значит, что в атоме находится пустой d-подуровень. В возбуждённом состоянии спаренные электроны s-уровня распариваются, и один электрон переходит на d-подуровень. Образуется пять свободных, неспаренных электронов. Соответственно, атом фосфора приобретает пятую валентность.

Рис. 3. Графическая электронная формула фосфора в обычном и возбуждённом состоянии.

Распаривание происходит с затратой энергии. Расход энергии компенсируется образованием ковалентных связей с высвобождением энергии.

В зависимости от возможности переходить в возбуждённое состояние элементы делятся на две группы: с переменной и постоянной валентностью. Постоянную валентность (соответствует номеру группы) имеют щелочные, щелочноземельные металлы, фтор и алюминий. Переменная валентность присуща всем остальным элементам. Инертные газы не вступают в реакции, поэтому считается, что валентность у них отсутствует.

Что мы узнали?

Валентность показывает, сколько атомов может присоединить элемент посредством ковалентных связей. Значение валентности совпадает с количеством электронов на внешнем энергетическом уровне и соответствует номеру группы периодической таблицы, в которой находится элемент. Из-за возможности переходить в возбуждённое состояние большинство элементов имеют непостоянную валентность. Одинаковую валентность в любом состоянии сохраняют активные металлы и фтор.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда – пройдите тест.

  • Юлия Нестерова

    5/5

  • Сайлык Конгар

    5/5

  • Надежда Северина

    5/5

Оценка доклада

4.6

Средняя оценка: 4.6

Всего получено оценок: 471.


А какая ваша оценка?

Уровни энергии в Периодической таблице

••• BananaStock/BananaStock/Getty Images

Обновлено 24 апреля 2017 г.

Автор Corina Fiore

Периодическая таблица состоит из столбцов и строк. Количество протонов в ядре увеличивается при чтении таблицы Менделеева справа налево. Каждая строка представляет уровень энергии. Элементы в каждом столбце имеют схожие свойства и одинаковое количество валентных электронов. Валентные электроны — это количество электронов на внешнем энергетическом уровне.

Количество электронов

••• Томаш Вышоамирски/iStock/Getty Images

Количество электронов на каждом энергетическом уровне отображается в периодической таблице. Количество элементов в каждой строке показывает, сколько электронов требуется для заполнения каждого уровня. Водород и гелий находятся в первой строке или периоде периодической таблицы. Следовательно, на первом энергетическом уровне может быть всего два электрона. Второй энергетический уровень может иметь восемь электронов. Всего на третьем энергетическом уровне может быть 18 электронов. Четвертый энергетический уровень может иметь 32 электрона. Согласно принципу Ауфбау, электроны сначала заполняют самые низкие энергетические уровни и встраиваются в более высокие уровни только в том случае, если предыдущий энергетический уровень заполнен.

Орбитали

••• Роман Сигаев/iStock/Getty Images

Каждый энергетический уровень состоит из областей, известных как орбитали. Орбиталь — это область вероятности, в которой могут находиться электроны. Каждый энергетический уровень, кроме первого, имеет более одной орбитали. Каждая орбиталь имеет определенную форму. Эта форма определяется энергией, которой обладают электроны на орбите. Электроны могут перемещаться в любом месте внутри формы орбитали случайным образом. Характеристики каждого элемента определяются электронами на орбите.

S-орбиталь

••• Archeophoto/iStock/Getty Images

S-орбиталь имеет форму сферы. На каждом энергетическом уровне первой всегда заполняется s-орбиталь. Первые два столбца периодической таблицы известны как s-блок. Это означает, что валентные электроны для этих двух столбцов существуют на s-орбитали. Первый энергетический уровень содержит только s-орбиталь. Например, водород имеет один электрон на s-орбитали. Гелий имеет два электрона на s-орбитали, заполняющие энергетический уровень. Поскольку энергетический уровень гелия заполнен двумя электронами, атом стабилен и не реагирует.

P-орбиталь

••• carloscastilla/iStock/Getty Images

p-орбиталь начинает заполняться после заполнения s-орбитали на каждом энергетическом уровне. На каждый энергетический уровень приходится по три p-орбитали, каждая из которых имеет форму лопасти пропеллера. Каждая из p-орбиталей содержит два электрона, всего шесть электронов на p-орбиталях. Согласно правилу Хунда, каждая р-орбиталь каждого энергетического уровня должна получить один электрон, прежде чем получит второй электрон. Р-блок начинается с колонки, содержащей бор, и заканчивается колонкой благородных газов.

Орбитали D и F

••• agsandrew/iStock/Getty Images

Орбитали d и f очень сложны. На каждый энергетический уровень приходится пять d-орбиталей, начиная с третьего энергетического уровня. Переходные металлы составляют d-орбитали. На каждый энергетический уровень приходится семь f-орбиталей, начиная с пятого энергетического уровня. Лантанид и актинид составляют f-орбитали.

Статьи по теме

Об авторе

Корина Фиоре — писательница и фотограф, живущая в пригороде Филадельфии. Она получила степень бакалавра наук. получил степень бакалавра наук о Земле и космосе в Университете Вест-Честер в Пенсильвании. Фиоре преподавал естествознание в средней школе в течение 7 лет и провел несколько семинаров для учителей по методам обучения. Она работала штатным автором научных текстов и публиковалась в обзорных материалах Praxis для начинающих учителей.

Photo Credits

BananaStock/BananaStock/Getty Images

Энергетические уровни « KaiserScience

Электроны окружают ядро ​​атома в областях, называемых энергетическими уровнями.

Мы можем представить, что энергетические уровни имеют форму сфер.

Мы упростим это, нарисовав их в виде концентрических колец.

http://www2.astro.psu.edu/~mce/A010/lectures/lect09.html

Более реалистичное изображение: трехмерные сферы:

https://sites.google.com/site/sarafyeasascience /химия/энергетические модели

Позже мы узнаем, что энергетические уровни принимают фантастический набор форм, подобных этой, но пока опустим эти детали.

http://chemwiki.ucdavis.edu/Physical_Chemistry/Quantum_Mechanics/09._The_Hydrogen_Atom/Atomic_Theory/Electrons_in_Atoms/Electronic_Orbitals

Семейства (строки) — горизонтальные сечения периодической таблицы

Семейства соответствуют уровням энергии атомов

Атомы в первом ряду имеют один энергетический уровень.

Атомы во втором ряду имеют два уровня энергии и так далее.

http://slideplayer.com/slide/5665502/

______________________

Этот раздел взят из урока 4.3 Периодическая таблица и модели энергетического уровня: Американское химическое общество.

Большая точка в центре = ядро. Содержит как протоны, так и нейтроны.

Кольцо = энергетические уровни, на которых существуют электроны

Меньшие точки = электроны

http://www.middleschoolchemistry.com/lessonplans/chapter4/lesson3

Посмотрите периодическую таблицу. Какой атом представляет приведенная ниже модель?

Подсказка – посчитайте количество электронов!

http://www.middleschoolchemistry.com/lessonplans/chapter4/lesson3

________________________________________________

Каждый уровень энергии содержит определенное количество электронов.

Когда энергетический уровень заполнен, больше электронов заполняют позиции на следующем уровне.

http://www.middleschoolchemistry.com/lessonplans/chapter4/lesson4

Представьте, что люди занимают ряды стульев в аудитории. Если каждый человек сидит рядом с другим, пока не будет заполнен один ряд, все оставшиеся люди должны занять места во втором ряду и так далее.

Введите название

Электроны начинают заполняться с самого нижнего уровня (ближайшего к ядру), а затем переходят на более высокие уровни (дальше образуют ядро).

Не все энергетические уровни содержат одинаковое количество электронов.

В то время как первый энергетический уровень может содержать только 2 электрона, второй энергетический уровень может содержать 8, третий может содержать 18, а четвертый может содержать 32. На этом мы пока остановимся. Если мы вернемся к нашей аналогии с рядами стульев, то это будет так, как если бы первый ряд был короче второго, третьего или четвертого рядов, так что после 2 человек все оставшиеся люди должны были бы начать 9.0114 занимает второй ряд. Затем, если второй ряд был длиннее первого ряда (но короче третьего ряда), после того, как рассядутся еще 8 человек, все оставшиеся люди должны будут начать занимать третий ряд.

http://www.middleschoolchemistry.com/lessonplans/chapter4/lesson4

Продолжая нашу аналогию с посетителями театра как электронами, давайте посмотрим, как элемент натрия с его 11 электронами может заполнить эти энергетические уровни.

http://www.middleschoolchemistry.com/lessonplans/chapter4/lesson4

Поскольку натрий имеет 11 электронов, он заполняет первый энергетический уровень, который может содержать только 2 электрона. Он также заполняет второй энергетический уровень, потому что он может содержать только 8. Вместе первый и второй энергетические уровни могут содержать в общей сложности 10 электронов. Натрий имеет 11 электронов, поэтому последний оставшийся электрон, который не может быть размещен на первом и втором энергетических уровнях, начинает заполнять третий энергетический уровень. Эта закономерность обычно сохраняется для первых 18 элементов, вплоть до аргона, который имеет 18 электронов.

Энергетические уровни далее делятся на секции

Но начинается кое-что забавное, начиная с калия. Калий имеет 19 электронов. Поскольку первый, второй и третий энергетические уровни могут содержать в общей сложности 28 электронов (2 + 8 + 18 = 28), может показаться, что все электроны калия могут быть «посажены» на третьем энергетическом уровне. Однако оказывается, что хотя третий энергетический уровень имеет общую емкость 18, только 8 «мест» заполняются до того, как электроны начинают заполнять четвертый энергетический уровень. Таким образом, калий восполняет энергетические уровни следующим образом:

текст

Вау. Вау. Это безумие. Почему это происходит?
Это второе усложнение нашей аналогии с простыми стульями. Оказывается, помимо различных энергетических уровней (первого, второго, третьего и т. д.) каждый энергетический уровень дополнительно делится на секции, в которых могут находиться электроны.
По аналогии с первой строкой будет только одна секция. Второй ряд будет состоять из двух секций. В третьем ряду будет 3 секции, а в четвертом ряду — четыре секции.
Как видите, количество секций на энергетическом уровне равно количеству этого энергетического уровня.
Причина, по которой этот последний электрон из калия начинает заполнять четвертый энергетический уровень, а не продолжает заполнять третий энергетический уровень, заключается в том, что первая часть четвертого энергетического уровня на самом деле ближе (или при более низкой энергии), чем последняя часть третьего энергетического уровня. уровень энергии (последние 10 мест). Так что, действительно, наши стулья теперь выглядели бы примерно так

text

Признаться, это уже не очень похоже на ряды хари в зрительном зале, но идея та же. Электроны будут продолжать заполнять энергетические уровни, по одной секции за раз, пока все электроны не будут израсходованы. Когда одна секция следующего энергетического уровня на самом деле имеет меньшую энергию, чем следующая секция того же энергетического уровня, электроны начнут там заполняться. Это то, что мы изобразили на диаграмме для калия. Его последний электрон заполнил первую секцию на четвертом энергетическом уровне, потому что эта секция была на самом деле ближе (при более низкой энергии), чем последняя секция третьего энергетического уровня.
В конце концов, электроны продолжат заполнять пустую секцию на третьем энергетическом уровне. Идея — это именно то, что мы только что описали. Как ни странно, в некоторых случаях первый участок следующего энергетического уровня заполняется до того, как электроны продолжают заполнять последний участок предыдущего энергетического уровня.

В конце концов, электроны продолжат заполнять пустую секцию на третьем энергетическом уровне. Идея — это именно то, что мы только что описали. Как ни странно, в некоторых случаях первый участок следующего энергетического уровня заполняется до того, как электроны продолжают заполнять последний участок предыдущего энергетического уровня. Рассмотрим, например, элемент Железо. Его 26 электронов заполнили бы энергетические уровни следующим образом:

Вот это да! Так что же все это значит?
В основном это: понимание того, как электроны заполняют энергетические уровни, может помочь нам понять, почему в периодической таблице столько строк, сколько в ней. Каждую строку можно грубо рассматривать как начало нового энергетического уровня. По мере того, как мы продвигаемся по ряду, электроны заполняют энергетические уровни в секциях в соответствии с тем, где они могут находиться с наименьшей энергией. Таким образом, вместо того, чтобы строка продолжалась вечно, периодическая таблица начинает новую строку, что означает, что электроны в элементах в следующей строке начинают заполнять новый энергетический уровень.

___________________________

Упражнение: Поместите каждую карточку элемента с соответствующим атомом.

Получите Периодическую таблицу уровней энергии . Электроны нарисованы только для атомов в начале и конце каждого периода

Учитель раздает 80 карточек с элементами: по 4 для каждого из первых 20 элементов.
Каждый содержит информацию об электронах и энергетических уровнях.

Выясните, какой элемент описывает карта.

Положите карту на место в комнате для этого элемента.

Проверьте правильность размещения карт.

————————-

Проецируемое изображение содержит все электроны элементов 1–20. Однако периодическая таблица на листе активности содержит электроны только для элементов в начале и в конце каждого периода. Обсудите расположение электронов на энергетических уровнях этих атомов и предложите учащимся вписать электроны других атомов.

Примечание. На диаграммах энергетических уровней электроны распределены по уровню равномерно. В некоторых книгах они показаны разбросанными таким образом, а в некоторых — парами. Спаривание электронов предназначено для представления того, что электроны находятся на отдельных орбиталях в пределах каждого энергетического уровня. На уровне средней школы учащимся не обязательно изучать электронные орбитали. Эта информация предлагается для того, чтобы вам было понятнее, почему электроны часто изображаются парами на диаграммах энергетических уровней и на точечных диаграммах, используемых в качестве дополнения в конце этой главы. Орбиталь определяет область внутри энергетического уровня, где существует высокая вероятность обнаружения пары электронов. На каждой орбитали может находиться максимум два электрона. Вот почему электроны часто изображаются парами внутри энергетического уровня.

Скажите учащимся, что строки периодической таблицы называются периодами.

Период 1

Водород
Объясните, что водород имеет 1 протон и 1 электрон. 1 электрон находится на первом энергетическом уровне.
Гелий
Объясните, что у гелия 2 протона и 2 электрона. 2 электрона находятся на первом энергетическом уровне.

Период 2

Литий
Объясните, что у лития 3 протона и 3 электрона. На первом энергетическом уровне находятся 2 электрона, а на втором 1 электрон. Объясните, что на первом энергетическом уровне может быть только 2 электрона, поэтому следующий электрон в литии находится на следующем (втором) уровне.
Неон
Объясните, что у неона 10 протонов и 10 электронов. На первом энергетическом уровне находятся 2 электрона, а на втором 8 электронов.
Бериллий-фтор
Помогите учащимся указать правильное количество электронов на энергетических уровнях остальных атомов периода 2.

Период 3

Натрий
Объясните, что у натрия 11 протонов и 11 электронов. На первом энергетическом уровне находятся 2 электрона, на втором 8 электронов и 1 электрон на третьем энергетическом уровне. Объясните, что на втором энергетическом уровне может быть только 8 электронов, поэтому следующий электрон в натрии должен находиться на следующем (третьем) уровне.
Аргон
Объясните, что в аргоне 18 протонов и 18 электронов. На первом энергетическом уровне находятся 2 электрона, на втором 8 электронов и на третьем энергетическом уровне 8 электронов. Предложите учащимся заполнить модель энергетического уровня аргона в своей периодической таблице.
Магний–хлор
Помогите учащимся указать правильное количество электронов на энергетических уровнях остальных атомов в периоде 3.

Период 4

Калий
Объясните, что калий имеет 19 протонов и 19 электронов. На первом энергетическом уровне находятся 2 электрона, на втором 8 электронов, на третьем энергетическом уровне 8 электронов и на четвертом энергетическом уровне 1 электрон. Объясните, что после того, как на третьем энергетическом уровне будет 8 электронов, следующий электрон переходит на четвертый уровень.
Кальций
Помогите учащимся указать правильное количество электронов на энергетических уровнях кальция.

Примечание. Студенты могут задаться вопросом, почему энергетический уровень может содержать только определенное количество электронов. Ответ на этот вопрос выходит далеко за рамки нашего раздела: . Это включает в себя представление об электронах как о трехмерных волнах и о том, как они будут взаимодействовать друг с другом и с ядром.

Предложите учащимся найти закономерности в строках и столбцах первых 20 элементов периодической таблицы.

Продолжайте проецировать изображение Периодической таблицы энергетических уровней для элементов 1–20 и предложите учащимся просмотреть свои рабочие листы, чтобы найти закономерности в количестве электронов на каждом энергетическом уровне.

Предложите учащимся посмотреть на точки (пересекающиеся строки).

Количество энергетических уровней в каждом периоде

  • Атомы в первом периоде имеют электроны на 1 энергетическом уровне.
  • Атомы второго периода имеют электроны на 2 энергетических уровнях.
  • Атомы третьего периода имеют электроны на 3 энергетических уровнях.
  • Атомы четвертого периода имеют электроны на 4 энергетических уровнях.

Как электроны заполняют энергетические уровни

  • Первый энергетический уровень = 1, 2
  • Второй уровень энергии = 1, 2, 3, …8
  • Третий энергетический уровень = 1, 2, 3, …8
  • Четвертый энергетический уровень = 1, 2

Определенное количество электронов переходит на уровень, прежде чем на следующем уровне могут быть электроны. После того, как первый энергетический уровень содержит 2 электрона (гелий), следующие электроны переходят на второй энергетический уровень. После того, как на втором энергетическом уровне будет 8 электронов (неон), следующие электроны переходят на третий энергетический уровень. После того, как на третьем энергетическом уровне имеется 8 электронов (аргон), следующие 2 электрона переходят на четвертый энергетический уровень.

Примечание: Третий энергетический уровень может содержать до 18 электронов, поэтому он не заполнен, когда на нем 8 электронов. Но когда третий уровень содержит 8 электронов, следующие 2 электрона переходят на четвертый уровень. Затем, хотите верьте, хотите нет, еще 10 электронов продолжают заполнять оставшуюся часть третьего уровня. Студентам это знать не обязательно.

Предложите учащимся посмотреть на группы (столбцы идут вниз).

Скажите учащимся, что вертикальные столбцы периодической таблицы называются группами или семействами.

Попросите учащихся сравнить количество электронов на внешнем энергетическом уровне атомов в группе. Студенты должны понимать, что каждый атом в группе имеет одинаковое количество электронов на внешнем энергетическом уровне. Например, водород, литий, натрий и калий имеют по одному электрону на внешнем энергетическом уровне. Сообщите учащимся, что эти электроны на внешнем энергетическом уровне называются валентными электронами. Это электроны, ответственные за образование связи, которую учащиеся будут исследовать на следующем уроке.

Почему атомы в одном и том же столбце имеют одинаковое количество внешних (валентных) электронов?
Если подумать о том, как энергетические уровни заполняются электронами и как устроена периодическая таблица, то можно увидеть, как определенные атомы оказываются в одном столбце. Важным моментом в столбцах является то, что количество электронов на внешнем энергетическом уровне, называемом валентными электронами, будет одинаковым для всех элементов в этом столбце.
Периодическая таблица устроена таким образом, что первый электрон, перешедший на новый энергетический уровень, начинает новую строку в крайнем левом углу. Каждый новый ряд начинается после того, как на внешнем энергетическом уровне предыдущего ряда будет восемь электронов. Исключением является запуск второго уровня после того, как на первом уровне будет два электрона. Давайте еще раз посмотрим на график уровней энергии.

И затем, чтобы упростить чтение, во многих периодических таблицах не показаны все электроны; вместо этого они могут показывать только валентные электроны (ниже)

http://www.marin.edu/homepages/ErikDunmire/CHEM105/Concept_Review/LewisDot/LewisDot.html

 

Имея в виду эти принципы, вы можете понять, почему атомы в первом столбце, который содержит водород (H), литий (L), натрий (Na) и калий (K), имеют по одному электрону на внешнем энергетическом уровне. Во втором столбце бериллий (Be), магний (Mg) и кальций (Ca) имеют по два валентных электрона. Все атомы в колонке с бором (B) и алюминием (Al) имеют три валентных электрона. Атомы в колонке с углеродом (C) и кремнием (Si) имеют четыре валентных электрона.

Оставить комментарий