EFNAFRÆÐI
ATÓMIN
Atóm er grundvallareining efna. Þau eru minnsta eining allra efna samkvæmt kenningu Daltons en er það samsett úr þremur megin öreindum. Öreindirnar eru róteindir (P+), nifteindir (n°) og rafeindir (e-). Róteindirnar og nifteindirnar eru í kjarna atómsins og kallast þær kjarnaeindir. Þær eru þétt saman í kjarnanum. Róteindirnar eru plúshlaðnar (+1) en nifteindirnar hafa enga hleðslu. Rafeindir snúast umhverfis kjarnann á miklum hraða og eru þær neikvætt hlaðnar (-1).
Nær allur massi hvers atóms er í kjarnanum.
Atómin eru óhlaðin ef fjöldi róteinda og rafeinda er jafn. Hleðslur sem hafa andhverf formerki laðast hvort að öðru en þegar þau hafa sömu formerki ýta þau for annarri frá sér sem útskýrir það hvernig atómið helst saman.
FRUMEFNI OG LOTUKERFIÐ
Lotukerfið er kerfisbundin uppröðun á 92 frumefnum sem finnast í náttúrunni ásamt nærri 20 annarra efna framleidd á rannsóknarstofum.
Frumefni er samsafn fjölda atóma sömu gerðar
Öllum frumefnum er raðað upp í lotukerfinu eftir ákveðnum reglum. Lotukerfið geymir ýmsar mikilvægar upplýsingar en eru þau ólík af samsetningu með tilliti til þess hvaða upplýsingar koma fram.
Í lotukerfinu er hverju frumefni gefið tákn sem er annað hvort einn stór stafur eða einn stór og annar lítill t.d. hefur vetni táknið H en klór táknið Cl.
Lotukerfinu er skipt upp í lotur sem eru lesnar lárétt frá 1-7 og því er einnig skipt upp í flokka sem eru lesnir lóðrétt frá 1-18. Aðalflokkar eru flokkar 1-2 og 13-18 en flokkar 3-12 eru hliðarmálmar. Einnig er flokkur frumefna sem er hafður undir lotukerfinu sem kallast innri hliðarmálmar. Þau efni sem eru saman í flokk hafa svipaða efnafræðilega eiginleika.
Lotukerfið samanstendur af þremur meginhópum frumefna: málmum, málmleysingjum og málmungum.
Málmar eru allir á föstu formi við stofuhita nema kvikasilfur sem er vökvi. Málmarnir hafa skínandi áferð og leiða auðveldlega varma og rafstraum.
Ellefu málmleysingjar í lotukerfinu eru gös við stofu hita H2, He, N2, O2, F2, Ne, Cl2, Ar, Kr, Xe, Rn. Sum þeirra efna finnast aðeins sem tvíatóma sameindir í náttúrunni eins og O2, N2 og Cl2 (hér á 2 að sjálfsögðu að vera í lágskrift). Fimm efna af málmleysingjunum eru á föstu formi sem eru kristallar. Þeir eru bæði harðir og brothættir. Síðan er eitt þeirra efna (bróm) vökvi.
Málmleysingjar leiða illa eða engan rafstraum eða varma.
Málmungarnir samanstanda af B, Si, Ge, As, Sb, Te og At. Þeir hafa blöndu af eiginleikum málma og málmleysingja.
Mörg frumefni sýna svipaða efnafræðilega eiginleika svo sem hvarfgirni. Hvarfgirni lýsir því hversu kröftulega efni ganga í efnasamband við önnur efni. Sum frumefni eru mjög hvarfgjörn á meðan önnur eru mjög óhvarfgjörn.
Í lotukerfinu er frumefnum raðað upp eftir hækkandi sætistölu. Sætistalan ræðast af fjöld róteinda sem eru í kjarna atóms hvers frumefnis.
SÆTISTÖLUR, MASSATÖLUR OG SAMSÆTUR
Hvert atóm hvers frumefnis hefur alltaf sama fjölda róteinda í kjarna. Ef fjöldi róteinda er breytt hefur frumefninu verið breytt í annað frumefni.
Fjöldi rafeinda og nifteinda getur verið breytilegur í atómum sama frumefnis án þess að það hafi einhver áhrif.
Í lotukerfinu er öllum frumefnum raðað eftir fjölda róteinda frá 1-115 og er frumefnunum gefin númer samkvæmt fjölda róteinda. Númer hvers frumefnis kallast sætistala og felur hún í sér upplýsingar um bæði fjölda róteinda og rafeinda. Sem dæmi þá hefur kolefni sætistöluna 6 þegar það er óhlaðið sem þýðir að það sé með 6 róteindir í kjarna og 6 rafeindir umhverfis sig.
Fjöldi nifteinda í atómi hvers frumefnis er stundum breytilegur þótt oftast sé fjöldi nifteinda sá sami og fjöldi róteinda. Sum atóm sama frumefnis hafa ólíkan massa vegna þess að fjöldi nifteinda getur verið breytilegur. Atóm sama frumefnis sem hafa ólíkan fjölda nifteinda kallast samsætur
Massatala atóma er samanlagður fjöldi róteinda og nifteinda.
Atómmassi
Atómmassa má reikna með því að margfalda massa öreindanna með fjölda þeirra í tilteknu atómi.
SKAMMTATÖLUR
Rafeindir raða sér upp utan um kjarnann í skömmtum og hver rafeind tilheyrir ákveðnum stað sem er sett fram í hvolfum, undirhvolfum og svigrúmum. Skammtatölurnar eru fjórar og lýsa þær rafeindaskipan allra atóma. Þær lýsa orkuástandi hverrar rafeindar og lögun svigrúmsins sem þær eru í.
Aðalskammtatalan er táknum með n og lýsir hún því hvolfi rafeindirnar liggja innan. Aðalskammtatalan getur verið allar jákvæðar heilartölur en ekki 0.
Aukaskammtatalan er táknum með L og lýsir hún undirhvolfum innan hvers hvolfs. Hún ákvarðar lögun undirhvolfsins sem rafeindir liggja innan. L tekur gildi frá 0 upp í n-1.
Ef aukaskammtatalan er 0 er undirhvolfið kallað s
Ef aukaskammtatalan er 1 er undirhvolfið kallað p
Ef aukaskammtatalan er 2 er undirhvolfið kallað d
Ef aukaskammtatalan er 3 er undirhvolfið kallað f
Segulskammtatalan er táknuð með ML og ákvarðar svigrúm sem rafeindirnar liggja innan og stefnu svigrúmanna úr frá kjarnanum. Gildi þeirra eru heilartölur frá -L til +L
Spunaskammtatalan er táknuð með Ms og ákveður spuna rafeindar. Hún getur verið -1/2 eða +1/2.
Skammtatölurnar n, L og ML lýsa atómasvigrúmunum.
Hvert svigrúm rúmar aðeins tvær rafeindir með andhverfan spuna.
LÖGUN SVIGRÚMA
Lögun og stefna svigrúms ákvarðast af líkindum á að finna rafeind á tilteknu svæði umhverfis kjarnann.
S-svigrúm: líkindasvæði þess er kúlulaga og stækka þau eftir því sem aðalskammtatalan hækkar.
P-svigrúm: Segulskammtatölurnar eru þrjár og hafa öll þrjú p-svigrúmin jafnháa orku. Lögun hvers svigrúms er eins og stundaglas.
d-svigrúm: d-svigrúmin eru fimm þar sem d-undirhvolfið hefur fimm segulskammtatölur. Lögun d-svigrúmanna er ólík lögun s- og p- svigrúmanna innbyrgðis.
Orkustaða allra undirhvolfa innan hvolfs er sú sama en þegar fleiri rafeindir raða sér inn í þessi undirhvolf breytist orka undirhvolfanna þannig að s- undirhvolf hefur lægstu orkuna, p-undirhvolfið hærri orku og d-undirhvolfið þá hæstu
S < p < d < f
RAFEINDASKIPAN ATÓMS
Lotukerfið skiptist upp í eftirfarandi blokkir
Flokkar 1-2 eru s-blokk
Flokkar 3-12 eru d-blokk
Flokkar 13-18 eru p-blokk
Innri hliðarmálmar eru f-blokk
Gildisrafeindir
Rafeindirnar sem fylla s- og p-svigrúmin á ysta hvolfi atóms kallast gildisrafeindir en hvolfið sem svigrúmin eru innan kallast gildishvolf. Gildisrafeindir s og p-svigrúma á gildishvolfunum eru þær rafeindir sem taka þátt í efnafræðilegum breytingum þegar efnahvörf eiga sér stað.
Lewis myndir
Efnafræðingurinn Gilbert N. Lewis setti fram mjög einfaldan rithátt til þess að tákna gildisrafeindir umhverfis atóm frumefnanna. Sá ritháttur kallast Lewis táknun atómsins.
Til að tákna hverja gildisrafeind er settur einn punktur umhverfis tákn frumefnisins. Fyrst er settur einn punktur á einhverja hlið táknsins, næsta rafeind fær punkt á annari hlið þar til einn punktur er á hverri hlið. Ef gildisrafeindirnar eru fleiri en 4 er haldið áfram og annar punktur settur við hliðina á þeim fyrri. Gildisrafeindirnar geta þó ekki orðið fleiri en 8 fyrir hvert frumefni.
Áttureglan
Atóm frumefnanna í aðalflokkum lotukerfisins leitast við að gangast undir efnahvörf sem gefa þeim sömu rafeindaskipan og næsta eðallofttegund. Þar sem allar eðallofttegundir nema He hafa 8 gildisrafeindir er þetta nefnt áttureglan.
JÓNUNARORKA
Jónunarorka er lágmarksorka sem þarf til að fjarlægja rafeind frá atómi.
Þegar katjónir (jónir með jákvæða hleðslu) myndast hafa atómin misst frá sér rafeindir.
Hver töpuð rafeind á sína eigin jónunarorku. Atóm eiga því margar jónunarorkur eftir því hversu margar rafeindir eru í atóminu.
Þar sem það þarf orku til þess að taka rafeind er orka rituð sem hvarfefni í efnajöfnunni.
RAFEINDASÆKNI
Rafeindasækni er sú orkubreyting sem á sér stað þegar rafeind er bætt við einangrað atóm á gasformi þannig að það myndi anjón.
Rafeindasækni atóma hefur mestu áhrifin á myndun anjóna (neikvætt hlaðinna jóna).
Rafeindasækni er samt ekki andhverfan af jónunarorkunni.
