לימוד

מגמות מחזוריות

התשובה המרכזית. זהו מושג יסודי המקשר בין מה שאפשר לצפות ולמדוד לבין המנגנון שמסביר אותו. מתחילים בהגדרה, ואז בודקים איזו גודל משתנה ואילו תנאים שולטים בתוצאה.

מגמות מחזוריות r lower-left; IE1 and chi upper-right. LiBeBC NOFNe NaMgAlSi PSClAr IE₁ · χ r r : ↙ IE₁ : ↗ χ : ↗

איך המנגנון פועל?

זהו מושג יסודי המקשר בין מה שאפשר לצפות ולמדוד לבין המנגנון שמסביר אותו. מתחילים בהגדרה, ואז בודקים איזו גודל משתנה ואילו תנאים שולטים בתוצאה.

מגמות מחזוריותZ_eff ↑ ; n ↑

הקשר המרכזי

הקשר שלמעלה מרכז את הרעיון העיקרי. לפני הצבת מספרים יש לזהות את משמעות כל סמל ואת היחידות, כדי שחישוב נכון לא יוביל לפרשנות פיזיקלית שגויה.

חשיבה דרך דוגמה

בדוגמה מעשית מפרידים בין הנתונים הידועים, הגודל המבוקש והיחידות. לאחר החישוב בודקים סימן, סדר גודל והאם התוצאה סבירה מבחינה מדעית.

Z_eff ↑ ; n ↑

בדוגמה מעשית מפרידים בין הנתונים הידועים, הגודל המבוקש והיחידות. לאחר החישוב בודקים סימן, סדר גודל והאם התוצאה סבירה מבחינה מדעית.

מגבלות וזהירות

מודלים ומשוואות מפשטים את המציאות. יש לבדוק את תנאי התוקף ואת ההנחות; כאשר התנאים משתנים, אותה נוסחה לא תמיד מתאימה.

בדיקה מהירה

① הקשר שלמעלה מרכז את הרעיון העיקרי. לפני הצבת מספרים יש לזהות את משמעות כל סמל ואת היחידות, כדי שחישוב נכון לא יוביל לפרשנות פיזיקלית שגויה.

② מודלים ומשוואות מפשטים את המציאות. יש לבדוק את תנאי התוקף ואת ההנחות; כאשר התנאים משתנים, אותה נוסחה לא תמיד מתאימה.

המגמות המחזוריות נובעות מן התחרות בין מטען גרעיני, סיכוך ומרחק

לאורך מחזור מספר הפרוטונים עולה והאלקטרונים מתווספים בקירוב לאותה קליפה ראשית. הסיכוך הנוסף אינו מבטל לחלוטין את העלייה במטען הגרעיני, ולכן המטען הגרעיני האפקטיבי על אלקטרוני הערכיות גדל. כתוצאה מכך הרדיוס האטומי נוטה לקטון משמאל לימין, ואנרגיית היינון והאלקטרושליליות נוטות לעלות.

במורד קבוצה מתווספת קליפה ראשית חדשה, המרחק מן הגרעין גדל והסיכוך מתחזק. לכן האטומים נעשים בדרך כלל גדולים יותר ואנרגיית היינון והאלקטרושליליות יורדות. אלה מגמות ולא קווים חלקים; פרטי אכלוס תת-הקליפות וזיווג אלקטרונים יוצרים חריגות אמיתיות.

למשל, אנרגיית היינון הראשונה של Al נמוכה מזו של Mg אף ש-Z גבוה יותר, משום שהאלקטרון המוסר מ-Al נמצא ב-3p, גבוה יותר באנרגיה מאלקטרון 3s ב-Mg. חריגות אחרות מופיעות כאשר מתחיל זיווג באורביטלי p. החריגה אינה מפריכה את המגמה אלא חושפת את מקור המגמה במבנה האלקטרוני.

גם גדלי יונים מצייתים להיגיון קשור: קטיון קטן בדרך כלל מאטום האם ואניון גדול ממנו. בסדרה איזואלקטרונית כגון O²⁻, F⁻, Ne, Na⁺, Mg²⁺, הרדיוס נוטה לקטון כאשר Z גדל משום שאותו מספר אלקטרונים נמשך לגרעין טעון יותר.

מגמות מחזוריות — IE₁ · Na–Ar IE1 values across period 3. IE₁ · Na–Ar kJ·mol⁻¹ 4007001000 13001600 496738578787 1012100012511521 NaMgAlSi PSClAr Mg 3s² | Al 3s²3p¹ P 3p³ | S 3p⁴

תרגילים פתורים

מי גדול יותר בדרך כלל במחזור 3, Na או Cl?

פתרון: Na. לאורך המחזור המטען הגרעיני האפקטיבי עולה ולכן הענן האלקטרוני מתכווץ.

מדוע IE₁ של Al יכולה להיות נמוכה משל Mg?

פתרון: ב-Al מוסר אלקטרון 3p בעל אנרגיה גבוהה יותר, ואילו ב-Mg מוסר אלקטרון 3s.

מי אלקטרושלילי יותר, F או I?

פתרון: F. במורד קבוצת ההלוגנים גדלים המרחק והסיכוך ולכן משיכת אלקטרוני הקשר נחלשת יחסית.