Ainete struktuur on inimesi huvitanud sellest ajast, kui tekkis võimalus mitte muretseda toidu pärast ja uurida ümbritsevat maailma. Sellised nähtused nagu põuad, üleujutused, välk, hirmunud inimkond. Nende seletuste teadmatus tekitas usku mitmesugustesse kurjadesse jumalatesse, kes nõuavad ohvreid. Seetõttu hakkasid inimesed uurima loodusnähtusi, püüdes neid ennustada ja süvenema ainete struktuuri. Nad uurisid aatomi ehitust ja tutvustasid keemias kahte olulist mõistet: energiatase ja alamtase.
Väikseimate kemikaalide avastamise eeldused
Muistsed kreeklased arvasid aineid moodustavate väikeste osakeste kohta. Nad tegid kummalise avastuse: marmorist astmed, mida paljud inimesed on mitme aastakümne jooksul läbinud, on muutnud oma kuju! Sellest jõuti järeldusele, et minevikujalam võtab mõne kivitüki endaga kaasa. See nähtus ei mõista kaugeltki energiataseme olemasolu keemias, vaid täpselt koossee kõik algas. Teadus hakkas järk-järgult arenema ja süvenema keemiliste elementide ja nende ühendite struktuuri.
Aatomi ehituse uurimise algus
Aatom avastati 20. sajandi alguses elektrikatsete kaudu. Seda peeti elektriliselt neutraalseks, kuid sellel olid positiivsed ja negatiivsed koostisosad. Teadlased tahtsid välja selgitada nende leviku aatomi sees. Pakuti välja mitu mudelit, millest üks kandis isegi nime "rosinakukkel". Briti füüsik Ernest Rutherford viis läbi katse, mis näitas, et positiivne tuum asub aatomi keskel ja negatiivne laeng on selle ümber tiirlevates väikestes elektronides.
Energiataseme avastamine keemias oli suur läbimurre ainete ja nähtuste struktuuri uurimisel.
Energitustase
Kemikaalide omaduste uurimise käigus selgus, et igal elemendil on oma tasemed. Näiteks hapnikul on üks struktuuriskeem, lämmastikul aga hoopis teine, kuigi nende aatomite arv erineb vaid ühe võrra. Mis on siis energiatase? Need on elektronidest koosnevad elektroonilised kihid, mis tekivad nende erineva tõmbetugevuse tõttu aatomituuma suhtes. Mõned on lähemal, teised aga kaugemal. See tähendab, et ülemised elektronid "pressivad" alumistele.
Energiatasemete arv keemias on võrdne perioodi arvuga D. I. Mendelejevi perioodilises tabelis. Suurim elektronide arv, mis on antud energiatasemel, määratakse järgmise valemiga: 2n2, kus n on taseme number. Seega ei saa esimesel energiatasemel asuda rohkem kui kaks elektroni, teisel mitte rohkem kui kaheksa, kolmandal kaheksateist jne.
Iga aatomi tase on oma tuumast kõige kaugemal. See on äärmuslik ehk viimane ja seda nimetatakse väliseks energiatasemeks. Peamiste alarühmade elementide elektronide arv sellel on võrdne rühma numbriga.
Aatomi ja selle energiatasemete diagrammi koostamiseks keemias peate järgima järgmist plaani:
- määrake antud elemendi aatomi kõigi elektronide arv, mis on võrdne selle seerianumbriga;
- määrake energiatasemete arv perioodi numbri järgi;
- määrake elektronide arv igal energiatasemel.
Vt allpool näiteid mõne elemendi energiataseme kohta.
Energia alamtasemed
Aatomites on lisaks energiatasemetele ka alamtasandid. Igal tasandil, sõltuv alt sellel olevate elektronide arvust, täidetakse teatud alamtasandid. Alamtaseme täitmise järgi eristatakse nelja tüüpi elemente:
- S-elemendid. Täidetud on s-alatasandid, mis ei saa sisaldada rohkem kui kahte elektroni. Need hõlmavad iga perioodi kahte esimest üksust;
- P-elemendid. Nendes elementides ei tohi p-alamtasandil asuda rohkem kui kuus elektroni;
- D-elemendid. Siia kuuluvad suurte perioodide (kümnendite) elemendid, mis paiknevad s- ja vahelp-elemendid;
- F-elemendid. F-alataseme täitumine toimub kuuendal ja seitsmendal perioodil paiknevates aktiniidides ja lantaniidides.
