Το κεφάλαιο της ηλεκτρονιακής δόμησης και του Περιοδικού Πίνακα είναι το λιγότερο ενδιαφέρον από τα συνολικά τρία που είναι στην ύλη της Χημείας Γ΄  λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης. Στη προσπάθεια μου να το κάνω περισσότερο ενδιαφέρον χρησιμοποιώ ένα μοντέλο το οποίο έχω παρατηρήσει ότι οι μαθητές το βρίσκουν αρκετά διασκεδαστικό  και ταυτόχρονα παραγωγικό.

Ο υποθετικός Νομός: Περιοδικός Πίνακας empty periodicψ table copy

Φανταστείται σε μια υποθετική χώρα (Χημεία) υπάρχει ένας υποθετικός νομός, ο Περιοδικός Πίνακας, με 118 δήμους (Τα 118 στοιχεία του περιοδικού πίνακα). Στους δήμους αυτούς οι κάτοικοι (ηλεκτρόνια ) δεν μένουν σε σπίτια αλλά  ΜΟΝΟ σε κάποιες αλυσίδες ξενοδοχείων τα οποία υπάρχουν σε κάθε δήμο και διαμένουν οι κάτοικοι. Σε κάθε Δήμο υπάρχουν 7 ξενοδοχεία και μόνο αυτά. Τα ξενοδοχεία που έχει κάθε δήμος είναι:

  • Ξενοδοχείο Κ (Το πρώτον)
  • Ξενοδοχείο L (Ο διπλός λοβός)
  • Ξενοδοχείο Μ (Το αργό)
  • Ξενοδοχείο Ν ( Η μετάπτωση)
  • Ξενοδοχείο Ο
  • Ξενοδοχείο P ( Λανθάνιο)
  • Ξενοδοχείο Q (Το ακτινίδιο)

Στον υποθετικό αυτόν κόσμο οι άνθρωποι είναι τα ηλεκτρόνια. Τα ηλεκτρόνια με spin προς τα πάνω είναι οι άντρες ενώ με spin προς τα κάτω είναι οι γυναίκες. Κάθε δήμος έχει τα παραπάνω ξενοδοχεία στα οποία όλοι οι κάτοικοι μένουν σε αυτά.

Για παράδειγμα: 

Δήμος Νατρίου: (11Να) :  Ο Δήμος Νατρίου (το άτομο του Na) έχει 11 κατοίκους (ηλεκτρόνια) οι οποίοι μένουν όλοι στα ξενοδοχεία (στιβάδες). Είπαμε σε αυτούς δήμους δεν υπάρχουν σπίτια παρά μόνο τα ξενοδοχεία.

Δήμος Σιδήρου: (26Fe) :   Ο Δήμος Σιδήρου έχει 26 κατοίκους (ηλεκτρόνια) οι οποίοι μένουν στα ξενοδοχεία (στιβάδες)

Χώρα Χημεία
Νομός Περιοδικός Πίνακας
Δήμος Άτομο στοιχείου
Ξενοδοχεία Στιβάδες
Ηλεκτρόνια Κάτοικοι

Σε ποια ξενοδοχεία όμως μένουν οι 11 κάτοικοι του Δήμου Νατρίου και σε ποια οι κάτοικοι του Δήμου Σιδήρου;;

Στην Α΄ Λυκείου οι μαθητές  έμαθαν να βάζουν τους κατοίκους κάθε δήμου (ηλεκτρόνια) στα ξενοδοχεία (στιβάδες)

Έτσι για το Να: Κ(2) L(8) M (1)

Δηλαδή στο ξενοδοχείο Κ μένουν  2 κατοίκοι, το ξενοδοχείο L φιλοξενεί  8 κατοίκους κ.ο.κ.

Στη Γ΄ Λυκείου η τοποθέτηση των κατοίκων δεν εστιάζεται μόνο στα ξενοδοχεία. Αυτό έγινε στην Α ΄ Λυκείου. Εκτός από τα ξενοδοχεία οι μαθητές καλούνται να τοποθετήσουν τους κατοίκους κάθε δήμου σε όροφους στο εκάστοτε ξενοδοχείο (υποστιβάδες) και σε δωμάτια (τροχιακά).
Ξενοδοχεία Στιβάδες
Όροφος Υποστιβάδα
Τροχιακό Δωμάτιο
Ηλεκτόνιο ms = 1/2 Άντρας
Ηλεκτόνιο ms = -1/2 Γυναίκα

Οι κάτοικοι κάθε ξενοδοχείου σε ποιους ορόφους μένουν και σε ποια δωμάτια;;;;

Για να απαντηθεί αυτό το ερώτημα πρέπει να σημειωθεί ότι ιδιοκτήτες ΟΛΩΝ των ξενοδοχείων είναι τρεις μεγαλοεπιχειρηματιές.

P

Αριστερά: Pauli, Δεξιά: Ηund

Ο πουριτανός Pauli

H  γυναίκα με το αστείο ονοματεπώνυμο Ελάχιστη Ενέργεια

και ο Hund

Οι ιδιοκτήτες λοιπόν δεχόμενοι στα ξενοδοχεία τους (Στιβάδες) τους κατοίκους (ηλεκτρόνια) αποφάσισαν να βάλουν κάποιους κανόνες για να κυλήσουν όλα ομαλά στη διαμονή των κατοίκων.

Οι κανόνες είναι οι εξής:

Απαγορευτική αρχή του Pauli: Κάθε δωμάτιο θα έχει το πολύ 2 κατοίκους. Επίσης δε γίνεται στο ίδιο δωμάτιο να μένουν  2 άντρες ή 2 γυναίκες. Δηλαδή κάθε δωμάτιο θα έχει ή έναν άντρα ή μια γυναίκα ή έναν άντρα και μια γυναίκα. (Είναι αρκετά συντηρητικός ο Pauli)

Αρχή της Ελάχιστης Ενέργειας: Κατα τη τοποθέτηση των κατοίκων σε ορόφους στα ξενοδοχεία πρέπει να γεμίζουν οι κάτω όροφοι και μετά σταδιακά να μπένουν κάτοικοι και στους παραπάνω ορόφους. 

Κανόνας Hund: Κάτοικοι που διαμένουν στον ίδιο όροφο ενός ξενοδοχείου θα μένουν κατά προτίμηση σε ξεχωριστά δωμάτια ενώ ιδανικό θα ήταν κάθε όροφος να έχει μόνο άνδρες ή μονο γυναίκες.

Επίσης η αρχιτεκτονική σχεδίαση των ξενοδοχείων είναι κάπως περίεργη. Κανείς δεν ξέρει γιατι. Σε όλα τα ξενοδοχεία το ισόγειο έχει μόνο ένα δωμάτιο, ο πρώτος όροφος έχει τρία δωμάτια, ο δεύτερος όροφος έχει πέντε δωμάτια και ο τρίτος όροφος έχει επτά δωμάτια. Φυσικά και υπάρχουν υψηλότεροι ορόφοι  άλλα δε θα ασχοληθούμε σε επίπεδο Γ΄ Λυκείου.
Όροφος Υποστιβάδα Κάτοικοι
Ισόγειο s 2
Πρώτος όροφος p 6
Δεύτερος όροφος d 10
Τρίτος όροφος f 14

Ας δούμε λοιπόν πως θα τοποθετηθούν οι 7 κάτοικοι του Δήμου Αζώτου σε ξενοδοχεία, ορόφους και δωμάτια.

Οι πρώτοι 2 κάτοικοι (άντρας και γυναίκα) θα μείνουν στο ξενοδοχείο Κ και φυσικά στο 1ο όροφο μιας και το ξενοδοχείο αυτό δεν έχει άλλους ορόφους. Επίσης θα μείνουν στο ίδιο δωμάτιο μιας και το ξενοδοχείο Κ έχει μόνο ένα δωμάτιο. ( Η στιβάδα Κ έχει μία υποστιβάδα και ένα τροχιακό).

Οι υπόλοιποι θα μείνουν στο ξενοδοχείο L. Από τους πέντε κατοίκους οι πρώτοι δύο θα πάμε στο ισόγειο στο μοναδικό δωμάτιο, αφου πρέπει πρώτα να γεμίσει το ισόγειο, και οι υπόλοιπο τρεις οι οποίοι είναι άντρες θα μείνουν στα τρία ξεχωριστά δωμάτια του 1ου ορόφου.

Η ηλεκτρονιακή δομή για το 7Ν είναι 1s2 2s2 2p3

Φυσικά και το μοντέλο αυτό έχει τα προβλήματα του. Δεν εξηγεί για παράδειγμα την αλλαγή ενέργειας 3d 4s μετά την συμπλήρωση της υποστιβάδας 4s. Έχω παρατηρήσει όμως, ότι βοηθάει τους μαθητές σε αρχικό επίπεδο στην ηλεκτρονιακή δόμηση αλλά κυρίως σπάει έστω και λίγο τη μονοτονία του κεφαλαίου.

Ιωάννης Καλαμαράς

Διδάκτωρ Χημικός

 

 

 

About the Author
Δρ Ιωάννης Σ. Καλαμαράς


Χημικός Διδάκτωρ Πανεπιστημίου Πατρών

  • Γαρυφαλλιά Λαθούρη

    Κορυφαίο…

  • Vasios

    Πάρα πολύ ενδιαφέρον

  • ΒΥΡΩΝ

    Πολύ ενδιαφέρον και πρωτότυπο!