Alkuaineiden elektronirakenne ja jaksolliset ominaisuudet
Seuraava opintokokonaisuus osoittaa oppilaalle aineen fysikaaliset ominaisuudet ja niiden siirtymisen kohti tieteidenvälistä tietämystä. Tällainen tutkimus antaa tutkijalle valmiudet löytää kemialliset ominaisuudet ja muuttumattomat luonnonlait, jotka koskevat aineen luokittelua alkuaineryhmiin. Tämä saavutetaan tarkkailemalla ei ainoastaan makromekaanisia ominaisuuksia, vaan myös eri alkuaineryhmille ominaisia yhtenäisiä reaktiivisuuspotentiaaleja.
Sähkömagneettinen energia
Tämän esityksen päätteeksi oppilaalla on valmiudet: Selvittää aaltojen perusluonteinen käyttäytyminen ja erottaa selvästi toisistaan väliaineessa etenevät aallot ja seisovat aallot. Selostaa valon aaltomainen luonne ja tunnistaa sen luonne aaltomaisena häiriönä. Käyttää tarvittavia matemaattisia kaavoja valoaaltojen ominaisuuksien, kuten jaksonajan, taajuuden, aallonpituuden ja energian, määrittämiseen. Erottaa tarkasti toisistaan viivaemissiospektrien ja jatkuvien spektrien ulkoasu. Hahmotella valon hiukkasmainen luonne ja havainnoida sen käyttäytymistä erillisten korpuskulien eli hiukkasten virtana.
Bohrin malli
Tämän esityksen päätteeksi oppilaalla on valmiudet: Kuvailla vetyatomin Bohrin malli ja tunnistaa vallankumouksellinen käsite elektroneista, jotka kiertävät ydintä kiinteillä ”stationäärisillä” radoilla. Käyttää Rydbergin yhtälöä laskemaan valon tarkat energiat ja aallonpituudet, joita joko vapautuu tai sitoutuu, kun elektroni hyppää näiden taivaankappaleiden ratoja muistuttavien tasojen välillä.
Kvanttiteorian kehitys
Tämän luvun päätteeksi oppilaalla on valmiudet: Laajentaa merkittävä aalto–hiukkanen-dualismin käsite – jota tähän asti on havaittu sähkömagneettisessa säteilyssä – koskemaan itse materiaa ja tunnustaa, että jopa kiinteillä hiukkasilla on aaltomainen luonne. Sisäistää elektronien kvanttimekaanisen kuvauksen yleiset periaatteet, joissa atomi määritellään kolmiulotteisilla aaltofunktioilla eli orbitaaleilla, jotka rajaavat elektronin löytymistodennäköisyyden tietyssä avaruuden osassa. Luetella ja kuvailla neljän kvanttiluvun ominaisuudet, jotka toimivat välttämättöminä koordinaatteina elektronin tilan täydellisessä määrittelyssä atomirakenteessa.
Atomien elektronirakenne (Elektronikonfiguraatiot)
Tämän esityksen päätteeksi oppilaalla on valmiudet: Johtaa atomien ennustetut perustilan elektronikonfiguraatiot käyttämällä Aufbau-periaatetta eri kuorien ja alakuorien täyttämiseen. Tunnistaa ja selittää tietyille atomeille ja ioneille ominaiset mielenkiintoiset poikkeukset ennustetuista konfiguraatioista ja tunnistaa kohdat, joissa luonnonlait näyttävät poikkeavan säännöstä stabiilisuuden saavuttamiseksi. Yhdistää nämä elektronikonfiguraatiot alkuaineiden laajempaan luokitteluun jaksollisessa järjestelmässä ja havainnoida, kuinka atomin arkkitehtuuri määrää sen paikan siinä.
Alkuaineiden ominaisuuksien jaksolliset vaihtelut
Tämän esityksen päätteeksi oppilaalla on valmiudet: Kuvailla ja selittää havaitut suuntaukset atomikoossa, ionisaatioenergiassa ja elektroniaffiniteetissa sekä tunnistaa näiden fysikaalisten ominaisuuksien jaksollinen luonne.