Konfiguracja elektronowa atomu

Transkrypt

1 Konfiguracja elektronowa atomu ANALIZA CHEMICZNA BADANIE WŁAŚCIWOŚCI SUBSTANCJI KONTROLA I STEROWANIE PROCESAMI TECHNOLOGICZNYMI Właściwości pierwiastków - Układ okresowy Prawo okresowości Mendelejewa (869) Właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków, zależą od masy atomowej i zmieniają się w sposób okresowy.

2 PRAWO OKRESOWOŚCI MENDELEJEWA (869) 8Ar 9K 39,9 39, 7Co 8Ni 58,9 58,7 5Te 53I 7,6 6,9 90Th 9Pa 3,0 3,0 PRAWO MOSELEYA (93) (/λ) / k ( Z a) Z Właściwości pierwiastków są funkcją liczby atomowej (Z) Właściwości pierwiastków determinowane są konfiguracją elektronową atomów tych pierwiastków

3 Konfiguracja elektronowa atomu to zapis kwantowanej energii elektronów w atomie ZASADA PRZYCZYNOWOŚCI: Jeśli znany jest stan elementu materii w pewnej chwili, to tym samym określone są wszystkie jego stany wcześniejsze i późniejsze ZASADA NIEOZNACZONOŚCI: Nie można równocześnie określić z dowolną dokładnością zmiany położenia (Δy) i zmiany pędu (Δp) cząstki elementarnej

4 Równanie Plancka: Korpuskularno-falowe właściwości elektronów Równanie de Broglie`a (94) dla fotonu: E E h Równanie Einsteina: Właściwości falowe Właściwości korpuskularne h c mc c h mc Równanie fal materii de Broglie`a: Jaka jest długość fali: a) Elektronów o masie 9, 0-3 kg i prędkości v = 5,90 7 m s - b) Piłeczki o masie 45 g i prędkości v = 30m s ,650 J s 34 0,045kg30m s 4,9 0 m mc h p h m v 34,650 J s 3 7 9,0 kg5,9 0 m s h mc Jak doświadczalnie wykazać właściwości falowe elektronów? h 6, 0 m

5 ZASADA NIEOZNACZONOŚCI Heisenberga: Opis energii elektronu w atomie => to określenie położenia i pędu elektronu Jak można określić położenie elektronu w atomie? Wykorzystując zjawisko dyfrakcji promieniowania elektromagnetycznego o długości fali = r elektronu (Błąd oznaczenia położenia Δy = ) Kwantowi promieniowania przypisany jest pęd (p): p Wskutek oddziaływania z promieniowaniem elektron zmieni swój pęd p o Δp h h m v Fala materii de Broglie`a: h p Metoda badawcza zmienia obiekt badany p h p h y Aby dokładniej określić położenie -, ale wtedy rośnie Δp p y h Nie można równocześnie określić z dowolną dokładnością położenia i pędu cząstki elementarnej

6 Równanie Schrödingera: z r y x E 3,6 [ ev ] n Liczby kwantowe: - Główna (n) - Poboczna (l) - Magnetyczna (m) n =,, 3, ev =,6 0-7 J Litery greckie:, Theta, Phi, Psi Funkcja własna (orbital): R n ( r ) ( ) ( ) l m Radialna część funkcji falowej Kątowa część funkcji falowej Azymutalna część funkcji falowej

7 Równanie Schrodingera (funkcja falowa ψ, ψ ): ψ n,l,m R n ( r ) ( ) ( ) l m Liczby kwantowe: Główna (n):,, 3, 4, 5, 6, / / -/ / -/ / -/ / Poboczna( l n ): 0,,, 3, 4,, n- Magnetyczna( m l l ): -l, 0, l Spinowa(s): -/, / n - Nr okresu (powłoki) l Typ podpowłoki m Typ orbitala

8 n KONFIGURACJA ELEKTRONOWA ATOMU l 0 3 s p 6 d 0 f / / -/ / -/ / -/ / Liczby kwantowe: Główna (n):,, 3, 4, 5, 6, 7 Poboczna(l): 0,,, 3, 4 Magnetyczna(m): -l, 0, l Spinowa(s): -/, / 7 s s p 6 3s 3p 6 4s 3d 0 4p 6 5s 4d 0 5p 6 6s 4f 4 5d 0 6p 6 7s 5f 4 6d 8

9 Na podstawie konfiguracji elektronowej atomu określić położenie pierwiastka w układzie okresowym i opisać jego właściwości chemiczne

10 Przykład. Podaj konfigurację elektronową atomu pierwiastka o liczbie atomowej Z = X: s s p 6 3s 3p 3 ; 5 X: [Ne] 3s 3p M e t a l e s 4f 4 5f 4 d Niemetale p Metale - Pierwiastek bloku p - 5 grupa, 3 okres, niemetal - Stopień utlenienia: od -III do V p 6 n l 0 3 s p 6 d 0 f 4 Zewnętrzna podpowłoka walencyjna określa przynależność pierwiastka do określonego bloku w układzie okresowym

11 Przykład. Podaj konfigurację elektronową atomu pierwiastka o liczbie atomowej Z = 5. n l 0 3 s p 6 d 0 f M e t a l e Niemetale f 4 s d p 5f 4 p X: s s p 6 3s 3p 6 4s 3d 5 5 X: [Ar] 4s 3d Metale -Pierwiastek bloku d, metal, 7 grupa, 4 okres, -Stopień utlenienia: od 0 do VII

12 Przykład 3. Podaj konfigurację elektronową atomu pierwiastka o liczbie atomowej Z = 3. n l 0 3 s p 6 d 0 f M e t a l e Niemetale f 4 s d p 5f 4 p Metale 3 X: s s p 6 3s 3p 6 4s 3d 0 4p 3 X: [Ar] 4s [3d 0 ]4p - Pierwiastek bloku p, metal, 3 grupa, 4 okres, stopień utlenienia: od 0 do III

13 Przykład 4. Podaj wartości liczb kwantowych elektronów walencyjnych w atomie pierwiastka o liczbie atomowej Z=7. n l 0 3 s p 6 d 0 f 4 7X: s s p 3 7X: [He] s p M e t a l e 4f 4 s d p 5f 4 Metale Niemetale p 6

14 Zakaz Pauliego: Określony poziom energetyczny atomu obsadzony może być tylko przez jeden elektron 7X: [He] s p x p y p z n l 0 0 m s -/ +/ -/ -/ -/ Reguła Hunda:

15 Reguła Hunda: Elektrony w atomie obsadzają najniższe dostępne poziomy energetyczne 7 N: s s p z p y p x 8 O: s s p z p y p x

16 Elektroujemność pierwiastka (E) - Wg Mullikena: E - Potencjał jonizacji (PJ): A + ε -> A + PJ PE 30 - Powinowactwo elektronowe (PE): B + e + ε -> B - Wg Paulinga: ΔE(NaF) = 0,08 Δ / = 3, => E Na = 0,9 D AB D AA 96,6 D BB ΔE = 0,08 Δ / ΔE(CS ) = 0,08 Δ / = 0,0 => E S =,5 Przyjęto, że: E F = 4,0 E C =,5 Gdzie: Δ - energia rezonansu w [kj/mol] D A -B - energia dysocjacji wiązania w [kj/mol]

17

18 Wzrost elektroujemności (E). Wzrost niemetaliczności, właściwości utleniających NIEMETALE E F = 4,0 METALE E Cs = 0,7 Zmniejszanie się elektroujemności (E). Wzrost właściwości metalicznych, redukujących

19

20 WIĄZANIA CHEMICZNE - Energia utrzymująca atomy lub jony w określonej odległości:. Oddziaływanie elektrostatyczne. Oddziaływanie kowalencyjne -Wiązania jonowe (pierwiastek o dużej E + pierw. o małej E) Typy wiązań chemicznych:. Wiązania jonowe. Wiązania metaliczne 3. Wiązania atomowe spolaryzowane 4. Wiązania kowalencyjne 5. Wiązania koordynacyjne Oddziaływania międzycząsteczkowe:. Oddziaływania Van der Waalsa. Wiązania wodorowe ΔE >,8 q- Prawo Coulomba: q- q+ q- F q q k 9 N k 9,0 0 r C m q-

21 Wiązanie metaliczne (Atomy pierwiastków. o małej E) -e -e -e -e -e -e e e e e e Me +q Me +q Me +q Me +q Me +q Me +q Me +q Me +q Wiązanie kowalencyjne (Atomy pierwiastków o dużej E), ΔE <,8

22 -Wiązanie koordynacyjne (akceptor elektronów + donor elektronów ) [ALn] x n - Liczba ligandów w jonie kompleksowym x - Ładunek elektryczny jonu kompleksowego. Wzór związku [Ag(NH 3 ) ]Cl [Pb(OH) 4 ]Cl [Al(OH) ]NO 3 [Zn(NH 3 ) 6 ]Cl K 3 [Fe(CN) 6 ] -Wiązanie wodorowe (Oddziaływanie międzycząsteczkowe) Nazwa związku Chlorek diaminasrebra Dichlorek tetrahydroksoołowiu(vi) Azotan(V) dihydroksoglinu Dichlorek heksaaminacynku(ii) Heksacyjanożelazian(III) potasu. Masa molowa wody wynosi 8 g/mol, a butanu 58 g/mol. Jak wyjaśnić fakt, że w warunkach standardowych woda jest cieczą, a butan gazem?. Który ze związków ma wyższą temperaturę wrzenia? H a) etanol czy eter dimetylowy, b) glikol czy aceton H C 3 H C 3 O H 3 C C O H 3 C H H H O O H H H O H O H C-H C 3 H C-H C 3 H H O O

23 Związki chemiczne: Związki jonowe Związki kowalencyjne Cechy związków jonowych:. Duża wartość energii wiązania chemicznego (tysiące kj/mol). Duża twardość 3. Wysoka temperatura topnienia 4. Wysoka temperatura wrzenia 5. Dobra rozpuszczalność w rozpuszczalnikach polarnych (w wodzie) 6. Dobre przewodnictwo elektryczne w stanie stopionym lub rozpuszczonym