BUDOWA ATOMU cd. MECHANIKA KWANTOWA

Transkrypt

1 BUDOWA ATOMU cd. ajmuje się opisem ruchu cąstek elementarnch, układ można opiswać posługując się współrędnmi określającmi położenie bądź pęd, współrędne określa się pewnm prbliżeniem, np. współrędną dokładnością do Δ, a pędcąstki dokładnością do Δp, Postulat I: tak więc: MECHANIKA KWANTOWA mechanika kwantowa akłada istnienie prawdopodobieństwa Ρ napotkania cąstki w danm miejscu dv w prestreni Teoria Bohra (93 r.) Elektron w atomie może prebwać w jednm wielu możliwch stanów energetcnch (tw. stanów stacjonarnch). W stanie stacjonarnm elektron nie wpromieniowuje ani nie pochłania energii. Postulat II: Elektron może pobrać kwant energii docierającej do atomu ewnątr i prejść do stanu stacjonarnego o wżsej energii lub może oddać kwant energii w formie fali elektromagnetcnej i prejść do stanu stacjonarnego o niżsej energii. Zmiana orbit może nastąpić tlko w wniku absorpcji lub emisji kwantu promieniowania hν: E II E I = h ν Całkowita energia elektronu na n-tej orbicie: E = E k + E p Niels Bohr (885-96) Nagroda Nobla w 9 r.

2 () Elektron w atomie może prebwać w jednm wielu możliwch stanów kwantowch, określonch wartościami: - energii główna licba kwantowa n - momentu pędu orbitalna (pobocna) licba kwantowa l - rutu momentu pędu na wróżnion kierunek magnetcna licba kwantowa m -spinu spinowa licba kwantowa s () Ruch elektronu w atomie opisuje się równaniem różnickowm wanm równaniem Schrödingera (96 r.), którego rowiąaniami nie są licb, lec funkcje wane funkcjami falowmi i odpowiadające im wartości energii. Erwin Schrödinger (887-96) Nagroda Nobla w 933 r. (3) Dla każdego stanu kwantowego można oblicć prawdopodobieństwo prebwania elektronu w danej odległości od jądra, określić kstałt i romiar tw. orbitalu atomowego. Orbital to prestreń, w której prawdopodobieństwo naleienia elektronu jest najwiękse.,3,,3 (4) Zbiór stanów kwantowch o wspólnej wartości głównej licb kwantowej n nosi nawę powłoki (warstw) elektronowej. Główna licba kwantowa n określa energię elektronu w atomie. Maksmalna licba stanów kwantowch w danej powłoce, tj. maksmalna licba elektronów na danej powłoce wnosi n. wartość n: itd. smbol powłoki: K L M N O P Q itd. ma. licba elektr.: itd. (5) Zbiór stanów kwantowch, którch wsstkie mają wspólną wartość nora wspólną wartość orbitalnej (pobocnej) licb kwantowej l (ale nigd n = l) nawa się podpowłoką elektronową. Pobocna licba kwantowa l określa rodaj orbitalu w danej powłoce. Licba kwantowa l, dla danej wartości głównej licb kwantowej n, prjmuje wartości: l =,,... (n-), np. jeżeli n = 3 to l =,,. Licba elektronów w danej podpowłoce (orbitalu) wnosi: 4 l + wartość l: 3 smbol podpowłoki: s p d f ma. licba elektronów: 6 4

3 (6) Zbiór stanów kwantowch o wspólnch wartościach licb kwantowch: głównej n, pobocnej l i magnetcnej m nosi nawę poiomu orbitalnego (także wanego orbitalem, lec onacanego np. p, p, p Licba poiomów orbitalnch w powłoce (warstwie) wnosi n, natomiast w podpowłoce l +. Magnetcna licba kwantowa m prjmuje wartości: -l m +l Magnetcna licba kwantowa m określa achowanie się orbitalu w polu magnetcnm. Do każdego poiomu orbitalnego należą dwa elektron różniące się orientacją prestrenną wektora spinu, s = ± / Spinowa licba kwantowa s określa w uprosceniu tw. kręt elektronu. smbol orbitalu: s p d licba poiomów orbitalnch: 3 5 smbol orbitalu: s p p p d d d d d n l Orbital m s Maksmalna licba elektronów podpowłoka powłoka (K) s ± / (L) s p -,, + ± / ± / (M) 3s 3p 3d -,, + -, -,, +, + ± / ± / ± / (N) 3 4s 4p 4d 4f -,, + -, -,, +, + -3, -, -,, +, +, -3 ± / ± / ± / ± / 6 4 3

4 s p p p d d d d - d kstałt orbitali i równania funkcji falowch Orbitale.url Orbital s Orbital s Orbital 3s Orbital 4s

5 Orbitale p Orbitale 3p Orbitale 4p Orbitale 5p Orbitale 6p Orbitale 7p

6 Orbitale 3d Orbitale 4d Orbitale 4f Orbitale 5f

7 orbitron/inde.html Orbitale.url Orbital atomow 3p - funkcja falowa Ψ ora gęstość elektronowa Ψ H K s He K s s 3 Li K L s s 4 Be K L s s 5 B K L 3 s s p... Ne K L 8 s s p 6 Na K L 8 M s s p 6 3s... 3 Al K L 8 M 3 s s p 6 3s 3p... s 3s 4s 5s p 3p 4p 5p 3d 4d 5d 4f 8 Ar K L 8 M 8 s s p 6 3s 3p 6 9 K K L 8 M 8 N s s p 6 3s 3p 6 4s Ca K L 8 M 8 N s s p 6 3s 3p 6 4s Sc K L 8 M 9 N s s p 6 3s 3p 6 4s 3d... 6s 7s 6p 7p 6d

8 ZAKAZ PAULIEGO w atomie nie mogą najdować się elektron o jednakowch cterech licbach kwantowch. REGUŁA HUNDA najkorstniejse energetcnie jest takie apełnianie orbitali, pr którm licba elektronów o niesparowanch spinach w obrębie danej podpowłoki jest najwięksa. s p d Wolfgang Pauli (9-958) Nagroda Nobla w 945 r.

9 PROMIENIE KOWALENCYJNE ATOMÓW PIERWIASTKÓW Pierwiastek Li Be B C N O F ładunek jądra (licba protonów),3 + 3,89 + 4,8 + 5,77 + 6,74 + 7,74 + 8,7 +9 licba elektronów na powłoce K licba elektronów na powłoce L Li Na K Rb Cs,3,57,3,6,35 ładunek jądra elektron walencjne Promienie kowalencjne pierwiastków (w Å)

10 POTENCJAŁ JONIZACYJNY (ENERGIA JONIZACJI E j ) Me Me + + e ( Me + hν Me + + e ) Energia joniacji - energia, jakiej należ dostarcć, ab od iolowanego atomu w stanie gaowm oderwać najluźniej wiąan elektron. W wniku oderwania jednego lub więcej elektronów ostatniej powłoki powstają kation. Pierwse energie joniacji pierwiastków (w kj/mol) POWINOWACTWO ELEKTRONOWE (ELEKTRONOPOWINOWACTWO P e ) X + e X ( X + e X +hν) Powinowactwo elektronowe - energia, jaka się wdiela podcas prłącania pierwsego elektronu do iolowanego atomu w stanie gaowm. W wniku prłącenia jednego lub dwóch elektronów do obojętnego atomu powstają anion. PROMIENIE ATOMOWE I JONOWE Pierwiastek Na Mg Al Si P S Cl Ar,57,36,5,7,,4,99,9 Jon Na + Mg + Al 3+ Si P S Cl,,7,54,84,8 Mg,36 Mg +,7 F,7 F,33 Ca,74 Ca +, Cl,99 Cl,8 Sr,9 Sr +,8 Br,4 Br,96 Ba,98 Ba +,35 I,33 I,

11 Porównanie promieni atomów i jonów ELEKTROUJEMNOŚĆ (χ) Elektroujemność - tendencja (dążność) atomu w cąstecce wiąku chemicnego do prciągania do siebie elektronów. skala elektroujemności: Pauling (93 r.) Elektroujemność pierwiastków według Paulinga