Chemia ogólna - część I: Atomy i cząsteczki

Transkrypt

1 dr ab. Wacław Makowski Cemia ogólna - część I: Atomy i cząsteczki 1. Kwantowanie. Atom wodoru 3. Atomy wieloelektronowe 4. Termy atomowe 5. Cząsteczki dwuatomowe 6. Hybrydyzacja 7. Orbitale zdelokalizowane 8. Symetria cząsteczek Podręcznik A.Bielański, Podstawy cemii nieorganicznej, PWN 00 i wydania późniejsze, t. I Kopie slajdów z wykładów Platforma Pegaz (ttp://pegaz.uj.edu.pl/) ttp:// Wydział Cemii UJ Podstawy Cemia ogólna cemii -- wykład 1/1 dr dr ab. W. Makowski Wykład 1: Kwantowanie Falowa natura promieniowania elektromagnetycznego Widmo promieniowania ciała doskonale czarnego Efekt fotoelektryczny Efekt Comptona Fale de Broglie Dyfrakcja elektronów Funkcja falowa Równanie Scrödingera Cząstka w pudle Wydział Cemii UJ Cemia ogólna - wykład 1/ dr ab. W. Makowski 1

2 Promieniowanie elektromagnetyczne Wydział Cemii UJ Cemia ogólna - wykład 1/3 dr ab. W. Makowski Opis falowy Długość fali i częstotliwość są odwrotnie proporcjonalne mała długość fali duża częstotliwość c T c duża długość fali mała częstotliwość Wydział Cemii UJ Cemia ogólna - wykład 1/4 dr ab. W. Makowski

3 Dyfrakcja i interferencja fal Wydział Cemii UJ Cemia ogólna - wykład 1/5 dr ab. W. Makowski Widmo promieniowania ciała doskonale czarnego Kwantowanie energii Max Planck (1900) E n ν 6, J s Wydział Cemii UJ Cemia ogólna - wykład 1/6 dr ab. W. Makowski 3

4 Efekt fotoelektryczny Naświetlanie powierzcni metalu promieniowaniem ultrafioletowym (w próżni) - energia fotoelektronów nie zależy od natężenia promieniowania, zależy od długości fali Kwantowanie promieniowania elektromagnetycznego Albert Einstein (1905) W 1 mev Wydział Cemii UJ Cemia ogólna - wykład 1/7 dr ab. W. Makowski Efekt Comptona Rozpraszanie promieniowania X lub gamma na słabo związanyc elektronac p c p Kwanty promieniowania elektromagnetycznego (fotony) mają określoną energię i pęd 1 cos c c mec,46 pm Wydział Cemii UJ Cemia ogólna - wykład 1/8 dr ab. W. Makowski 4

5 Właściwości fotonów E f m f c p f c energia masa pęd - stała Plancka = 6, J. s - częstość - długość fali c prędkość światła 3, m/s Wydział Cemii UJ Cemia ogólna - wykład 1/9 dr ab. W. Makowski Dualizm falowo-korpuskularny p de Broglie (194) Ruc wszelkic cząstek elementarnyc wykazującyc pęd p można opisywać jako rozcodzenie się fali o długości Zasada nieoznaczoności x p x Heisenberg (197) Dla cząstek elementarnyc nie można jednocześnie dokładnie oznaczyć pędu i położenia Wydział Cemii UJ Cemia ogólna - wykład 1/10 dr ab. W. Makowski 5

6 Dyfrakcja elektronów Germer i Davisson (197) Wydział Cemii UJ Cemia ogólna - wykład 1/11 dr ab. W. Makowski Funkcja falowa Ψ(x,y,z) Ψ(x, y,z) gęstość prawdopodobieństwa V Ψ(x, y,z) 1 8m x y z normalizacja Funkcja falowa jest rozwiązaniem równania Scrödingera E V 0 Sens fizyczny mają tylko funkcje porządne (skończone, ciągłe i jednoznaczne) Wydział Cemii UJ Cemia ogólna - wykład 1/1 dr ab. W. Makowski 6

7 Równanie Scrodingera Równanie Scrödingera czyli zagadnienie własne operatora energii ΗΨ ˆ ΕΨ Ηˆ E ˆ kin V Ηˆ Ψ E Eˆ V kin - operator energii (amiltonian) - funkcja falowa - wartość własna energii - operator energii kinetycznej - energia potencjalna Wydział Cemii UJ Cemia ogólna - wykład 1/13 dr ab. W. Makowski Cząstka w pudle Cząstka o masie m w jednowymiarowym pudle potencjału V( x ) V( x ) 0 V( x ) x 0 x L (0 ) 0 ( L ) 0 warunki brzegowe Wydział Cemii UJ Cemia ogólna - wykład 1/14 dr ab. W. Makowski 7

8 Funkcja falowa dla cząstki w pudle Równanie Scrödingera d Ψ m dx EΨ( x ) Warunki brzegowe i jego ogólne rozwiązanie Ψ( x ) Asinkx Bcoskx k me 1 E energia cząstki A, B stałe całkowania ( 0 ) 0 sin kx 0 cos kx 1 B 0 ( L ) 0 sin kl 0 kl n n E 8mL nx ( x ) Asin L Wydział Cemii UJ Cemia ogólna - wykład 1/15 dr ab. W. Makowski n En 8mL Cząstka w pudle kwantowanie energii Energia jest kwantowana, a jej wartość zależy od liczby kwantowej n Funkcja falowa dla n-tego poziomu energetycznego. n( x ) L ( x )dx 1 0 L 1 (po unormowaniu) nx sin L Wydział Cemii UJ Cemia ogólna - wykład 1/16 dr ab. W. Makowski 8