E e l kt k r t o r n o ow o a w a s t s r t u r kt k u t ra r a at a o t m o u

Podobne dokumenty
Zasady obsadzania poziomów

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

Model wiązania kowalencyjnego cząsteczka H 2

Stany skupienia materii

Fizyka Ciała Stałego

Atomy wieloelektronowe

Fizyka Ciała Stałego. Struktura krystaliczna. Struktura amorficzna

Fizyka Ciała Stałego. Struktura krystaliczna. Struktura amorficzna

WIĄZANIA. Co sprawia, że ciała stałe istnieją i są stabilne? PRZYCIĄGANIE ODPYCHANIE

Wiązania jonowe występują w układach złożonych z atomów skrajnie różniących się elektroujemnością.

Elektronowa struktura atomu

Elementy teorii powierzchni metali

Cz. I Materiał powtórzeniowy do sprawdzianu dla klas II LO - Wiązania chemiczne + przykładowe zadania i proponowane rozwiązania

Wykład V Wiązanie kowalencyjne. Półprzewodniki

Różne typy wiązań mają ta sama przyczynę: energia powstającej stabilnej cząsteczki jest mniejsza niż sumaryczna energia tworzących ją, oddalonych

Cz. I Materiał powtórzeniowy do sprawdzianu dla klas I LO - Wiązania chemiczne + przykładowe zadania i proponowane rozwiązania

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Wiązania chemiczne w ciałach stałych. Wiązania chemiczne w ciałach stałych

CZĄSTECZKA. Do opisu wiązań chemicznych stosuje się najczęściej metodę (teorię): metoda wiązań walencyjnych (VB)

Konfiguracja elektronowa atomu

1. Określ liczbę wiązań σ i π w cząsteczkach: wody, amoniaku i chloru

Pasmowa teoria przewodnictwa. Anna Pietnoczka

Wykład 5: Cząsteczki dwuatomowe

CHEMIA 1. INSTYTUT MEDICUS Kurs przygotowawczy na studia medyczne kierunek lekarski, stomatologia, farmacja, analityka medyczna ATOM.

Wewnętrzna budowa materii

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

Orbitale typu σ i typu π

WIĄZANIA. Co sprawia, że ciała stałe istnieją i są stabilne? PRZYCIĄGANIE ODPYCHANIE

Liczby kwantowe n, l, m l = 0 l =1 l = 2 l = 3

Wiązania chemiczne. Związek klasyfikacji ciał krystalicznych z charakterem wiązań atomowych. 5 typów wiązań

Podział ciał stałych ze względu na strukturę atomowo-cząsteczkową

Konwersatorium 1. Zagadnienia na konwersatorium

Temat 1: Budowa atomu zadania

Temat Ocena dopuszczająca Ocena dostateczna Ocena dobra Ocena bardzo dobra Ocena celująca. Uczeń:

Atomy wieloelektronowe i cząsteczki

Zadania powtórkowe do egzaminu maturalnego z chemii Wiązania chemiczne, budowa cząsteczek

Anna Grych Test z budowy atomu i wiązań chemicznych

CZĄSTECZKA. Do opisu wiązań chemicznych stosuje się najczęściej jedną z dwóch metod (teorii): metoda wiązań walencyjnych (VB)

Budowa atomów. Atomy wieloelektronowe Układ okresowy pierwiastków

Właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków powtarzają się w pewnym cyklu (zebrane w grupy 2, 8, 8, 18, 18, 32 pierwiastków).

Podstawy chemii obliczeniowej

Fizyka atomowa r. akad. 2012/2013

b) Pierwiastek E tworzy tlenek o wzorze EO 2 i wodorek typu EH 4, a elektrony w jego atomie rozmieszczone są na dwóch powłokach elektronowych

Modelowanie zjawisk fizycznych (struktury molekularnej, procesów chemicznych i układów biologicznych)

Wykład Budowa atomu 3

Elektryczne własności ciał stałych

1 i 2. Struktura elektronowa atomów, tworzenie wiązań chemicznych

3. Cząsteczki i wiązania

Stara i nowa teoria kwantowa

Przewodność elektryczna ciał stałych. Elektryczne własności ciał stałych Izolatory, metale i półprzewodniki

Na rysunku przedstawiono fragment układu okresowego pierwiastków.

Chemia nieorganiczna. Copyright 2000 by Harcourt, Inc. All rights reserved.

Mechanika kwantowa. Jak opisać atom wodoru? Jak opisać inne cząsteczki?

TEORIA PASMOWA CIAŁ STAŁYCH

Wewnętrzna budowa materii - zadania

Podstawowe właściwości fizyczne półprzewodników WYKŁAD 1 SMK J. Hennel: Podstawy elektroniki półprzewodnikowej, WNT, W-wa 2003

STRUKTURA PASM ENERGETYCZNYCH

3. Cząsteczki i wiązania

Budowa atomu. Izotopy

Wykład z Chemii Ogólnej

Chemia nieorganiczna. Pierwiastki. niemetale Be. 27 Co. 28 Ni. 26 Fe. 29 Cu. 45 Rh. 44 Ru. 47 Ag. 46 Pd. 78 Pt. 76 Os.

11) Stan energetyczny elektronu w atomie kwantowanym jest zespołem : a dwóch liczb kwantowych b + czterech liczb kwantowych c nie jest kwantowany

Teoria pasmowa ciał stałych

Fizyka 3.3 WYKŁAD II

Struktura elektronowa

Elektronowa struktura atomu

INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA. Wykład X

Mechanika kwantowa. Erwin Schrödinger ( ) Werner Heisenberg

CHEMIA WARTA POZNANIA

Budowa atomu Poziom: rozszerzony Zadanie 1. (2 pkt.)

Opracowała: mgr Agata Wiśniewska PRZYKŁADOWE SPRAWDZIANY WIADOMOŚCI l UMIEJĘTNOŚCI Współczesny model budowy atomu (wersja A)

RJC. Wiązania Chemiczne & Slides 1 to 39

Zad: 1 Spośród poniższych jonów wybierz te, które mają identyczną konfigurację elektronową:

Spis treści. Metoda VSEPR. Reguły określania struktury cząsteczek. Ustalanie struktury przestrzennej

Chemia Ogólna wykład 1

Geometria cząsteczek wieloatomowych. Hybrydyzacja orbitali atomowych.

Zadanie 1. (1 pkt). Informacja do zada 2. i 3. Zadanie 2. (1 pkt) { Zadania 2., 3. i 4 s dla poziomu rozszerzonego} zania zania Zadanie 3.

Informacje ogólne. 45 min. test na podstawie wykładu Zaliczenie ćwiczeń na podstawie prezentacji Punkty: test: 60 %, prezentacja: 40 %.

1. Budowa atomu. Układ okresowy pierwiastków chemicznych

Wykład przygotowany w oparciu o podręczniki:

3. Jaka jest masa atomowa pierwiastka E w następujących związkach? Który to pierwiastek? EO o masie cząsteczkowej 28 [u]

INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA. Wykład X

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej. Mateusz Goryca

Elementy chemii obliczeniowej i bioinformatyki Zagadnienia na egzamin

Przyrządy i układy półprzewodnikowe

I. Budowa atomu i model atomu wg. Bohra. 1. Atom - najmniejsza część pierwiastka zachowująca jego właściwości. Jądro atomowe - protony i neutrony

Zaburzenia periodyczności sieci krystalicznej

Test sprawdzający z chemii do klasy I LO i technikum z działu Budowa atomu i wiązania chemiczne

Liczby kwantowe elektronu w atomie wodoru

Fizyka 3. Konsultacje: p. 329, Mechatronika

FALOWA I KWANTOWA HASŁO :. 1 F O T O N 2 Ś W I A T Ł O 3 E A I N S T E I N 4 D Ł U G O Ś C I 5 E N E R G I A 6 P L A N C K A 7 E L E K T R O N

2. WIĄZANIA CHEMICZNE, BUDOWA CZĄSTECZEK. Irena Zubel Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechnika Wrocławska (na prawach rękopisu)

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Gaz Fermiego elektronów swobodnych. Gaz Fermiego elektronów swobodnych

Układ okresowy. Przewidywania teorii kwantowej

Dlaczego sacharoza (cukier trzcinowy) topi się w temperaturze 185 C, podczas

Zadanie 1. (2 pkt) Określ, na podstawie różnicy elektroujemności pierwiastków, typ wiązania w związkach: KBr i HBr.

CZ STECZKA. Do opisu wi za chemicznych stosuje si najcz ciej jedn z dwóch metod (teorii): metoda wi za walencyjnych (VB)

Atom wodoru i jony wodoropodobne

BUDOWA ATOMU cd. MECHANIKA KWANTOWA

Transkrypt:

Elektronowa struktura atomu Anna Pietnoczka

BUDOWA ATOMU CZĄSTKA SYMBOL WYSTĘPOWANIE MASA ŁADUNEK ELEKTRYCZNY PROTON p + jądroatomowe około 1 u + 1 NEUTRON n 0 jądroatomowe około 1u Brak ELEKTRON e - powłoki elektronowe Około 1/ 1840u -1 Atom jest elektrycznie obojętny.

Poziomy energetyczne w atomie Zjoniz. atom n = 3 Widmo helu n = 2-3.4 ev n = 1 E = - 13.6 ev E n = 13.6eV 1 2 n n- główna liczba kwantowa n= 1,2,3,4,5, ;

Równanie Schrödingera 0 ) ( 8 2 2 2 2 2 2 2 2 = + + + + Ψ π Ψ Ψ Ψ V E h m z y x Równanie podaje przestrzenną zależność funkcji falowej Ψ od stanu energetycznego układu i masy elektronu. x, y, z współrzędne elektronu, m masa elektronu, E energia całkowita układu, V energia potencjalna układu, h stała Planca.

Zgodnie z teorią Schrödingera: Orbital atomowy stan elektronu w atomie opisuje funkcja falowa ψ, nazwana orbitalem, kwadrat tej funkcji daje prawdopodobieństwo znalezienia elektronu w danym obszarze wokół jądra, energia elektronów jest kwantowana a geometryczne kształty orbitali wskazują na przestrzenny rozkład prawdopodobieństwa znalezienia elektronu opisanego danym orbitalem. Każdy stan kwantowy elektronu jest opisany za pomocą czterech liczb kwantowych, tj. główna liczba kwantowa- n, poboczna liczba kwantowa- l, magnetyczna liczba kwantowamimagnetycznaspinowaliczbakwantowa-m s Funkcja falowa ψ jest amplitudą prawdopodobieństwa w punkcie przestrzeni określonym współrzędnymi x, y, z. W przypadku elektronu funkcja falowa ψ określa zatem prawdopodobieństwo znalezienia tej cząstki w określonym miejscu przestrzeni wokół atomu, a także określa najbardziej prawdopodobne wartości jego energii. 2 p = Ψ V Ψ dv = 1 V 2

Liczby kwantowe n główna liczba kwantowa, określa przede wszystkim energię elektronu w atomie. Główna liczba kwantowa może przybierać tylko wartości równe liczbom naturalnym: n = 1, 2,3,... l poboczna liczba kwantowa, kwantuje moment pędu związany z ruchem elektronu w polujądra.dladanegonwartościlwynoszą:0,1,2,...,(n-1). m magnetyczna liczba kwantowa, decyduje o możliwych wartościach składowej momentu pędu w wyróżnionym kierunku. Dla danego l możliwe wartości m wynoszą: 0, ±1, ±2,..., ±l. s spinowaliczbakwantowa,krętelektronu,możeprzyjmowaćwartości ± 1 / 2. Zakaz Pauliego Możliwe są tylko takie stany elektronowe w atomie, w których żaden elektron nie ma identycznych wszystkich czterech liczb kwantowych.

Graficzny zapis orbitalu Obrazem graficznym orbitalu jest fragment przestrzeni, w której prawdopodobieństwo znalezienia elektronu jest duże. Każdy orbital ma inny kształt i orientację przestrzenną, a zajmujący go elektron charakteryzuje się inną energia. Orbital typu s Orbital typu p Orbital typu d Orbitale typu s mają kształt kuli Orbital p jest trójkrotnie zdegenerowany, ze względu na równoczesność energetyczną orbitali p x, p y i p z. Orbital d jest pięciokrotnie zdegenerowany, a f siedmiokrotnie.

Rozwiązania r. Schrödingera Orbitale s

n = 1, 2, 3,... l = 0, 1, 2,..., (n-1) m= 0, ±1, ±2,..., ±l s = ± 1 / 2 n l m s Liczba stanów 1 (K) 0 (s) 0 ±1/2 2 0 (s) 0 ±1/2 2 2 (L) 1 (p) 0, -1, +1 ±1/2 6 3 (M) 0 (s) 1 (p) 2 (d) 0 0, -1, +1 0, -1, -2, +1, +2 ±1/2 ±1/2 ±1/2 2 6 10 4 (N) 0 (s) 1 (p) 2 (d) 3 (f) 0 0, -1, +1 0, -1, -2, +1, +2 0, -1, -2, -3, +1, +2, +3 ±1/2 ±1/2 ±1/2 ±1/2 2 6 10 14

Kolejność poziomów energetycznych w atomie: E 6s 6p 5d 4f 5s 4s 5p 4p 4d 3d 3s 3p Tlen - 8 elektronów 2s 2p 1s 2 2s 2 p 6 K, 19 elektronów 1s 1s 2 2s 2 p 6 3s 2 p 6 4s 1

Numer okresu - Liczba powłok elektronowych Numer grupy Liczba elektronów walencyjnych

BUDOWA ATOMU, A POŁOŻENIE PIERWIASTKA W UKŁADZIE OKRESOWYM Liczba powłok elektronowych 4 Liczba atomowa 35 nr okresu 4 nr grupy 7 brom Br 35 79,904 Liczba elektronów walencyjnych 7 Liczba protonów 35 Liczba elektronów 35 Masa atomowa 80u Konfiguracja elektronowa: K 2 L 8 M 18 N 7 Liczba neutronów 80-35 = 45 Liczba nukleonów 80

CHARAKTER CHEMICZNY PIERWIASTKÓW GRUP GŁÓWNYCH Li Na K Rb Cs F Cl Br I Wzrost t promienia atomowego (wzrost liczby powłok elektron nowych) Wzrost t aktywności chemicznej Wzrost t zdolności oddawania elektron nów Wzrostt promienia atomowego Zmniejszanie się aktywności chemicznej Zmniejszanie się zdolności przyjmowania elektronów Wzrostt charakteru metalicznego Na Mg Al Si P S Cl Wzrost właściwości niemetalicznych Zmniejszanie się właściwości metalicznych Zwiększanie się liczby elektronów walencyjnych Zmniejszanie się wielkości promienia atomowego

Wiązania chemiczne

Kwantowa teoria wiązania chemicznego Teoria ta zakłada, że podczas powstawania wiązania chemicznego chmury elektronowe orbitali (zawierających niesparowany elektron) każdego z wiążących się atomów przenikają się lub nakładają nawzajem i powstają w ten sposób tzw. orbitale molekularne. Schemat wiązania s-s

Kwantowa teoria wiązania chemicznego Schemat wiązania p-p

Kwantowa teoria wiązania chemicznego Schemat wiązania s-p Orbitale molekularne tworzą się z orbitali atomowych poprzez kombinację funkcji falowych

Wiązania chemiczne Typy: Wiązania jonowe Wiązania kowalencyjne Wiązania metaliczne Wiązania Van der Wallsa Wiązania wodorowe W tworzeniu wiązań chemicznych biorą udział elektrony walencyjne. Atomy pierwiastków łącząc się ze sobą dążą do uzyskania konfiguracji najbliższego gazu szlachetnego.

Wiązania jonowe Wiązania jonowe występują w układach złożonych z atomów skrajnie różniących się elektroujemnością. W czasie powstawania wiązania jonowego atom pierwiastka elektrododatniego oddaje, a atom pierwiastka elektroujemnego przyłącza elektrony. Tworzą się dwa jony o różnoimiennych ładunkach, przyciągające się dzięki działaniu sił elektrostatycznych. Typowym przykładem jest tu kryształ NaCl powstający w wyniku transferu elektronu z sodu do chloru Struktura elektronowa atomu Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 Struktura elektronowa atomu Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 Na Cl + +

Chlorek sodu Każdy jon Na + jest otoczony przez6 jonówcl -. Każdy jon Cl - jest otoczony przez6 jonów Na +. Sieć powierzchniowo centrowana

WŁAŚCIWOŚCI ZWIĄZKÓW Z WIĄZANIEM JONOWYM: Występują w stałym stanie skupienia, tworząc sieć krystaliczną. Mają wysokie temperatury wrzenia i topnienia (duża energia kohezji(2-4 ev/ atom)). Niskie przewodnictwo elektryczne (brak swobodnych elektronów). Przeźroczyste dla światła widzialnego (energia pomiędzy najbliższymi poziomami większa niż 3 ev). Stopione lub rozpuszczone w wodzie przewodzą prąd elektryczny, gdyż zawierają zdolne do poruszania się kationy i aniony.

Wiązanie kowalencyjne Elektron w jednym atomie przyciągany jest przez jądro drugiego. Wiązanie tworzy się poprzez uwspólnienie elektronów + H H H H Η 2

Wiązanie kowalencyjne Cl + Cl Cl Cl Cl Cl Cl 2

Wiązania kowalencyjne

Wiązanie kowalencyjne spolaryzowane

WŁAŚCIWOŚCI ZWIĄZKÓW Z WIĄZANIEM KOWALENCYJNYM Najwyższa wartość energii wiązania. Występują we wszystkich trzech stanach skupienia (stałym, ciekłym i gazowym), W stanie stałym tworzą sieć krystaliczną, Tworzone za pomocą silnych, zlokalizowanych (kierunkowych) wiązań- kruche. Wysoka temperatura topnienia i wrzenia- twarde. Izolatory lub półprzewodniki (temperatura, absorpcja promieniowania uaktywnia przewodnictwo elektryczne).

Wiązanie metaliczne Wiązanie to występuje w metalach. Elektrony walencyjne atomów metalu mogą swobodnie poruszaćsię między dodatnimi rdzeniami atomowymi stanowiąctzw. zdelokalizowanygaz elektronowy. Uporządkowany ruch elektronów to przepływ prądu elektrycznego.

WŁAŚCIWOŚCI ZWIĄZKÓW Z WIĄZANIEM METALICZNYM Wysoka lub średnia temperatura topnienia. Dobre przewodnictwo elektryczne i cieplne. Charakteryzują się wysoką plastycznością. Połysk metaliczny (odbicie światła widzialnego na swobodnych elektronach).

Wiązania wodorowe Jest to słabe oddziaływanie elektrostatyczne pomiędzy elektroujemnym atomem (akceptorem), a atomem wodoru, który jest kowalencyjnie połączony z innym atomem elektroujemnym(donorem). W wiązaniu tym wodór pełni rolę mostka łączącego dwa elektroujemne atomy.

Wiązania wodorowe Jest to słabe oddziaływanie elektrostatyczne pomiędzy elektroujemnym atomem (akceptorem), a atomem wodoru, który jest kowalencyjnie połączony z innym atomem elektroujemnym (donorem). W wiązaniu tym wodór pełni rolę mostka łączącego dwa elektroujemne atomy.

WŁAŚCIWOŚCI ZWIĄZKÓW Z WIĄZANIEM WODOROWYM Bardzo niska energia wiązania. Niska temperatura topnienia. Łatwość polimeryzacji. Przewodnictwo protonowe. Ma kluczowe znaczenie w procesach biologicznych ponieważ nie tylko występuje w wodzie, ale także w kwasach nukleinowych DNA

Wiązania wodorowe: woda vs. lód Struktura lodu

Wiązania Van der Waalsa Wiąz pomiędzy dipolami elektrycznymi stałymi albo indukowanymi lub chwilowymi, powstającymi w wyniku zmiany rozkładu ładunku w cząsteczce.

WŁAŚCIWOŚCI ZWIĄZKÓW Z WIĄZANIEM VAN DER WAALSA Bardzo niska energia wiązania Niska temperatura topnienia Miękkie, ściśliwe Łatwo ścieralne struktury warstwowe (grafit)

Wiązanie Energia wiązania [ev] kowalencyjne 7-12 jonowe 7-10 metaliczne 1-4 wodorowe 0.2 0.4 Van der Waalsa 0.1 0.2 Właściwości ciał stałych - wysoka temperatura topnienia - twarde lub średniotwarde - izolatory lub półprzewodniki - wysoka temperatura topnienia -twarde, kruche, bezbarwne - przewodnictwo jonowe -wysoka lub średnia temperatura topnienia - połysk metaliczny -dobre przewodnictwo elektryczne i cieplne - niska temperatura topnienia - łatwość polimeryzacji - przewodnictwo protonowe - niska temperatura topnienia -miękkie -ściśliwe

Za przełomowe badania nad grafenem Nagroda Nobla z Fizyki 2010 Andriej Gejm Konstantin Nowosiołow

Grafen z wywiadu A.Geima Wyobraźcie sobie kartkę papieru ale milion razy cieńszą. Jest to grubość grafenu. Wyobraźcie sobie materiał trwardszyod diamentu. To jest twardość grafenu (w płaszczyźnie). Wyobraźcie sobie materiał bardziej przewodzący niż miedź. Jest to przewodnictwo grafenu. Wyobraźcie sobie urządzenie badające te same własności fizyczne jak urządzenie, które mają naukowcy w CERN, ale takie małe, że zmieści się na twoim biurku. Grafenpozwoli to zrealizować.

Grafen struktura plastra miodu Jedna z alotropowych form węgla Zbudowany z pojedynczej warstwy atomów węgla tworzących połączone pierścienie sześcioczłonowe Atomy węgla tworzą płaską, praktycznie dwuwymiarową sieć, której struktura przypomina plaster miodu. Długość wiązań węgiel-węgiel wynosi ok. 0,142 nm

Grafen Obraz grafenu w elektronowym mikroskopie transmisyjnym

Grafen podstawowe własności Bardzo dobry przewodnik ciepła około 5000 W/mK srebro: 429 W/mK Bardzo mały opór elektryczny Bardzo wysoka ruchliwość elektronów 200000 cm²/vs (w temperaturze pokojowej przy założeniu jedynie rozpraszania na fononach) Krzem: 1500 cm²/vs, Arsenek galu 8500 cm²/vs Olbrzymia prędkość przepływu elektronów (1/300) c możliwość badania efektów relatywistycznych dla elektronu poruszającego się w przewodniku

cd. Grafen podstawowe własności Prawie przeźroczysty Pochłania 2,3 % światła Nie przepuszcza nawet atomów helu Bardzo mocny 100 razy więcej niż stał Elastyczny Daje się rozciągać o 20 %. Nie można otrzymać w stanie wolnym jest nietrwały i łatwo tworzy struktury trójwymiarowe (np. fulereny czy nanorurki) Otrzymuje się metodami mikromechanicznymi. wyizolować można struktury o grubości od jednej do kilku warstw osadzonych na nośniku