Wykład 3: Atomy wieloelektronowe Funkcje falowe Kolejność zapełniania orbitali Energia elektronów Konfiguracja elektronowa Reguła Hunda i zakaz Pauliego Efektywna liczba atomowa Reguły Slatera Wydział Chemii UJ Chemia ogólna - wykład 3/ dr hab. W. Makowki Funkcje falowe dla atomów wieloelektronowych w równaniu Schrödingera należy uwzględnić wzajemne odpychanie elektronów rozwiązaniem równania Schrödingera jet wieloelektronowa funkcja falowa (określona dla wpółrzędnych wzytkich elektronów) np. dla He Ĥ Ê Ψ(x,y,z Przybliżenie jednoelektronowe: Funkcję wieloelektronową można przedtawić za pomocą funkcji jednoelektronowych, podobnych do orbitali dla atomu wodoru Konfiguracja elektronowa: V Ê Przypianie elektronów do pozczególnych orbitali (jednoelektronowych funkcji falowych) k,x,y k,z V V ) Wydział Chemii UJ Chemia ogólna - wykład 3/ dr hab. W. Makowki
Kolejność zapełniania orbitali atomowych zgodnie ze wzrotem energii 3 4 5 6 7 p p p p p p d d d d d f f f f z zachowaniem zakazu Pauliego i reguły Hunda Wydział Chemii UJ Chemia ogólna - wykład 3/3 dr hab. W. Makowki Energia elektronów Degeneracja itnienie różnych tanów kwantowych o takiej amej energii np. w atomie H dla n = 4 orbitale (, p -, p 0 p ) mają taką amą energię Dla atomów wieloelektronowych oberwuje ię zmniejzenie degeneracji poziomów elektronowych - energia elektronów zależy od liczb kwantowych n i l Wydział Chemii UJ Chemia ogólna - wykład 3/4 dr hab. W. Makowki
Zakaz Pauliego Zakaz Pauliego i reguła Hunda W atomie nie mogą wytępować elektrony, które nie różnią ię przynajmniej jedną liczbą kwantową. albo Dowolny orbital może być obadzony przez najwyżej dwa elektrony. Reguła Hunda Orbitale zdegenerowane przyporządkowywane ą kolejnym elektronom w taki poób, by liczba elektronów nieparowanych w tanie podtawowym była możliwie najwiękza. albo Jeżeli w podpowłoce dotępnych jet kilka orbitali, elektrony najpierw obadzają niezajęte orbitale, zanim w jednym z orbitali utworzą parę. Wydział Chemii UJ Chemia ogólna - wykład 3/5 dr hab. W. Makowki Konfiguracja elektronowa Okre Okre Okre 3 p p Wydział Chemii UJ Chemia ogólna - wykład 3/6 dr hab. W. Makowki 3
Konfiguracja elektronowa Okre 4 d d p Wydział Chemii UJ Chemia ogólna - wykład 3/7 dr hab. W. Makowki Bloki, p, d i f w układzie okreowym p d f Wydział Chemii UJ Chemia ogólna - wykład 3/8 dr hab. W. Makowki 4
Odtęptwa od kolejności zapełniania orbitali atomowych 4Cr [ 8 Ar]3d 5 4 4Mo [ 36 Kr]4d 5 5 9Cu [ 8 Ar]3d 0 4 47Ag [ 36 Kr]4d 0 5 6Fe [ 8 Ar]3d 6 4 44Ru [ 36 Kr]4d 7 5 76O [ 54 Xe]4f 4 5d 6 6 7Co [ 8 Ar]3d 7 4 45Rh [ 36 Kr]4d 8 5 77Ir [ 54 Xe]4f 4 5d 7 6 8Ni [ 8 Ar]3d 8 4 46Pd [ 36 Kr]4d 0 78Pt [ 54 Xe]4f 4 5d 9 6 Wydział Chemii UJ Chemia ogólna - wykład 3/9 dr hab. W. Makowki Konfiguracja kationów metali przejściowych - atomy z bloku d najpierw tracą elektrony walencyjne z orbitali [Mn]: [Ar]3d 5 4 [Mn + ]: [Ar]3d 5 [Fe]: [Ar]3d 6 4 [Fe + ]: [Ar]3d 6 [Fe 3+ ]: [Ar]3d 5 [Co]: [Ar]3d 7 4 [Co + ]: [Ar]3d 7 [Co 3+ ]: [Ar]3d 6 [Cu]: [Ar]3d 0 4 [Cu + ]: [Ar]3d 0 [Cu + ]: [Ar]3d 9 [Zn]: [Ar]3d 0 4 [Zn + ]: [Ar]3d 0 [Ag]: [Kr]4d 0 5 [Ag + ]: [Kr]4d 0 Wydział Chemii UJ Chemia ogólna - wykład 3/0 dr hab. W. Makowki 5
Ekranowanie jądra elektrony znajdujące ię na wyżzych powłokach nie wpływają na oddziaływanie z jądrem elektrony znajdujące ię na niżzych powłokach zmniejzają przyciąganie przez jądro Wydział Chemii UJ Chemia ogólna - wykład 3/ dr hab. W. Makowki Potulaty Slatera. Zachowujemy orbitale wodoropodobne. Uwzględniamy ekranowanie elektronów zewnętrznych przez wewnętrzne 3. Wprowadzamy efektywną liczbę atomową Z*, czyli efektywny ładunek jądra 4. Zachowujemy wzór na energię elektronu E Z * * Z mee 8h n Z S o 4 S - tała ekranowania obliczona na podtawie reguł Slatera Wydział Chemii UJ Chemia ogólna - wykład 3/ dr hab. W. Makowki 6
Obliczanie tałej ekranowania Wprowadzamy ugrupowania orbitali () ( p) (3 3p) (3d) (4 4p) (4d) (4f) (5 5p) (5d) (5f) itd Wprowadzamy udziały elektronów w tałej ekranowania dla (n np) 0 elektrony z prawej trony 0,35 z tego amego ugrupowania wyjątek udział = 0,3 dla (nd ) lub (nf) znika otatnie rozróżnienie - dla wzytkich wcześniejzych elektronów udział =,0 0,85 z ugrupowania (n-),0 z ugrupowania (n-), (n-3), itd. Wydział Chemii UJ Chemia ogólna - wykład 3/3 dr hab. W. Makowki Reguły Slatera przykład Porównanie energii elektronów 3d i 4 w atomie Cu [ 9 Cu]: () (p) 8 (33p) 8 (3d) 0 (4) dla elektronu 4 S = 8 x 0,85 + 0 x,0 = 5,3 Z* = 9 5,3 = 3,7 dla elektronu 3d S = 9 x 0,35 + 8 x,0 + 8 x,0 + x,0 =,5 Z* = 9,5 = 7,85 niżza energia! Wydział Chemii UJ Chemia ogólna - wykład 3/4 dr hab. W. Makowki 7
Reguły Slatera przykład Uzaadnienie konfiguracji elektronowej atomu K [ 9 K]: () (p) 8 (33p) 8 3d () (p) 8 (33p) 8 4 hipotetyczna rzeczywita dla elektronu 3d = 8 x,0 = 8 Z* = 9 8 = dla elektronu 4 = 8 x 0,85 + 0 x,0 = 6,8 Z* = 9 6,8 =, niżza energia! Wydział Chemii UJ Chemia ogólna - wykład 3/5 dr hab. W. Makowki 8