Elektronowa struktura atomu

Podobne dokumenty
Elektronowa struktura atomu

Stara i nowa teoria kwantowa

Fizyka 3.3 WYKŁAD II

Atom wodoru w mechanice kwantowej. Równanie Schrödingera

Atomy wieloelektronowe

1 i 2. Struktura elektronowa atomów, tworzenie wiązań chemicznych

Wykład Budowa atomu 3

Zasady obsadzania poziomów

Mechanika kwantowa. Erwin Schrödinger ( ) Werner Heisenberg

Budowa atomów. Atomy wieloelektronowe Układ okresowy pierwiastków

Podstawy chemii obliczeniowej

Fizyka atomowa r. akad. 2012/2013

Konwersatorium 1. Zagadnienia na konwersatorium

Układ okresowy. Przewidywania teorii kwantowej

Stany skupienia materii

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

Konfiguracja elektronowa atomu

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

Wykład V Wiązanie kowalencyjne. Półprzewodniki

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

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

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

Atom wodoru i jony wodoropodobne

Chemia Ogólna wykład 1

Wykład 16: Atomy wieloelektronowe

ANALITYKA W KONTROLI JAKOŚCI

Kryształy, półprzewodniki, nanotechnologie. Dr inż. KAROL STRZAŁKOWSKI Instytut Fizyki UMK w Toruniu

Fizyka 2. Janusz Andrzejewski

Model wiązania kowalencyjnego cząsteczka H 2

Wykład 5: Cząsteczki dwuatomowe

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

Geometria cząsteczek wieloatomowych. Hybrydyzacja orbitali atomowych.

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

c) prawdopodobieństwo znalezienia cząstki między x=1.0 a x=1.5 jest równe

że w wyniku pomiaru zmiennej dynamicznej A, której odpowiada operator αˆ otrzymana zostanie wartość 2.41?

BUDOWA ATOMU cd. MECHANIKA KWANTOWA

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

3. Cząsteczki i wiązania

Liczby kwantowe elektronu w atomie wodoru

RJC. Wiązania Chemiczne & Slides 1 to 39

Teorie wiązania chemicznego i podstawowe zasady mechaniki kwantowej Zjawiska, które zapowiadały nadejście nowej ery w fizyce i przybliżały

Orbitale typu σ i typu π

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

p.n.e. Demokryt z Abdery. Wszystko jest zbudowane z niewidzialnych cząstek - atomów (atomos ->niepodzielny)

Układ okresowy. Przewidywania teorii kwantowej

3. Cząsteczki i wiązania

CHEMIA WARTA POZNANIA

Wykład FIZYKA II. 13. Fizyka atomowa. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA. Wykład X

Fizyka 3. Konsultacje: p. 329, Mechatronika

INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA. Wykład X

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

Struktura elektronowa

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

Elementy teorii powierzchni metali

Chemia ogólna - część I: Atomy i cząsteczki

Efekt Comptona. Efektem Comptona nazywamy zmianę długości fali elektromagnetycznej w wyniku rozpraszania jej na swobodnych elektronach

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

H H 2.5 < H H CH 3 N O O H C N ŁADUNEK FORMALNY. 2.5 dla atomu węgla C C 2.5 H 2.1. Li 1.0. liczba e - walencyjnych w atomie wolnym C 2.5 H 2.

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

Fizyka kwantowa. promieniowanie termiczne zjawisko fotoelektryczne. efekt Comptona dualizm korpuskularno-falowy. kwantyzacja światła

Inżynieria Biomedyczna. Wykład XII

Fizyka Ciała Stałego. Struktura krystaliczna. Struktura amorficzna

Inne koncepcje wiązań chemicznych. 1. Jak przewidywac strukturę cząsteczki? 2. Co to jest wiązanie? 3. Jakie są rodzaje wiązań?

Wykład Atom o wielu elektronach Laser Rezonans magnetyczny

Wykład z Chemii Ogólnej

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

Podstawy fizyki wykład 3

Okresowość właściwości chemicznych pierwiastków. Układ okresowy pierwiastków. 1. Konfiguracje elektronowe pierwiastków

Wiązania. w świetle teorii kwantów fenomenologicznie

26 Okresowy układ pierwiastków

Elementy chemii obliczeniowej i bioinformatyki Zagadnienia na egzamin

Rysunek 3-23 Hipotetyczne widmo ciągłe atomu Ernesta Rutherforda oraz rzeczywiste widmo emisyjne wodoru w zakresie światła widzialnego

Fizyka Ciała Stałego. Struktura krystaliczna. Struktura amorficzna

Energetyka Jądrowa. Wykład 28 lutego Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

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

Sugerowana literatura: Podręczniki chemii ogólnej i/lub nieorganicznej Encyklopedie i leksykony

Stałe : h=6, Js h= 4, eVs 1eV= J nie zależy

UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW

SPEKTROSKOPIA IR I SPEKTROSKOPIA RAMANA JAKO METODY KOMPLEMENTARNE

Wartość n Symbol literowy K L M N O P

SPEKTROSKOPIA IR I SPEKTROSKOPIA RAMANA JAKO METODY KOMPLEMENTARNE

Atom wodoropodobny. Biegunowy układ współrzędnych. współrzędne w układzie. kartezjańskim. współrzędne w układzie. (x,y,z) biegunowym.

Początek XX wieku. Dualizm korpuskularno - falowy

Uniwersytet Śląski w Katowicach str. 1 Wydział Matematyki, Fizyki i Chemii

II.3 Atom helu i zakaz Pauliego. Atomy wieloelektronowe. Układ okresowy

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

Atom wodoru. Model klasyczny: nieruchome jądro +p i poruszający się wokół niego elektron e w odległości r; energia potencjalna elektronu:

Teoria Orbitali Molekularnych. tworzenie wiązań chemicznych

PODSTAWY MECHANIKI KWANTOWEJ

Promieniowanie X. Jak powstaje promieniowanie rentgenowskie Budowa lampy rentgenowskiej Widmo ciągłe i charakterystyczne promieniowania X

Anna Grych Test z budowy atomu i wiązań chemicznych

Wykład Budowa atomu 1

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

7. Współczesny obraz atomu

III.1 Atom helu i zakaz Pauliego. Atomy wieloelektronowe. Układ okresowy

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

Wykład Budowa atomu 2

Podstawy chemii obliczeniowej

Transkrypt:

Elektronowa struktura atomu Model atomu Bohra oparty na teorii klasycznych oddziaływań elektrostatycznych Elektrony mogą przebywać tylko w określonych stanach, zwanych stacjonarnymi, o określonej energii 1. Elektron w stanie stacjonarnym nie promieniuje, natomiast elektron w stanie wzbudzonym, podczas przejścia do stanu o niższej energii, emituje kwant (hν) energii równy różnicy pomiędzy tymi stanami. (stała Plancka h = 6,62 10-34 J s) 2. Stanami dozwolonymi dla ruchu elektronów są stany, w których moment pędu elektronu jest wielkością stałą Wykład 2 1

Światło jest falą elektromagnetyczną, którą charakteryzuje długość fali λ i powiązana z nią częstotliwość ν. Prędkość światła c w próżni jest stała. c = λν Im większa częstotliwość, tym krótsza fala i odwrotnie, im dłuższa fala Tym mniejsza częstotliwość. Światło białe po przejściu przez pryzmat ulega rozszczepieniu na składowe o różnych częstotliwościach. Daje to tzw. widmo. Światło widzialne jest tylko fragmentem widma promieniowania elektromagnetycznego, rozciągającego się od promieniowania kosmicznego do prądu elektrycznego. Wykład 2 2

Efekt fotoelektryczny Fala elektromagnetyczna jest kwantowana. Najmniejsza możliwa porcja wypromieniowanej energii nosi nazwę fotonu. Energia fotonu jest zależna od częstotliwości promieniowania. Im większa częstotliwość, a więc im krótsza fala, tym większa energia fotonów: E = hν Fotony promieniowania nadfioletowego mają energię wystarczającą do wybijania elektronów z atomów, lub do zrywania wiązań chemicznych. Jeszcze bardziej destruktywne są fotony rentgenowskie. becność fotonów można udowodnić efektem fotoelektrycznym. Metal naświetlany pod pewnym kątem promieniowaniem o odpowiedniej częstości, emituje elektrony i staje się źródłem prądu. Energia fotonów musi być większa o wartości progowej, potrzebnej do oderwania elektronu. Nadmiar energii jest zamieniany na prędkość elektronu. Wykład 2 3

Widmo atomu wodoru Wykład 2 4

Dualizm korpuskularno-falowy Elektrony uwięzione z atomie mogą przyjmować tylko określone wartości energii, tak jak struny mogą drgać tylko z dokładnością do połówek fali. ipoteza de Broglie a z każdą cząstką materii o masie m i prędkości v związana jest fala o długości λ, określona wzorem: λ = h mc Doświadczenie Thomsona dyfrakcja wiązki elektronów przez cienką folię metalu - potwierdzenie falowego charakteru elektronów. Równanie falowe de Broglie a dla elektronów λe = h meu c >> u i m e > m to λ > λ e Wykład 2 5

Zasada nieoznaczoności eisenberga Cząstki o małych masach i dużych prędkościach uwidaczniają w większym stopniu swój charakter falowy. Ponieważ nie da się określić położenia fali fala rozciąga się w całej przestrzeni, również dla cząstek subatomowych nie można ustalić jednocześnie położenia i prędkości (pędu). Dla elektronów można podać jedynie obszar w którym prawdopodobieństwo jego znalezienia jest największe. bszar ten można wyznaczyć rozwiązując odpowiednie równanie funkcji falowej. Funkcję falową opisującą położenie elektronu nazywamy orbitalem. Równanie Schrödingera równanie falowe umożliwiające obliczenie kształtu fali związanej z dowolną cząstką. Wykład 2 6

rbitale atomowe obrazowo przedstawiają chmurę wokół jądra atomu, której gęstsze obszary wskazują większe prawdopodobieństwo znalezienia elektronu. Ponieważ gęstość chmury elektronowej nigdy nie maleje do zera, orbitale przedstawia się jako powierzchnie graniczne. Poniżej przedstawiono orbital typu s, oraz jak zmienia się prawdopodobieństwo znalezienia elektronu w zależności od odległości od jądra dla kolejnych poziomów energetycznych. Symetria orbitali typu s jest kulista prawdopodobieństwo zmienia się w taki sam sposób, niezależnie od kierunku oddalania się od jądra. Wykład 2 7

Innym typem orbitali są orbitale typu p. Są możliwe trzy orientacje orbitali typu p, dla których gęstość elektronowa rozkłada się wokół osi układu współrzędnych, czyli dla pojedynczego elektronu prawdopodobieństwo znalezienia na orbitalu p jest zależne od kierunku. rbitale typu p posiadają również płaszczyznę węzłową, na której prawdopodobieństwo znalezienia elektronu jest zerowe. Bardziej skomplikowane kształty mają orbitale typu d i f. Dla orbitali typu d istnieją po dwie płaszczyzny węzłowe. Wykład 2 8

Każdy orbital jest określony przez trzy liczby zwane liczbami kwantowymi, które wychodzą w rozwiązaniu równania Schrödingera : 1. Główna liczba kwantowa, która przyjmuje wartości liczb naturalnych: n = 1, 2, 3,... kreśla powłokę (energię danego poziomu) i podaje wielkość orbitalu. Im elektron jest dalej od jądra, tym jego energia jest większa. Cały atom natomiast dąży do minimalizacji energii. 2. Poboczna (orbitalna) liczba kwantowa, przyjmuje wartości: l = 0, 1, 2,..., n-1. kreśla podpowłokę i jest odpowiedzialna za kształt orbitalu. 3. Magnetyczna liczba kwantowa, przyjmuje wartości m = l,...0...+l i określa orbitale podpowłoki, a zarazem kierunek największej gęstości elektronów. Wykład 2 9

Niewielkie odchylenia linii spektralnych na widmie atomowym wodoru doprowadziły do odkrycia spinu elektronu. Najbliższą klasyczną analogią dla spinu jest rotacja wokół osi elektronu. Są możliwe dwa różne spiny, a więc obroty w prawo lub w lewo. Dla opisu stanu elektronu należy więc podać oprócz głównej, pobocznej i magnetycznej liczby kwantowej, również jego spin, który przyjmuje wartości: -1/2 i +1/2. W atomie nie mogą istnieć dwa elektrony o takim samym zestawie liczb kwantowych, muszą różnić się co najmniej spinem. znacza to, że każdy orbital może pomieścić najwyżej dwa elektrony. Wykład 2 10

Poziomy energetyczne dla atomu wodoru Wykład 2 11

Rozkład poziomów energetycznych i kolejność obsadzania orbitali dla atomów wieloelektronowych W atomach wieloelektronowych, elektrony znajdują się nie tylko w przyciągającym polu jądra, ale również odpychają się między sobą. Dlatego na każdy elektron działa mniejszy efektywny ładunek dodatni, pochodzący od jądra. Poziomy energetyczne ulegają zróżnicowaniu energetycznemu. Elektrony na różnych typach orbitali są w różnym stopniu ekranowane. Sferyczny orbital typu s łatwiej wnika w głąb atomu niż ukierunkowany orbital p lub d. Wykład 2 12

Zasady obsadzania orbitali elektronami. 1. rbitale są obsadzane elektronami wg wzrastającej energii: najpierw najmniej energetyczne orbitale 1s, potem orbitale drugiej powłoki 2s i 2p itd. 2. Elektrony muszą spełniać zasadę zwaną zakazem Pauliego: dowolny orbital może być obsadzony przez najwyżej dwa elektrony. Gdy dwa elektrony zajmują ten sam orbital, ich spiny muszą być sparowane (o przeciwnych znakach). 3. Wszystkie orbitale tej samej podpowłoki mają jednakową energię, ale jeśli w danej podpowłoce jest dostępnych kilka orbitali, najpierw zajmowane są wolne orbitale, a dopiero później następuje parowanie elektronów reguła unda. 4. Po wypełnieniu wszystkich orbitali danej powłoki, powłoka zostaje zamknięta i następny elektron musi zająć miejsce na najniższym orbitalu powłoki bardziej zewnętrznej. 5. Elektrony zewnętrznej powłoki nazywa się elektronami walencyjnymi. Wykład 2 13

bsadzenie orbitali elektronami dla pierwszych dziesięciu pierwiastków Wykład 2 14

Zmodyfikowany układ okresowy pierwiastków według kolejności zapełniania orbitali Wykład 2 15

Układ okresowy pierwiastków Wykład 2 16

kresowość promieni atomowych i jonowych pierwiastków Wykład 2 17

Wartości energii jonizacji pierwszego stopnia dla pierwiastków Wykład 2 18

Skala elektroujemności pierwiastków wg Paulinga Wykład 2 19

Wodorki i tlenki pierwiastków grup głównych IA IIA IIIB IVB VB VIB VIIB Li Na K Rb Cs Be 2 Mg 2 Ca 2 Sr 2 Ba 2 B 2 6 Al 3 Ga 2 6 In 3 Tl 3 C 4 Si 4 Ge 4 Sn 4 Pb 4 N 3 P 3 As 3 Sb 3 Bi 3 2 2 S 2 Se 2 Te 2 Po F Cl Br I At IA IIA IIIB IVB VB VIB VIIB Li 2 Na 2 K 2 Rb 2 Cs 2 Be Mg Ca Sr Ba B 2 3 Al 2 3 Ga 2 3 In 2 3 Tl 2 3 C 2 Si 2 Ge 2 Sn 2 Pb 2 N 2 5 P 4 10 As 2 5 Sb 2 5 Bi 2 5 S 3 Se 3 Te 3 Po 3 F 2 Cl 2 7 Br 2 7 I 2 7 At 2 7 Wykład 2 20

Rodzaje wiązań chemicznych + Na Cl N Na Cl δ+ δ N Wiązanie jonowe (różnica elektroujemności >1,7) Wiązanie atomowe (różnica elektroujemności 0) Wiązanie kowalencyjne spolaryzowane (różnica elektroujemności 0-1,7) Wiązanie koordynacyjne Wykład 2 21

Wiązanie jonowe [ 11 Na + ]: 1s 2 2s 2 2p 6 = [Ne] [ 17 Cl - ]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 = [Ar] Wykład 2 22

Wiązania atomowe 1s 2 : konfiguracja helu N N N N 1s 2 2s 2 2p 6 : konfiguracja neonu 1s 2 2s 2 2p 6 : konfiguracja neonu Cl Cl Cl Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 : konfiguracja argonu Wykład 2 23

Wiązanie kowalencyjne spolaryzowane moment dipolowy δ+ δ N δ N δ+ δ δ C C moment dipolowy = 0 δ+ Wykład 2 24

Wiązania koordynacyjne + N S N N S N Wykład 2 25

Nakładanie się orbitali atomowych tworzenie się wiązań Nakładanie się orbitali typu s-s, p-p i s-p na osi wiązania tworzenie się wiązań σ Νakładanie boczne orbitali typu p-p tworzenie się wiązań π Wykład 2 26

rbitale molekularne typy σ i π wiążące i antywiążące Wykład 2 27

Tworzenie wiązań dla wodoru i helu 2 e e 2 e Wykład 2 28

Tworzenie wiązań dla azotu, tlenu i fluoru Wykład 2 29

Tworzenie wiązań heterojądrowych Wykład 2 30

Cząsteczki wieloatomowe hybrydyzacja Kształt orbitalu shybrydyzowanego geometria hybrydyzacji sp 3 Wykład 2 31

Przestrzenne rozmieszczenie wiązań chemicznych dla różnych typów hybrydyzacji Wykład 2 32

Geometria cząsteczek amoniaku i wody Wykład 2 33

Nakładanie się orbitali typu p dla etenu i etinu wiązania π C C C C Wykład 2 34

Wiązania wodorowe Wykład 2 35