2. AZ ATOM
Atom: atommag + elektronfelhő = proton, neutron, elektron Elemi részecskék
6.1. Az elektron felfedezése • 1821. Henry Davy • Az üveggel érintkező katódsugár zöldes luminesszenciát eredményez
(-) katód
(+) anód
nagyfesz.
1
6.1. Az elektron felfedezése • 1897. Joseph J. Thompson (28 évesen prof. Cambridgeben, 50 évesen fiz. Nobel díj.)
•Az útvonal elektród anyagtól és töltő gáztól független – unverzális építőelem. •me/e = 5,686 * 10-12 kg/C 1909. Mullikan:
e=1,602*10-19C Æme = 9,109*10-31 kg
6.2. Az atommag 1896. Antoine Henri Bequerel γ β
α
D
É
2+ 2He
4
2
6.2. Az atommag • 1911. Ernst Rutherford
~1/8000 visszaverődik, szóródik mag ~ 10-15m vs. atom 10-10m Ellentmondás: protonok és elektronok vonzása
6.2. Az atommag • 1919. Rutherford N+αÆH+…
p+ - univerzális építőelem
• 1932. James Chadwick
neutron kimutatása, azonosítása
e- : p +: n:
9,10953*10-31 kg 1,67265*10-27 kg 1,67495*10-27 kg
-1,60219*10-19C (0,00055amn) +1,60219*10-19C (1,00728amn) 0 (1,00866amn)
3
A fény • A fény Foton: a fény „kvantumja” E = hν m = hν / c2 m kimutatása – Compton kísérlet „szabad” e- -nal ütköző foton (m*c=p=hν/c=h/λ részecskék esetén) λ - de Broglie féle hullámhossz
A fény • Fény: E ~ V
Æ elektromágneses spektrum
Hullám természet (diffrakció), részecske természet (Compton)
4
Fotoelektromos hatás • Ekin=hν-W
(W fémre jellemző)
• 1900. Max Planck
• Fény hatására elökődik ki. ν - fénytől függ!
A hidrogén színképe • Vonalas spektrum: Gázt melegítve • A hidrogén látható spektruma a Balmer féle sorozatban:
H – spektrum 1/λ = 1,097*107(1/22 – 1/n2)
5
A fény • Bohr:
1. E = -Rh/n2
1. Az elektronok meghatározott energiaértékekkel rendekeznek, meghatározott távolságra, körpályákon. 2. Az elektronok energiája csak a pályák közti átmenettel változhat, amelyet adott energiájú foton kibocsátása kísér Ei Æ Ej ∆E=+Rh/nj2-Rh/ni2=Rh(1/nj2-1/ni2) = hν ha: ni = 1 Lyman sorozat (UV) ha: ni = 2 Balmer sorozat (látható) ha: ni = 3 Paschen sorozat (IR)
A Zeemann-effektus 1915. Sommerfeld: kör és ellipszis pályák • Zeemann:
6
Bonyolultabb atomok atompálya – olyan térrész, ahol az elektron gyakran tartózkodik. (n, l, m, ms) Főkvantumszám: - n n = 1,2,3,4… K,L,M,N Méret és elektronenergia elsősorban n-től függ. Mellékkvantumszám: - l l = 0, 1 , …, n-1 l - alhéjak s, p, d, f, g Az atompálya alakja és energiája l-től függ. Mágneses kvantumszám: - m m= -l, -l+1, …, 0, …, l-1, l Az atompálya irányát határozza meg, azonos energiájú pályák. Spinkvantumszám: - ms ms= -1/2, +1/2 Az elektron forgási irányát határozza meg.
A spin
7
Az elektronburok szerkezete •
Az alhéjak:
4s
4p
4d
3s
3p
3d
2s
2p
4f
1s illetve:
4s 3s 2s
4p
4d
3p
3d
4f
2p
1s
Az elektronburok szerkezete • Többelektronos atomok Elektronkonfiguráció: Az elektronkonfiguráció leírja, hogy az elektronok miképpen oszlanak el a héjakon, alhéjakon, pályákon és mekkora a spinkvantumszámuk. Jelölésük például: 1s1, 1s22s22p3, …
8
Az elektronburok szerkezete • Az elektronkonfiguráció
2p 2s
H
He
Li
Be
B
... ...
1s alhéjak
Ne
Az elektronburok szerkezete • Pályadiagramm:
az elektronok megoszlása az atompályák között
Egy atomon belül nem lehet két olyan elektron, • Pauli-elv: amelynek minden kvantumszáma megegyezik. Æ n. héj, n2 pálya, 2n2 elektron • Hund - szabály: Azonos energiájú szintek közül a térbelileg különbözőek töltődnek be először. Így vannak az elektronok a legmesszebb egymástól. maximális multiplicitás (azonos spinnel!) Ferromágnes Paramágnes Diamágnes
9
Az elektronburok szerkezete • Felépülési (aufban) elv: energiaminimumra törekvés elve. Na: 1s22s22p63s1 1s22s22p63p1 Extra: félig és teljesen betöltött alhéj stabil! Cr: 3d54s1
Pd: 4d10 (de Ni: 3d84s2) (Pt: 5d96s1) Cu: 3d105s1 Au: 5d106s1
Mo: 4d55s1 Gd: f7d1s2
Az elektronhéjak feltöltődési sorrendje • Az elektronhéj:
1s 2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
5s
5p
5d
5f
.
6s
6p
6d
.
.
.
7s
.
.
.
.
.
Vegyértékhéj
10
A periódusos rendszer - periódusok és oszlopok/csoportok eka Al, eka Si 1872. 66 ismert elem alapján (atomtömeg szerint) Cu Zn __ __ As Se Br Mendelejev Ga 63 65 68 72 79 78 80 68 69,9 • 1914. Henry G. Moseley rendszám szerint! Ea2O3 Ga2O3 5,9 d 5,91 g/cm3 alacsony mp 30,1 C° magas bp 1983 C° s,p,d,f – mező
lantamidák és aktimidák
A periódikus sajátságok • Periódusos sajátságok: Atomsugár Def.1: a legkülső maximum távolsága Def.2: az atomrácsban az atomtávolság fele Ábra Meghatározó tényezők: n, effektív magtöltés Zeff = Z – S (rendszám - árnyékolási szám)
11
Effektív magtöltés Árnyékolási számok l
…
ni-1
ni
ni+1
…
0
1
0,85
0,30
0
…
1
1
0,85
0,35
0
…
2
1
1
0,35
0
…
3
1
1
0,35
0
…
A periódikus sajátságok • Ionizációs energia: Ha elektronütközéssel járó folymatok során elég nagy kinetikus energiájú elektronok atomokba ütköznek, az atom külső, leglazábban kötött elektronjai végül leszakadnak, így ionok képződnek. Az ehhez szükséges energia az ionizációs energia: A(g) Æ A+(g) + ePerióduson belül nő: Ok: csökkenő atomméret, növekvő Zeff (effektív magtöltés) Li B C Zeff: 1,3 2,7 3,35 eltérések: IIIA < IIA p vs. s VIA < VA páratlan vs. párosított • Elektron affinitás: A-(g) ÆA(g) + emagyar, Boksai
A(g)+e- Æ A-(g) angolszász, Nyilasi
12
