61

Elektronok, atomok 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6 2-7

Elektromágneses sugárzás Atomi Spektrum Kvantumelmélet A Bohr Atom Az új Kvantummechanika Hullámmechanika Kvantumszámok

Általános Kémia - Elektronok, Atomok

Dia 1/61

Tartalom 2-8 2-9 2-9 2-10 2-11 2-12

Elektronsűrűség A hidrogénatom pályái Elektron spin Több elektronos atomok Elektron Konfigurációk Elektron Konfigurációk és a Periódusos táblázat


Dia 2/61

2-1 Electromágneses sugárzás

• Elektromos és mágneses mezők hullám alakban terjednek az üres téren vagy a közegen keresztül. • A hullám energiát visz át.


Dia 3/61

EM sugárzás

Kis 

Nagy 


Dia 4/61

Frekvencia, Hullámhossz és Sebesség • Frekvencia () Hertz—Hz vagy s-1. • Hullámhossz (λ) méter—m. • cm m nm Å (10-2 m) (10-6 m) (10-9 m)

pm (10-10 m) (10-12 m)

• Sebesség (c)—2.997925·108 m s-1.

c = λ

λ = c/ Általános Kémia - Elektronok, Atomok

= c/λ Dia 5/61

Electromágneses Spektrum


Dia 6/61

ROYGBIV

Red

Orange Yellow

700 nm

450 nm

Green

Blue Indigo

Violet

Prentice-Hall ©2002

Általános Általános Kémia Kémia--Elektronok, Elektronok, Atomok Atomok

Dia 7/61 Dia 8

Konstruktiv és Destruktiv Interferencia


Dia 8/61

Interferencia


Dia 9/61

Fénytörés


Dia 10/61

2-2 Atomi Spektrum


Dia 11/61

Atomi spektrum


Dia 12/61

2-3 Kvantumelmélet Fekete test sugárzás:

Max Planck, 1900:

Energia, az anyaghoz hasonlóan nem folytonos.

є = h Általános Kémia - Elektronok, Atomok

Dia 13/61

Fekete test spektruma • A hőmérséklet emelkedésével a kibocsátott fény színe változik. • Vörös felől a kék felé tolódik el.


Dia 14/61

A fotoelektromos hatás (Einstein – Nobel díj 1921) • Bizonyos fémekre beeső elektromágneses sugárzás elektronok kibocsátását eredményezi, • ha a fény frekvenciája nagyobb mint a küszöb frekvencia: •  > o (küszöb frekvencia ) • e- ~ I (áramerősség) • ek ~  (az elektron kinetikus energiája) Általános Kémia - Elektronok, Atomok

Dia 15/61

A fotoelektromos hatás • A foton energiája az elektron kilépésére és gyorsítására fordítódik. • A kilökődött elektron kinetikus energiája mérhető: ek =

1 mv2 = e-Vs 2

• Ahol Vs az elektron megállítási feszültség • A foton frekvencia nagyobb kell legyen mint o: Vs = k ( - o)


Dia 16/61

A fotoelektromos hatás


Dia 17/61

A töltések viselkedése

General Chemistry: Chapter 2

Dia 18/61

Katódsugárcső


Dia 19/61

A katódsugárcső tulajdonságai

Elektron m/e = -5.6857 x 10-9 g coulomb-1 General Chemistry: Chapter 2

Dia 20/61

Az elektron töltése

 1906-1914 Robert Millikan: ionizált olajcseppek esetében elektromos mezővel kiegyensúlyozta a gravitációt.

A töltés az elektron töltésének (e) egész számú többszöröse. General Chemistry: Chapter 2

Dia 21/61

Radioaktivitás A radioaktivitás a nem stabil (úgynevezett radioaktív) atommagok bomlásának következménye. Nagy energiájú ionizáló sugárzás távozik.  a-részecskék: He2+ atommag, a papír elnyeli.  b-részecskék: a magból kilépő nagy sebességű

elektronok, az alumínium lemez elnyeli  g-sugárzás, nagy energiájú, vastag ólomréteg nyeli csak el. General Chemistry: Chapter 2

Dia 22/61

Radioaktivitás 2+

-

Papír

Al

Pb

Forrás:Wikipedia.org Általános Kémia - Elektronok, Atomok

Dia 23/61

Az atommag Geiger, Mardsen és Rutherford 1909

A kísérlet filmen General Chemistry: Chapter 2

Dia 24/61

a-részecske kísérlet  Az atom tömegének nagy része és a teljes pozitív töltés az atommagban koncentrálódik.

 Az elektronok az atommagtól távolabb helyezkednek el General Chemistry: Chapter 2

Dia 25/61

A maggal rendelkező atom Rutherford proton 1918

Segré, Chamberlain antiproton 1955

Cork antineutron 1956

James Chadwick neutron 1932 General Chemistry: Chapter 2

Dia 26/61

Az atommag Az atom átmérője 10-10 m 1Å Részecske Elektron Proton Neutron

Az atommag átmérője 10-15 m

Nyugalmi tömeg kg amu 9.109 x 10-31 0.000548 1.673 x 10-27 1.0073 1.675 x 10-27 1.0087


Töltés Coulomb –1.602 x 10-19 +1.602 x 10-19 0

(e) –1 +1 0

Dia 27/61

Atomi dimenziók A legnehezebb atom 4.8 x 10-22 g Átmérője 5 x 10-10 m.

Hasznos egységek:  1 amu (atomic mass unit) = 1.66054 x 10-27 kg  1 pm (picometer) = 1 x 10-12 m  1 Å (Angstrom) = 1 x 10-10 m = 100 pm = 1 x 10-8 cm A legnagyobb atom 240 amu és 5 Å .

C-C kötés távolsága 154 pm (1.54 Å) General Chemistry: Chapter 2

Dia 28/61

2-4 Bohr Atom -RH E= 2 n RH = 2.179*10-18 J


Dia 29/61

Energia szintek

-RH -RH – 2 ΔE = Ef – Ei = 2 nf ni

1 1 – = RH ( 2 ) = h = hc/λ 2 ni nf


Dia 30/61

A hidrogén ionizációs energiája 1 1 – ΔE = RH ( 2 ) = h 2 ni nf Ha nf végtelenhez tart : 1 h = RH ( 2 ) = RH ni

A hidrogénszerű ionokra is érvényes, pl. He+, Li2+… h = Z2 RH Általános Kémia - Elektronok, Atomok

Dia 31/61

Emissziós és abszorpciós spektroszkópia


Dia 32/61

Látható atomi emissziós spektrum


Dia 33/61

2-5 Az új kvantummechanika • Hullám-részecske természet. – Einstein fotonok: ezzel magyarázható a fotoelektromos jelenség. – A diffrakció szerint viszont a fény hullám.

• deBroglie, 1924 – Az anyag kis részecskéi kettős természetűek.


Dia 34/61

deBroglie anyaghullámok E = mc2 h = mc2 h/c = mc = p p = h/λ λ = h/p = h/mv


Dia 35/61

X-Ray (Röntgen) Diffrakció


Dia 36/61

A bizonytalansági elv • Werner Heisenberg 1927 h Δx Δp ≥ 4π

 x  m  v  2 Ha nagy tömeg (m) a

x  v kicsi.

Az elektron tömege 2000-szer kisebb a protonénál, ezért az elektron esetében ez a bizonytalanság jobban érzékelhető Általános Kémia - Elektronok, Atomok

Dia 37/61

2-6 Hullámmechanika • Álló hullámok. – A zérushelyek (csomópontok , angolul: nodes) nem változtatják a helyzetüket.

λ = 2L , n = 1, 2, 3… n


Dia 38/61

Hullámfüggvények • ψ, pszi, hullámfüggvény. – Egy álló hullámfüggvény a rendszer határain belül.

• Részecske 1 dimenziós potenciáldobozban: ψn 

2  n x  sin  L  L 

En = (n π /L)2 /2


Dia 39/61

Az elektron megtalálási valószínűsége Probability valószínűség

(az energiaskála nem méretarányos,)


Dia 40/61

Hidrogénatom hullámfüggvényei • Schrödinger, 1927:

Hˆ   E

Gömbszimmetrikus potenciáltér 1 1 V(x,y,z) = - 1/r   – H (x,y,z)  H (r,θ,φ) r (derékszögű  polár)

x2  y2  z 2

ψ(r,θ,φ) = R(r) Y(θ,φ) R(r) radiális hullámfüggvény. Y(θ,φ) szögfüggő hullámfüggvény. Általános Kémia - Elektronok, Atomok

Dia 41/61

2-7 Kvantumszámok • Fő-kvantumszám (héjak), n = 1, 2, 3… • Szögfüggő mellék-kvsz. (alhéjak), l = 0, 1, 2…(n-1) l = 0, s l = 1, p l = 2, d l = 3, f

• mágneses kvantumszám, ml= - l …-2, -1, 0, 1, 2…+l


Dia 42/61

Pálya energiák


Dia 43/61

Az atompályák alakja


Dia 44/61

2-8 Elektronsűrűség s pályák



2 1s



2 2s


Dia 45/61

p pályák


Dia 46/61

p pályák



2 2 px


Dia 47/61

d pályák


Dia 48/61

2-9 Elektron Spin: a negyedik kvantumszám


Dia 49/61

2-10 Több elektronos atomok • Az eddig bemutatott megoldások egyetlen elektronra vonatkoztak. • Elektron-Elektron taszítás lép fel több elektronos atomokban. • A pályákat hidrogén-szerűnek vesszük ezekben is (közelítés).


Dia 50/61

Radiális elektronsűrűség Az r sugarú gömb felületén mérhető elektronsűrűség

r(r) = 4 r2 2(r)


Dia 51/61

Árnyékolás Törzs elektronok árnyékoló hatása

Z a mag töltése S az árnyékolás: Zeff = Z – S Ionizációs energia:

I   RH Vegyérték elektron Általános Kémia, Periódikus tulajdonságok

Z eff2 n2

Dia 52/61

Árnyékolás (S) Slater szabályok: 1s elektron, S = 0.3.

s vagy p pályán, n > 1, az árnyékolási konstans S = 1.00·N2 + 0.85·N1 + 0.35·N0 N0 a többi elektron száma azonos héjon, N1 az elektronok száma egy héjjal lejjebb (n-1), és N2 az elektronok száma kettő vagy több héjjal lejjebb(n-2 és kisebb). Az effektiv magtöltés

Zeff = Z - S


Dia 53/61

2-11 Elektron Konfigurációk • Aufbau elv. – Az alacsonyabb energiájú pályák töltődnek fel előbb.

• Pauli kizárási elv. – Nincs két elektron amelynek mind a négy kvatumszáma megegyezik (n, l, ml, s).

• Hund szabály (maximális multiplicitás ). – Azonos energiájú pályákat az elektronok egyszeresen betöltve párhuzamos spinnel töltik fel, amíg ez lehetséges. Általános Kémia - Elektronok, Atomok

Dia 54/61

pálya energiák


Dia 55/61

pálya betöltés


Dia 56/61

Aufbau elv és Hund szabály

B

C

E(1s) < E(2s) < E(2p) Általános Kémia - Elektronok, Atomok

Dia 57/61

p pályák betöltése


Dia 58/61

Elektronkonfiguráció • Egy olyan rövid jelölés, amely leírja hány elektron tölti be a rendelkezésre álló pályákat, pl. • • • • • •

B: 1s2 2s2 2p1 C: 1s2 2s2 2p2 N: 1s2 2s2 2p3 O: 1s2 2s2 2p4 F: 1s2 2s2 2p5 Ne: 1s2 2s2 2p6 jelölése: [Ne] (10 elektron) Általános Kémia - Elektronok, Atomok

Dia 59/61

d pályák betöltése


Dia 60/61

Electon Konfigurációk of Some Groups of Elements


Dia 61/61

2-12 Elektron konfigurációk és a periódusos táblázat


Dia 62/61

Alkáli fémek

Periódusos táblázat

Alkáli földfémek

Halogének

D-elemek

Főcsoport

Lantanidák és Aktinidák

Nemes Gázok

Főcsoport

61

Recommend Documents