Tudományos kutatásmódszertani, elemzési és közlési ismeretek modul a g zG d á s lk tn o u im y e rI.ö K
Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei É S IÖ c E V K M Z T N R Á L D O Y G A
KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI MÉRNÖKI MSc
5. Lecke
Kvantumszámok és elektronegativitás
Kvantumszámok, n=1 Az atommaghoz legközelebb esı elektronhéjon vannak az n = 1 fıkvantumszámú elektronok. Az n1 pályán összesen 2 elektron található. A mellékkvantumszám 0-tól n-1-ig terjedı értékeket vehet fel. Ez ebben az esetben csupán egy értéket jelent: l = 0. A mágneses kvantumszám – l -tıl + l -ig terjedı értékeket vehet fel, mivel l = 0, így az m is csak egy értéket vehet fel: m = 0. A spin kvantumszám s = -1/2, +1/2 (Éppen melyik félkörön tartózkodik az elektron.) Az n = 1-es pályán lévı két elektron kvantumszámai tehát a következık: 1. n = 1, l = 0, m = 0, s = -1/2 2. n = 1, l = 0, m = 0, s = +1/2
Kvantumszámok n=2
Maximális elektronszám Általánosságban n-es fıkvantumszámhoz felírható maximális elektronszám: N = 2n2. Ez azt jelenti tehát, hogy 2n2 elektron írható fel úgy, hogy a Pauli-féle elv is érvényben van, azaz nincs két olyan elektron, amelynek mind a négy kvantumszáma megegyezne. Folytatva a sort kimutatható, hogy az n = 3-as fıkvantumszámhoz 18, az n = 4-es fıkvantumszámhoz pedig 32 db elektron tartozik.
Elektronhéj telítettség A legegyszerőbb elem a hidrogén. 1 db elektronja van, ez az elsı héjon helyezkedik el. Mivel az elsı héjon maximálisan 2 elektron található, így még lenne 1 szabad hely ezen a héjon. Így azt mondjuk, hogy a pálya telítetlen. A héliumnak összesen két elektronja van. Ezek még éppen “elférnek” az elsı héjon. Mivel az elsı héjhoz maximálisan két elektron tartozik, így azt mondjuk, hogy a hélium esetében az elsı héj telített.
Periódusos rendszer és az elektronok viszonya
A sorok mutatják, hogy hány héjjal rendelkeznek az abban szereplı elem. A hidrogén és a hélium az elsı sorban helyezkednek el, ez azt jelenti, hogy egy elektronhéjuk van. Az oszlopok pedig arra utalnak, hogy hány elektron található a legkülsı elektronhéjon. A hidrogén esetén 1 db elektron van a legkülsı elektronhéjon, így az elsı oszlopban – az ún. I. fıcsoportban helyezkedik el. A hélium egyetlen héja telített, hiszen azon két elektron található. A hélium a nyolcadik oszlopban – az ún. VIII. fıcsoportban helyezkedik el. Ez a fıcsoport speciális fıcsoport, hiszen itt helyezkednek el azok az elemek, amelyeknek a külsı elektronhéjuk telített, az ún. nemesgázok. Valójában minden elem arra törekszik, hogy elérje ezt a nemesgázszerkezetet, azaz, hogy a külsı elektronhéjon a maximális mennyiségő elektron legyen található.
Elektronegativitás Amikor egy atom kémiai kötésbe kerül egy másik atommal, akkor a külsı elektronhéjak érintkeznek egymással. A kötések kialakulásánál alapvetı jelentıségő, hogy a kötésben részt vevı atomok mennyire “vonzódnak” a saját külsı elektronjaikhoz. Erre utal az elektronegativitás. Az elektronegativitás megmutatja, hogy az atomban lévı atommag milyen mértékben tudja a végtelenbıl magához vonzani az elektront illetve a már vonzáskörzetében lévı elektront milyen mértékben tudja megtartani. A legnagyobb elektronegativitású elem a fluor (F), a legkisebb pedig a francium (Fr).
Az elektronegativitás értékei ELEM
ELEKTRONEGATIVITÁS
O
3,5
N
3,0
C
2,5
H
2,1
Cl
3,0
S
2,5
Na
0,9
Fr
0,7
Kémiai kötések Kémiai kötéseknek az atomok különbözı kapcsolatait nevezzük. Azonos atomok összekapcsolásával elemek jönnek létre, különbözı atomok összekapcsolásával pedig vegyületek keletkeznek. A kémiai kötéseknek két fı csoportja van: – elsırendőek – másodrendőek, és ezeken belül is többféle kötés létezik. Az elsırendő kötések fajtái: kovalens kötés, ionos kötés, fémes kötés. A másodrendő kötések fajtái: hidrogénkötés, dipólus-dipólus kölcsönhatás, diszperziós kölcsönhatás.
Kovalens kötés Minden atom arra törekszik, hogy elérje a nemesgáz-szerkezetet. Ez többféle módon érhetı el; a kovalens kötés az egyik ilyen lehetıség a nemesgáz-szerkezet elérésére. Amikor két hidrogénatom találkozik, akkor az 1-1 elektronukat a következıképpen osztják meg egymás között:
H
x
. H
A két elektron egyszerre mindkét atomhoz tartozik. Az összekapcsolódott elektronpár a szaggatott vonallal leírt pályán „kering” a két atommag környezetében, és ugyanolyan valószínőséggel tartózkodik az egyik atom közelében, mint a másik atom közelében. A molekula kívülrıl semleges.
Oxigén molekula létrejötte . .
x x
O
x x
. .
x x
O . .
Az oxigénatomoknak összesen 6 elektronjuk van a külsı elektronhéjukon. Kovalens kötésben két-két elektron fog kötésbe menni, a többi 4-4 elektron kötésen kívül marad. Az elektronpárok, amelyek kötést alkotnak, az ún. kötı elektronpárok, a többi elektronok az ún. nemkötı elektronpárok. Az oxigénnek tehát két kötı elektronpárja van és két nemkötı elektronpárja. Egy egyszerősített jelöléssel ez a következıképpen néz ki: O
O
Kötı elektronpárok
Nem kötı elektronpárok
Kérdések a leckéhez • Kvantumszámok fogalma és rendszere • Elektronhéjak telítettsége • Kémiai kötések
KÖSZÖNÖM FIGYELMÜKET!
