Kémiai alapismeretek 2. hét

A fény hullámtermészete Fény részecsketermészete

Kémiai alapismeretek 2. hét

Bohr modell (részecske) Atomok hullámmodellje Kvantumszámok e− konfiguráció

Horváth Attila Pécsi Tudományegyetem, Természettudományi Kar, Kémia Intézet, Szervetlen Kémiai Tanszék

2014. szeptember 9.-12.

1/13

c 2014/2015 I. félév, Horváth Attila

e− megszerkesztése Periódusos rendszer

I

I

Alapvető tul.: reflexió, refrakció, diffrakció, interferencia

I

Hullámhossz (λ, m): Két azonos állapotú hely legkisebb távolsága.

I

Frekvencia (ν, 1/s v. Hz): Egy adott helyen egységnyi idő alatt áthaladt hullámok száma.

I

2/13

Hullámtermészet: Adott közegben áthaladó periodikus változás.

Hullámszám (v, 1/m): Adott távolságon belül hány hullám található. → v= λ1 .

I

fénysebesség: ν= λc , ahol c a fénysebesség.

I

Newton a XVIII. sz.-ban feltételezte, hogy a fény részecskékből áll.

I

Young (1801) a fény diffraktálható.


A fény hullámtermészete Fény részecsketermészete Bohr modell (részecske) Atomok hullámmodellje Kvantumszámok e− konfiguráció e− megszerkesztése Periódusos rendszer

A fény hullámtermészete

I

I

3/13

Planck (1900) forró testek hőmérsékleti sugárzásának magyarázatához: az energia kvantálódik. Rezgő atomoknak csak bizonyos energiáik lehetnek E=nhν , ahol n: egész szám, h Planck állandó, ν frekvencia.

I

Einstein: hν energia fotonok formájában távozik E=hν , ahol ν a kisugárzott fény frekvenciája.

I

Fotoelektromos effektus magyarázata, Einstein (1905) (Nobel díj 1921)

I

Fény duális természetű!!


Fény részecsketermészete Bohr modell (részecske) Atomok hullámmodellje Kvantumszámok e− konfiguráció e− megszerkesztése Periódusos rendszer

I

Miért stabilak az atomok? (Rutherford modell hibája)


I

H-atom spektruma: Vonalas szerkezetű (λ=410, 434, 486, 656 nm (ibolya, kék, zöld, vörös)). 1 1 − n12 . Balmer (1885): λ1 =1,097×107 m 22 Bohr posztulátumok (1913) (Nobel díj 1922):

Fény részecsketermészete

I I

Az e− -k csak meghatározott sugarú körpályákon keringhetnek a mag körül. 2 Két energiaszint közti különbség (foton formájában elnyelődik, vagy kibocsátódik): hν=E1 -E2 . 1

4/13

I

Főkvantumszám megszületése.

I

Sommerfeld: Bohr-modell továbbfejlesztése, ellipszis pályák bevezetése. (mellékkvantumszám megszületése)

I

Újabb továbbfejlesztés: mágneses kvantumszám, spinkvantumszám.


Bohr modell (részecske) Atomok hullámmodellje Kvantumszámok e− konfiguráció e− megszerkesztése Periódusos rendszer

I

I

I I

I

5/13

De Broglie (1923): a részecskék is lehetnek h . (1929 Nobel díj) hullámtermészetűek: λ= mv Thomson (1927): e− interferencia kristályokon (Nobel díj 1937) (elektronmikroszkóp). h Heisenberg-féle bizonytalansági elv: ∆p∆x=m∆v∆x≥ 2π Schrödinger (1926): hullámmechanikai atommodell (1933 Nobel díj) 2 h2 ∂ Ψ ∂2 Ψ ∂2 Ψ − 2 + + 2 + Epot Ψ = EΨ 8Π m ∂x2 ∂y2 ∂z Egzakt megoldás csak H-szerű atomokra, egyébként csak közelítőleg, numerikus eljárásokkal.



I

Ψ hullámfüggvény megoldásainak jellemzői: Az atomban kötött elektronra diszkrét energiaértékek és minden energiához egy Ψ(x,y,z) hullámfgv. tartozik, mely meghatározza az atomi pályát. (degenerált állapot: egy energiához több Ψ tartozik) 2 A diszkrét megoldások 3 db egész számmal jellemezhetőek (klasszikus leírás): n, l, m. 3 Relativisztikus leíráshoz kell a spinkvantumszám is (2 kül. érték). 4 |Ψ|2 : az elektron térbeli eloszlásának tartózkodási valószínűsége. 1

6/13

I

Főkvantumszám: Megadja az e− atommagtól való távolságát és energiáját. Jele: n=1,2,....

I

Héj: Azonos főkvantumszámú e− -k összesége.



I

7/13

Mellékkvantumszám: Megadja az atompályák , azaz a térbeli elektroneloszlás alakját. Jele: l= 0, 1,. . . ,(n-1). Egyéb jelölés: s, p, d, f, . . .

I

Alhéj: Egy adott főkvantumszámhoz tartozó azonos mellékkvantumszámú pályák összesége.

I

Mágneseskvantumszám: Egy kiválasztott irányhoz viszonyítva adja meg a pályának helyzetét. Külső mágneses tér hatására az azonos energiájú pályák között energiakülönbség jöhet létre. Jele: m=-l, . . . , +l.

I

Spinkvantumszám: Az elektron sajátimpulzusmomentuma. Jele: ms =± 12 .

I

Atompályák alakja: s-pályák gömbszimmetrikusak, p-pályák "piskóta"-alakúak (px , py , pz ), d-pályák "duplapiskóta"- és "cumi"-alakúak (dxy , dxz , dyz , dx2 −y2 , dz2 ). Az e− tartózkodási valószínűsége > 99%. (Rajzok!!)



e− kiépülési szabályok a lehető legalacsonyabb

Fény részecsketermészete

1

Energiaminimum elve: Az energiájú helyeket töltik fel.

2

Pauli elv: Egy atomban nem lehet 2 olyan e− , amelyeknek minden kvantumszámuk megegyezik.

Atomok hullámmodellje

Aufbau elv: Alapállapotban az e− -k növekvő n+l értékek szerint épülnek fel. Ha n+l azonos, akkor először a kisebb n értékhez tartozó pálya épül fel. Sorrend: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f . . .

e− konfiguráció

3

8/13

e− -k


4

Hund szabály (maximális multiplicitás elve): Kimondja, hogy maximális számú párosítatlan e− van jelen az alapállapotú atom telítetlen alhéján.

5

Félig töltött alhéjak további stabilitást kölcsönöznek az alapállapotú atomnak.


Bohr modell (részecske)

Kvantumszámok

e− megszerkesztése Periódusos rendszer

I

I

Alhéj s (l=0) p (l=1) d (l=2) f (l=3) Példák:

Pályák száma 1 (csak m=0) 3 (m=-1,0,+1) 5 (m=-2,-1,0,+1,+2) 7 (m=-3,. . . ,+3)

e− max. száma 2 6 10 14

1s2 2s2 2p6 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2 szokás: [Ne]3s2 3p6 3d6 4s2 vagy [Ar]3d6 4s2 3 24 Cr: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s1 nem pedig 3d4 4s2 (!!) 4 29 Cu: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1 nem pedig 3d9 4s2 (!!)

Pályadiagram: ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 26 Fe: ↑↓ |{z} |{z} | {z } |{z} | {z } 1s2

↑↓ ↑ |

2s2

↑ ↑ {z

2p6

↑

↑↓ } |{z}

3d6 9/13

Fény részecsketermészete Bohr modell (részecske) Atomok hullámmodellje

1 10 Ne: 2 26 Fe:

I



4s2

3s2

3p6

Kvantumszámok e− konfiguráció e− megszerkesztése Periódusos rendszer

I

He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn: teljesen betöltött s és p pályák → nagyfokú stabilitás, kémiai inertség.

I

Nemesgázhéj szerkezet: ns2 np6 szerkezet

I

Atomtörzs: Lezárt belső héjak összesége (+atommag). (d-pályák esetén vigyázat!)

I

I

Vegyértékhéjelektron: A nemesgáz szerkezeten felüli többletelektron. Elemek rendszerezés eleinte atomtömegük alapján történt. (Ar (18 Ar)=39,9 és Ar (19 K)=39,1 gond! További pl.:Co-Ni; Te-I)

I

Kémia tulajdonság alapján is! Mengyelejev (1869) 66 elemet rendezett rendszerbe.

I

Jónéhány elem felfedezését előre megjósolta (tulajdonságait is!!). Pl.: Ga (1874), Sc (1879), Ge (1886).

10/13



I

I I

Periódusos rendszer: Az elemek olyan elrendezése atomtömegük, fizikai és kémiai tulajdonságaik alapján, amely utal azok periodikus megjelenésére. Mengyelejev féle elrendezés mellett másfajta is lehetséges (pl. Szabó-Lakatos féle periódusos rendszer stb.). Atomsugár: Annak a gömbnek a sugara, ahol az elektron tartózkodási valószínűsége nagyobb, mint 99%. (Többféle def. is lehetséges, hiszen nincs éles határ!!!)


11/13


I

Első ionizációs energia: Egységnyi anyagmennyiségű gázhalmazállapotú atomból a legkönnyebben leszakítható elektron eltávolításához szükséges minimális energia.


I

12/13

Op., Fp: Csoportban lefelé általában nő. (Kivéve: Hg, Ia-IVa főcsoport, ahol fordított a sorrend) c 2014/2015 I. félév, Horváth Attila


I

I

13/13

Elektronaffinitás: Az az energia, amely ahhoz szükséges, hogy egy mol gázhalmazállapotú semleges atomból egyszeresen negatív töltésű ion keletkezzék e− hozzáadásával. Főcsoporton belül csökken, perióduson belül balról jobbra általában nő (Hund szabály). Elektronegativitás: Az atom elektronvonzó képessége egy molekulában, amelyet a kötő elektronpárra kifejt. Többféle skála (Mulliken, Sanderson, Pauling ez használt). Általában balról jobbra nő, egy csoporton belül felülről lefelé csökken.


Fény részecsketermészete Bohr modell (részecske) Atomok hullámmodellje Kvantumszámok e− konfiguráció e− megszerkesztése Periódusos rendszer

Kémiai alapismeretek 2. hét

Recommend Documents