chemia stosowana I temat elektrony i orbitale jdro

chemia stosowana I temat: elektrony i orbitale

jądro atomowe elektron (negaton) e– proton p+ neutron n 0 1 1 4 2 H (jądro atomowe) lit hel wodór nukleony 7 3 He liczba atomowa, Z liczba masowa, A Li oddziaływania: siły jądrowe (krótki zasięg) elektrostatyczne (odpychanie protonów) izotopy: ta sama liczba atomowa 1 1 H prot 2 1 deuter D 3 1 tryt T izobary: ta sama liczba masowa izotony: ta sama liczba neutronów

budowa pozajądrowa atomu • Rutherford - model planetarny: Dodatnio naładowane jądro, wokół którego krążą elektrony. • Bohr - dodał do modelu Rutherforda teorię kwantów Plancka i Einsteina: Elektrony mogą mieć tylko wybrane wartości energii i zajmować tylko wybrane orbity. • Heisenberg, Schrödinger, Dirac - mechanika kwantowa na bazie dualizmu korpuskularnofalowego de Broglie’a: Elektronów w atomach nie należy traktować jako cząstek, lecz jako chmurę ładunków o gęstości opisanej przez kwadrat funkcji falowej 2. Wg Heisenberga 2 określa prawdopodobieństwo przebywania elektronu w określonym obszarze przestrzeni.

równanie Schrödingera - amplituda fali de Broglie’a Rozwiązaniem jest funkcja falowa. | (x, y, z)|2 dv = 1 Musi mieć sens fizyczny: liczby kwantowe: główna, n energia elektronu poboczna, l moment pędu elektronu magnetyczna, m ustawienie wektora momentu pędu względem pola magnetycznego

liczby kwantowe • główna liczba kwantowa n = 1, 2, 3, . . . • poboczna liczba kwantowa l = 0, 1, . . . , (n – 1) • magnetyczna liczba kwantowa m = (–l, . . . , – 1, 0, 1, . . . , l) powłoki K, L, M, N, O, P, Q, . . . podpowłoki s, p, d, f, g, . . . Określają jednoznacznie kształt orbitalu elektronowego - obszaru przestrzeni o określonym prawdopodobieństwie przebywania elektronu. • spinowa liczba kwantowa s = +1/2 • magnetyczna spinowa liczba kwantowa ms = – 1/2, +1/2

orbitale atomowe n=1 l=0 m=0 (1 s) n=2 l=0 m=0 (2 s) n=2 l=1 m = 0, ± 1 (2 p) n=3 n=3 l=0 l=1 l=2 m=0 (3 s) m = 0, ± 1, ± 2 (3 p) (3 d)

orbitale atomowe (4 s) n=4 l=0 m=0 n=4 l=1 m = 0, ± 1 n=4 l=2 m = 0, ± 1, ± 2 n=4 l=3 m = 0, ± 1, ± 2, ± 3 (4 p) (4 d) (4 f)

poziomy energetyczne W atomach wieloelektronowych oddziaływania się komplikują, energia orbitalu zależy od wartości pobocznej liczby kwantowej. 6 d 5 f 6 p 5 d 4 f 5 p 4 d 4 p 3 d 7 s 6 s 5 s energia 4 s 3 s 2 s 1 s 3 p 2 p 1 s 2 s 2 p 3 s 3 p 3 d 4 s 4 p 4 d 4 f 5 s 5 p 5 d 5 f 5 g 6 s 6 p 6 d 6 f . . . 7 s 7 p . . .

zapełnianie orbitali atomowych Zakaz Pauliego: Dwa elektrony nie mogą mieć identycznych wartości wszystkich czterech liczb kwantowych: n, l, m, ms. Jeden orbital mogą zajmować co najwyżej dwa elektrony, o przeciwnych spinach - elektrony sparowane. Reguła Hunda: Orbitale tego samego poziomu (podpowłoki) zapełniane są tak aby jak najwięcej elektronów było niesparowanych. H 1 s He 1 s Li 1 s Be 1 s 2 s B 1 s 2 s 2 p C 1 s 2 s 2 p N 1 s 2 s 2 p O 1 s 2 s 2 p F 1 s 2 s 2 p Ne 1 s 2 s 2 p

zapełnianie orbitali atomowych Na 1 s 22 s 2 p 6 3 s 1 = [Ne]3 s 1 Mg 1 s 22 s 2 p 6 3 s 2 = [Ne]3 s 2 Al. . . Cl 1 s 22 s 2 p 6 3 s 2 p 1 = [Ne]3 s 2 p 1 1 s 22 s 2 p 6 3 s 2 p 5 = [Ne]3 s 2 p 5 Ar 1 s 22 s 2 p 6 3 s 2 p 6 = [Ne]3 s 2 p 6 = [Ar] K 1 s 22 s 2 p 63 s 2 p 6 4 s 1 = [Ar]4 s 1 Ca 1 s 22 s 2 p 63 s 2 p 6 4 s 2 = [Ar]4 s 2 Sc 1 s 22 s 2 p 63 s 2 p 6 d 1 4 s 2 = [Ar]3 d 14 s 2 Ti. . . Zn 1 s 22 s 2 p 63 s 2 p 6 d 2 4 s 2 = [Ar]3 d 24 s 2 1 s 22 s 2 p 63 s 2 p 6 d 10 4 s 2 = [Ar]3 d 104 s 2 Ga. . . Kr 1 s 22 s 2 p 63 s 2 p 6 d 10 4 s 2 p 1 = [Ar]3 d 104 s 2 p 1 1 s 22 s 2 p 63 s 2 p 6 d 10 4 s 2 p 6 = [Ar]3 d 104 s 2 p 6 = [Kr]

układ okresowy Mendelejewa I 1 wodór H 2 lit Li 3 sód Na 4 potas K miedź Cu 5 rubid Rb srebro Ag 6 cez Cs złoto Au 0 II III beryl bor Be B magnezglin Mg Al wapń skand Ca Sc cynk gal Zn Ga stront itr Sr Y kadm ind Cd In bar lantan Ba La rtęć tal Hg Tl IV V VI VII hel He neon Ne argon Ar węgiel azot tlen fluor C N O F krzem fosfor siarka chlor Si P S Cl tytan wanad chrommangan żelazo kobalt nikiel Ti V Cr Mn Fe Co Ni germanarsen selen brom krypton Ge As Se Br Kr cyrkon niob molibden ruten rod pallad Zr Nb Mo Ru Rh Pd cyna antymontellur jod ksenon Sn Sb Te I Xe hafn tantalwolfram ren osm iryd platyna Hf Ta W Re Os Ir Pt ołów bizmut Pb Bi

układ okresowy długi H He Li Be B Na Mg Al Si P K Ca Sc Ti C N O F Ne S Cl Ar V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La* Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac** Rf Db Sg Bh Hs Mt La* Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Ac** Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr metale metaloidy niemetale gazy szlachetne

układ okresowy - bloki H He Li Be B C N O Na Mg Al Si P F Ne S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Ce. . . Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Th. . . No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No pierwiastki bloku s pierwiastki bloku p pierwiastki bloku d pierwiastki bloku f konfiguracja helowców: He 1 s 2 Ne 1 s 22 s 2 p 6 Ar 1 s 22 s 2 p 63 s 2 p 6 Kr 1 s 22 s 2 p 63 s 2 p 6 d 104 s 2 p 6 Xe 1 s 22 s 2 p 63 s 2 p 6 d 104 s 2 p 6 d 105 s 2 p 6 Rn 1 s 22 s 2 p 63 s 2 p 6 d 104 s 2 p 6 d 10 f 145 s 2 p 6 d 106 s 2 p 6

ważne wyjątki H He Li Be B C N O Na Mg Al Si P F Ne S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Ce. . . Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Th. . . No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No chrom, Cr Cr powinno być [Ar]3 d 44 s 2 3 d 4 s jest [Ar]3 d 54 s 1 Cr miedź, Cu powinno być [Ar]3 d 94 s 2 jest [Ar]3 d 104 s 1 srebro, Ag powinno być [Kr]4 d 95 s 2 jest [Ar]4 d 105 s 1 lantan, La powinno być [Xe]4 f 16 s 2 jest [Ar]5 d 16 s 2 3 d 4 s

wyjątki od reguł zapełniania orbitali H He Li Be B C N O F Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti Rb Sr Y V Ne Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te Cs Ba La* Hf Ta W Re Os Ir I Xe Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac** Rf Db Sg Bh Hs Mt La* Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Ac** Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr 1 e– (s d) 2 e– (s d) 1 e– (f d) 2 e– (f d)

ważniejsze pierwiastki H He Li Be B C N O Na Mg Al Si P F Ne S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Ce. . . Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Th. . . No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No