chemia stosowana I

temat:

elektrony i orbitale

jądro atomowe

elektron (negaton) e–

proton p+

neutron n0

oddziaływania:siły jądrowe

(krótki zasięg)elektrostatyczne

(odpychanie protonów)

nukleony

(jądro atomowe)

1H12D1

3T1

izotopy: ta sama liczba atomowaizobary: ta sama liczba masowa

izotony: ta sama liczba neutronów

liczba atomowa, Z

liczba masowa, A

1H1

wodó

r

4 He2

hel

7Li3

lit

prot deuter tryt

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 korpuskularno-falowego

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.

Musi mieć sens fizyczny: |(x,y,z)|2dv =

1

liczby kwantowe:

główna, n energia elektronu

poboczna, l moment pędu elektronu

magnetyczna, m ustawienie wektora momentu pędu względem pola magnetycznego

liczby kwantowe

•spinowa liczba kwantowa s = +1/2

•magnetyczna spinowa liczba kwantowa ms = –1/2,

+1/2

•główna liczba kwantowa n = 1, 2, 3, ...

•poboczna liczba kwantowa l = 0, 1, ..., (n – 1)

•magnetyczna liczba kwantowa m = (–l, ..., –1, 0,

1, ..., l)

powłokiK, L, M, N, O, P,

Q, ...

podpowłokis, p, d, f, g, ...

Określają jednoznacznie kształt orbitalu elektronowego - obszaru przestrzeni o określonym prawdopodobieństwie przebywania elektronu.

orbitale atomowe

n = 1 l = 0 m = 0

(1s)n = 2 l = 0 m = 0

(2s)n = 2 l = 1 m = 0, ±1 (2p)

n = 3 l = 1 m = 0, ±1 (3p)

n = 3 l = 0 m = 0

(3s)

n = 3 l = 2 m = 0, ±1, ±2 (3d)

orbitale atomowe

n = 4 l = 1 m = 0, ±1 (4p)

n = 4 l = 0 m = 0

(4s)

n = 4 l = 2 m = 0, ±1, ±2 (4d)

n = 4 l = 3 m = 0, ±1, ±2, ±3 (4f)

poziomy energetyczne

W atomach wieloelektronowych oddziaływania się komplikują, energia orbitalu zależy od wartości pobocznej liczby kwantowej.

en

erg

ia

1s

2s

3s

4s

5s5p

4p

3p

2p

3d

4d

6s6p 5d 4f

7s6d 5f

1s

2s 2p

3s 3p 3d

4s 4p 4d 4f

5s 5p 5d 5f 5g

6s 6p 6d 6f ...

7s 7p ...

...

zapełnianie orbitali atomowychZakaz 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.

1s 2s 2pNe

1s 2s 2pF

1s 2s 2pO

1s 2s 2pN

1s 2s 2pC

1s 2s 2pB

1s 2sBe

1s 2sLi

1sHe

1sH

zapełnianie orbitali atomowychNa 1s22s2p6 3s1 = [Ne]3s1

Mg 1s22s2p6 3s2 = [Ne]3s2

Al 1s22s2p6 3s2p1 = [Ne]3s2p1

...Cl 1s22s2p6 3s2p5 = [Ne]3s2p5

Ar 1s22s2p6 3s2p6 = [Ne]3s2p6 = [Ar]

K 1s22s2p63s2p64s1 = [Ar]4s1

Ca 1s22s2p63s2p64s2 = [Ar]4s2

Sc 1s22s2p63s2p6d1 4s2 = [Ar]3d14s2

Ti 1s22s2p63s2p6d2 4s2 = [Ar]3d24s2

...Zn 1s22s2p63s2p6d10 4s2 = [Ar]3d104s2

Ga 1s22s2p63s2p6d10 4s2p1 = [Ar]3d104s2p1...Kr 1s22s2p63s2p6d10 4s2p6 = [Ar]3d104s2p6 = [Kr]

układ okresowy Mendelejewa

galGa

germanGe

skandSc

helHe

neonNe

argonAr

kryptonKr

ksenonXe

0

wodórH

litLi

sódNa

potasK

rubidRb

cezCs

berylBe

magnezMg

wapńCa

strontSr

barBa

borB

glinAl

indIn

talTl

węgielC

krzemSi

cynaSn

ołówPb

azotN

fosforP

arsenAs

antymonSb

bizmutBi

tlenO

siarkaS

selenSe

tellurTe

fluorF

chlorCl

bromBr

jodI

itrY

lantanLa

tytanTi

cyrkonZr

hafnHf

wanadV

niobNb

tantalTa

chromCr

molibdenMo

wolframW

manganMn

renRe

żelazoFe

rutenRu

osmOs

kobaltCo

rodRh

irydIr

nikielNi

palladPd

platynaPt

miedźCu

srebroAg

złotoAu

cynkZn

kadmCd

rtęćHg

I

II III IV V VI VII

1

2

3

4

5

6

H

Li

Na

K

Rb

Cs

Fr

Be

Mg

Ca

Sr

Ba

Ra

La*

Ac**

La*

Ac**

Ce

Th

Pr

Pa

Sc

Y

Nd

U

Ti

Zr

Hf

Rf

Pm

Np

V

Nb

Ta

Db

Sm

Pu

Cr

Mo

W

Sg

Eu

Am

Mn

Tc

Re

Bh

Gd

Cm

Fe

Ru

Os

Hs

Tb

Bk

Co

Rh

Ir

Mt

Dy

Cf

Ni

Pd

Pt

Ho

Es

Cu

Ag

Au

Er

Fm

Zn

Cd

Hg

Tm

Md

B

Al

Ga

In

Tl

Yb

No

C

Si

Ge

Sn

Pb

N

P

As

Sb

Bi

O

S

Se

Te

Po

F

Cl

Br

I

At

He

Ne

Ar

Kr

Xe

Rn

Lu

Lr

układ okresowy długi

Be B

Si

Ge As

Sb Te

Po

H

C N

P

O

S

Se

F

Cl

Br

I

At

He

Ne

Ar

Kr

Xe

Rn

Li

Na

K

Rb

Cs

Fr

Mg

Ca

Sr

Ba

Ra

La*

Ac**

La*

Ac**

Ce

Th

Pr

Pa

Sc

Y

Nd

U

Ti

Zr

Hf

Rf

Pm

Np

V

Nb

Ta

Db

Sm

Pu

Cr

Mo

W

Sg

Eu

Am

Mn

Tc

Re

Bh

Gd

Cm

Fe

Ru

Os

Hs

Tb

Bk

Co

Rh

Ir

Mt

Dy

Cf

Ni

Pd

Pt

Ho

Es

Cu

Ag

Au

Er

Fm

Zn

Cd

Hg

Tm

Md

Al

Ga

In

Tl

Yb

No

Sn

Pb Bi

Lu

Lr

metale metaloidy niemetale gazy szlachetne

układ okresowy - bloki

pierwiastki bloku

s

H

Li

Na

K

Rb

Cs

Fr

Be

Mg

Ca

Sr

Ba

Ra

La

Ac

Ce

Th

La

Ac

...

...

Ce

Th

Yb

No

Pr

Pa

Sc

Y

Lu

Lr

Nd

U

Ti

Zr

Hf

Rf

Pm

Np

V

Nb

Ta

Db

Sm

Pu

Cr

Mo

W

Sg

Eu

Am

Mn

Tc

Re

Bh

Gd

Cm

Fe

Ru

Os

Hs

Tb

Bk

Co

Rh

Ir

Mt

Dy

Cf

Ni

Pd

Pt

Ho

Es

Cu

Ag

Au

Er

Fm

Zn

Cd

Hg

Tm

Md

B

Al

Ga

In

Tl

Yb

No

C

Si

Ge

Sn

Pb

N

P

As

Sb

Bi

O

S

Se

Te

Po

F

Cl

Br

I

At

He

Ne

Ar

Kr

Xe

Rn

pierwiastki bloku

ppierwiastki bloku

dpierwiastki bloku

f

konfiguracja helowców:He 1s2

Ne 1s22s2p6

Ar 1s22s2p63s2p6

Kr 1s22s2p63s2p6d104s2p6

Xe 1s22s2p63s2p6d104s2p6d105s2p6

Rn1s22s2p63s2p6d104s2p6d10f145s2p6d106s2p6

ważne wyjątki

chrom, Cr powinno być [Ar]3d44s2 jest [Ar]3d54s1

miedź, Cu powinno być [Ar]3d94s2 jest [Ar]3d104s1

srebro, Ag powinno być [Kr]4d95s2 jest [Ar]4d105s1

lantan, La powinno być [Xe]4f16s2 jest [Ar]5d16s2

H

Li

Na

K

Rb

Cs

Fr

Be

Mg

Ca

Sr

Ba

Ra

La

Ac

Ce

Th

La

Ac

...

...

Ce

Th

Yb

No

Pr

Pa

Sc

Y

Lu

Lr

Nd

U

Ti

Zr

Hf

Rf

Pm

Np

V

Nb

Ta

Db

Sm

Pu

Cr

Mo

W

Sg

Eu

Am

Mn

Tc

Re

Bh

Gd

Cm

Fe

Ru

Os

Hs

Tb

Bk

Co

Rh

Ir

Mt

Dy

Cf

Ni

Pd

Pt

Ho

Es

Cu

Ag

Au

Er

Fm

Zn

Cd

Hg

Tm

Md

B

Al

Ga

In

Tl

Yb

No

C

Si

Ge

Sn

Pb

N

P

As

Sb

Bi

O

S

Se

Te

Po

F

Cl

Br

I

At

He

Ne

Ar

Kr

Xe

Rn

3d 4sCr

3d 4sCr

wyjątki od reguł zapełniania orbitaliH

Li

Na

K

Rb

Cs

Fr

Be

Mg

Ca

Sr

Ba

Ra

La*

Ac**

La*

Ac**

Ce

Th

Pr

Pa

Sc

Y

Nd

U

Ti

Zr

Hf

Rf

Pm

Np

V

Nb

Ta

Db

Sm

Pu

Cr

Mo

W

Sg

Eu

Am

Mn

Tc

Re

Bh

Gd

Cm

Fe

Ru

Os

Hs

Tb

Bk

Co

Rh

Ir

Mt

Dy

Cf

Ni

Pd

Pt

Ho

Es

Cu

Ag

Au

Er

Fm

Zn

Cd

Hg

Tm

Md

B

Al

Ga

In

Tl

Yb

No

C

Si

Ge

Sn

Pb

N

P

As

Sb

Bi

O

S

Se

Te

Po

F

Cl

Br

I

At

He

Ne

Ar

Kr

Xe

Rn

Lu

Lr

1e– (s d) 2e– (s d)

1e– (f d) 2e– (f d)

ważniejsze pierwiastki

H

Li

Na

K

Rb

Cs

Fr

Be

Mg

Ca

Sr

Ba

Ra

La

Ac

Ce

Th

La

Ac

...

...

Ce

Th

Yb

No

Pr

Pa

Sc

Y

Lu

Lr

Nd

U

Ti

Zr

Hf

Rf

Pm

Np

V

Nb

Ta

Db

Sm

Pu

Cr

Mo

W

Sg

Eu

Am

Mn

Tc

Re

Bh

Gd

Cm

Fe

Ru

Os

Hs

Tb

Bk

Co

Rh

Ir

Mt

Dy

Cf

Ni

Pd

Pt

Ho

Es

Cu

Ag

Au

Er

Fm

Zn

Cd

Hg

Tm

Md

B

Al

Ga

In

Tl

Yb

No

C

Si

Ge

Sn

Pb

N

P

As

Sb

Bi

O

S

Se

Te

Po

F

Cl

Br

I

At

He

Ne

Ar

Kr

Xe

Rn