Elektronok, atomok. Általános Kémia - Elektronok, Atomok. Slide 1 of 60

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Elektronok, atomok. Általános Kémia - Elektronok, Atomok. Slide 1 of 60"

Artúr Fábián
5 évvel ezelőtt
Látták:

1 Elektronok, atomok -1 Elektromágneses sugárzás - Atomi Spektrum -3 Kvantumelmélet -4 A Bohr Atom -5 Az új Kvantummechanika -6 Hullámmechanika -7 A hidrogénatom hullámfüggvényei Slide 1 of 60

2 Tartalom -8 Elektronsűrűség -9 Elektron spin -10 Több elektronos atomok -11 Elektron Konfigurációk -1 Elektron Konfigurációk és a Periódusos táblázat Slide of 60

3 -1 Elektromágneses sugárzás Elektromos és mágneses mezők hullám alakban terjednek az üres téren vagy a közegen keresztül. A hullám energiát visz át. Slide 3 of 60

4 EM sugárzás Kis Nagy Slide 4 of 60

5 Frekvencia, Hullámhossz és Sebesség Frekvencia () in Hertz Hz vagy s -1. Hullámhossz (λ) méter m. cm m nm Å pm (10 - m) (10-6 m) (10-9 m) (10-10 m) (10-1 m) Sebesség (c) m s -1. c = λ λ = c/ = c/λ Slide 5 of 60

6 Electromágneses Spektrum Slide 6 of 60

7 ROYGBIV Red Orange Yellow 700 nm 450 nm Green Blue Indigo Violet 8 Prentice-Hall 00 Általános Kémia -- Elektronok, Slide 7 of Slide 60

8 Konstruktiv és Destruktiv Interferencia Slide 8 of 60

9 Interferencia Slide 9 of 60

10 Fénytörés Slide 10 of 60

11 - Atomi Spektrum Slide 11 of 60

12 Atomi spektrum Slide 1 of 60

13 Fekete test sugárzása: -3 Kvantumelmélet Max Planck, 1900: I v, T = hv 3 c (e hv kt 1) Energia, az anyaghoz hasonlóan nem folytonos. E(kvantum) = h Slide 13 of 60

14 Fekete test spektruma A hőmérséklet emelkedésével a kibocsátott fény színe változik. Vörös felől a kék felé tolódik el. Slide 14 of 60

15 A fotoelektromos hatás (Einstein Nobel díj 191) Bizonyos fémekre beeső elektromágneses sugárzás elektronok kibocsátását eredményezi. Fotoelektromos hatás (fotoeffektus, fényelektromos jelenség) > o e - ~ I e k ~ küszöb frekvencia Slide 15 of 60

16 Megállítási feszültség A fotoelektromos hatás A beeső fény energiája Slide 16 of 60

17 A fotoelektromos hatás A megállítási feszültség: a kilökődött elektron teljes energiáját fedezi a feszültség. 1 mv = ev s Magasabb foton frekvencia (energia) mint o : V s = k ( - o ) Slide 17 of 60

18 A fotoelektromos hatás E k = ev s E o = h o o = ev o h ev o, és ezért o, jellemző a fémre. Az energia megmaradás elve szerint: E photon = E k + E binding h = 1 mv + ev o E k = E photon - E binding ev s = 1 mv = h - ev o Slide 18 of 60

19 A fotoelektromos hatás Dia 19/61

20 A töltések viselkedése General Chemistry: Chapter Slide 0 of 5

21 Katódsugárcső General Chemistry: Chapter Slide 1 of 5

22 A katódsugárcső tulajdonságai Elektron m/e = x 10-9 g coulomb -1 General Chemistry: Chapter Slide of 5

Az elektron töltése 1906-1914 Robert Millikan: ionizált olajcseppek esetében elektromos mezővel kiegyensúlyozta a

23 Az elektron töltése Robert Millikan: ionizált olajcseppek esetében elektromos mezővel kiegyensúlyozta a gravitációt. A töltés az elektron töltésének (e) egész számú többszöröse. General Chemistry: Chapter Slide 3 of 5

24 ionizált olajcseppek Dia 4/61

25 Radioaktivitás A radioaktivitás a nem stabil (úgynevezett radioaktív) atommagok bomlásának következménye. Nagy energiájú ionizáló sugárzás távozik. a-részecskék: He + 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 Slide 5 of 5

26 Radioaktivitás + Papír - Al Pb Forrás:Wikipedia.org Slide 6 of 60

27 Az atommag Rutherford: Geiger és Mardsen General Chemistry: Chapter Slide 7 of 5

28 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 Slide 8 of 5

29 A maggal rendelkező atom Rutherford proton 1918 Segré, Chamberlain antiproton 1955 Cork antineutron 1956 James Chadwick neutron 193 General Chemistry: Chapter Slide 9 of 5

30 Az atommag Az atom átmérője m 1 Å Az atommag átmérője m Részecske Nyugalmi tömeg Töltés kg amu Coulomb (e) Elektron x x Proton x x Neutron x General Chemistry: Chapter Slide 30 of 5

31 Atomi dimenziók Hasznos egységek: A legnehezebb atom 4.8 x 10 - g Átmérője 5 x m. 1 amu (atomic mass unit) = x 10-4 kg 1 pm (picometer) = 1 x 10-1 m 1 Å (Angstrom) = 1 x m = 100 pm = 1 x 10-8 cm A legnagyobb atom 40 amu és 5 Å. C-C kötés távolsága 154 pm (1.54 Å) General Chemistry: Chapter Slide 31 of 5

32 -4 Bohr Atom E = -R H n R H = J Slide 3 of 60

33 Energia szintek ΔE = E f E i = -R H n f -R H n i 1 = R H ( ni 1 n f ) = h = h c λ Dia 33/61

34 Hidrogén spektruma (nm) λ = h c ΔE Slide 34 of 60

35 A hidrogén atom ionizációs energiája 1 ΔE = R H ( ni 1 n f ) = h Ha n f végtelenhez tart : 1 h = R H ( ni ) = R H A hidrogénszerű ionokra, pl.: He +, Li +, is érvényes, h = Z R H Dia 35/61

36 Emissziós és abszorpciós spektroszkópia Slide 36 of 60

37 Látható atomi emissziós spektrum Slide 37 of 60

38 -5 Az új kvantummechanika Hullám-részecske természet. Einstein fotonok: ezzel magyarázható a fotoelektromos jelenség. A diffrakció szerint viszont a fény hullám. debroglie, 194 Az anyag kis részecskéi kettős természetűek. Slide 38 of 60

39 debroglie anyaghullámok E = mc h = mc h/c = mc = p p = h/λ λ = h/p = h/mv Dia 39/61

40 Elektrondiffrakció Davisson és Thomson Nobel díj: 1937 Dia 40/61

41 A bizonytalansági elv Werner Heisenberg 197 Δx Δp h 4π x m v Ha nagy tömeg (m) a x v kicsi. Az elektron tömege 000-szer kisebb a protonénál, ezért az elektron esetében ez a bizonytalanság jobban érzékelhető Slide 41 of 60

42 Álló hullámok. -6 Hullámmechanika A zérushelyek (csomópontok, angolul: nodes) nem változtatják a helyzetüket. λ = L, n = 1,, 3 n Slide 4 of 60

43 Hullámfüggvények ψ, pszi, hullámfüggvény. Egy álló hullámfüggvény a rendszer határain belül. Részecske 1 dimenziós potenciáldobozban: ψn L E n = (n π /L) / n x sin L Slide 43 of 60

44 Az elektron megtalálási valószínűsége Probability valószínűség (az energiaskála nem méretarányos,) Slide 44 of 60

45 Hamilton operátor A teljes energia = kinetikus + potenciális Slide 45 of 60 V T H V T H operátor ˆ ˆ ˆ m p T m p mv T operátor ˆ ˆ 1 z y x i i p ˆ dx d i x p ˆ ˆ ˆ z y x m m m p T

46 Hamilton operátor. A potenciális energia operátora, atomi egység Vˆ q Ahol a mag töltése: Ahol az elektron töltése: Z q rˆ e Ahol r Z a mag helyzete, r Z = 0,0,0 (origó) Hˆ 1 Tˆ Vˆ ˆ q rˆ Z Z q rˆ e e q Z q e r e 1 1 Slide 46 of 60

47 Kvantumfizika és kémia Ĥ E E. Schrödinger The fundamental idea of wave mechanics P. A. M. Dirac Theory of electrons and positrons 47

48 -7 A hidrogénatom hullámfüggvényei Schrödinger, 197: Gömbszimmetrikus potenciáltér V(x,y,z) = - 1/r 1 H (x,y,z) H (r,θ,φ) r (derékszögű polár) ψ(r,θ,φ) = R(r) Y(θ,φ) Ĥ E x y 1 z R(r) radiális hullámfüggvény. Y(θ,φ) szögfüggő hullámfüggvény. Slide 48 of 60

49 Kvantumszámok Fő-kvantumszám (héjak, an. Shell), n = 1,, 3 Szögfüggő mellék-kvsz. (alhéjak, an. subshell), l = 0, 1, (n-1) l = 0, s l = 1, p l =, d l = 3, f mágneses kvantumszám, m l = - l -, -1, 0, 1, +l Slide 49 of 60

50 Pálya energiák Slide 50 of 60

51 10-8 Interpreting és Representing a pályák of a Hydrogen Atom. Slide 51 of 60

52 Egyszerűsített egyenletek (Z=1, a 0 =1) n l m Jelölés R nl (r) Y(f,) valós s e -r s 1 (-r)e r 1 0 p r z 6 e 1 (±1) p r x,y 6 e r r π 1 π 3 z π r 3 π 3 π x r, y r Komplex Igen e ±if Slide 5 of 60

53 Az s pályák R n,0 (r) függvényei Slide 53 of 60

54 Az p pályák R n,1 (r) függvényei Slide 54 of 60

55 p pályák Slide 55 of 60

56 d pályák Slide 56 of 60

57 Az atompályák alakja Slide 57 of 60

58 -8 Elektronsűrűség s pályák r (távolság) 1s e r π s 3s Dia 58/61

59 p pályák elektronsűrűsége p x Slide 59 of 60

60 Radiális elektronsűrűség r(r) = 4 r (r) Az elektronok megtalálási valószínűsége az r sugarú gömb felületén. (A gömb felületének nagysága = 4 r ). r 4r e r 1s Hol lesz maximális? r = 1! Bizonyítsák. Slide 60 of 60

61 -9 Elektron Spin: a negyedik kvantumszám Slide 61 of 60

62 -10 Több elektronos atomok Az eddig bemutatott megoldások egyetlen elektronra vonatkoztak. Több elektron esetén: A pályákat hidrogén-szerűnek közelítjük. Elektron-elektron taszítás lép fel. A két elektron közös hullámfüggvénye az elektronok felcserélésére antiszimmetrikus: Slide 6 of 60

63 Screening (Árnyékolás) Törzs elektronok árnyékoló hatása Z eff = Z S Z E n = - R eff H n Általános Kémia, Periódikus tulajdonságok Slide 63 of 60

64 Árnyékolás (S) Slater szabályok: 1s elektron, S = 0.3. s vagy p pályán, n > 1, az árnyékolási konstans S = 1.00 N N N0 N0 a többi elektron száma azonos héjon, N1 az elektronok száma egy héjjal lejjebb (n-1), és N az elektronok száma kettő vagy több héjjal lejjebb(n- és kisebb). Az effektiv magtöltés Z eff = Z - S Slide 64 of 60

65 -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, m l, s). Hund szabály (maximális multiplicitás ). Azonos energiájú pályákat az elektronok egyszeresen betöltve párhuzamos spinnel töltik fel, amíg ez lehetséges. Slide 65 of 60

66 pálya energiák Slide 66 of 60

67 pálya betöltés Slide 67 of 60

68 Aufbau elv és Hund-szabály B C E(1s) < E(s) < E(p) Dia 68/61

69 p pályák betöltése Slide 69 of 60

70 Elektronkonfiguráció Egy olyan rövid jelölés, amely leírja, hány elektron tölti be a rendelkezésre álló pályákat, pl. B: 1s s p 1 C: 1s s p N: 1s s p 3 O: 1s s p 4 F: 1s s p 5 Ne: 1s s p 6 jelölése: [Ne] (10 elektron) Dia 70/61

71 d pályák betöltése Slide 71 of 60

72 Electon Konfigurációk of Some Groups of Elements Slide 7 of 60

73 -1 Elektron konfigurációk és a periódusos táblázat Slide 73 of 60

Hasonló dokumentumok

Elektronok, atomok. Általános Kémia - Elektronok, Atomok. Dia 1/61

Elektronok, atomok. Általános Kémia - Elektronok, Atomok. Dia 1/61 Elektronok, atomok 2-1 Elektromágneses sugárzás 2-2 Atomi Spektrum 2-3 Kvantumelmélet 2-4 A Bohr Atom 2-5 Az új Kvantummechanika 2-6 Hullámmechanika 2-7 Kvantumszámok Dia 1/61 Tartalom 2-8 Elektronsűrűség