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"

Teréz Biróné
5 évvel ezelőtt
Látták:

1 Elektronok, atomok 10-1 Elektromágneses sugárzás 10- Atomi Spektrum 10-3 Kvantumelmélet 10-4 A Bohr Atom 10-5 Az új Kvantummechanika 10-6 Hullámmechanika 10-7 Kvantumszámok Slide 1 of 60

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

3 10-1 Electromágneses 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 10- Atomi Spektrum Slide 11 of 60

12 Atomi spektrum Slide 1 of 60

13 10-3 Kvantumelmélet Fekete test sugárzás: Max Planck, 1900: Energia, az anyaghoz hasonlóan nem folytonos. є = 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 töltések viselkedése General Chemistry: Chapter Slide 19 of 5

20 Katódsugárcső General Chemistry: Chapter Slide 0 of 5

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

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

22 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 of 5

23 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 3 of 5

24 Radioaktivitás + Papír - Al Pb Forrás:Wikipedia.org Slide 4 of 60

25 Az atommag Geiger, Mardsen és Rutherford 1909 General Chemistry: Chapter Slide 5 of 5

26 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 6 of 5

27 A maggal rendelkező atom Rutherford proton 1918 Segré, Chamberlain antiproton 1955 Cork antineutron 1956 James Chadwick neutron 193 General Chemistry: Chapter Slide 7 of 5

28 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 8 of 5

29 Atomi dimenziók Hasznos egységek: A legnehezebb atom 4.8 x 10 - g Átmérője 5 x m. 1 amu (atomic mass unit) = x 10-7 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 9 of 5

30 10-4 Bohr Atom Elektron gerjesztés E = -R H n R H = J hv Fotonok kibocsátása emisszió Slide 30 of 60

31 Energia szintek ΔE = E f E i = -R H n f 1 = R H ( ni 1 n f -R H n i ) = h = hc/λ hc E Slide 31 of 60

32 A hidrogén emisszós spektruma (nm) h c E Slide 3 of 60

33 A hidrogén 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 is érvényes, pl. He +, Li + h = Z R H Slide 33 of 60

34 Emissziós és abszorpciós spektroszkópia Slide 34 of 60

35 Látható atomi emissziós spektrum Slide 35 of 60

36 10-5 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 36 of 60

37 debroglie anyaghullámok E = mc h = mc h/c = mc = p p = h/λ λ = h/p = h/mv Slide 37 of 60

38 X-Ray (Röntgen) Diffrakció Slide 38 of 60

39 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 39 of 60

40 Álló hullámok Hullámmechanika A zérushelyek (csomópontok, angolul: nodes) nem változtatják a helyzetüket. λ = L, n = 1,, 3 n Slide 40 of 60

41 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 41 of 60

42 Az elektron megtalálási valószínűsége Probability valószínűség (az energiaskála nem méretarányos,) Slide 4 of 60

43 Hamilton operátor A teljes energia = kinetikus + potenciális Slide 43 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

44 Hamilton operator. 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 44 of 60

45 Kvantumfizika és kémia Ĥ E E. Schrödinger The fundamental idea of wave mechanics P. A. M. Dirac Theory of electrons and positrons 45

46 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 46 of 60

47 10-7 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 47 of 60

48 Pálya energiák Slide 48 of 60

49 Az atompályák alakja, egyenletek: 10-8 Interpreting és Representing a pályák of a Hydrogen Atom. Slide 49 of 60

50 Egyszerűsített egyenletek Kvantumszámok Jelölés Radiális n l m R n,l (r) s e -r 0 0 s Szögfüggő valós Y l,m (q,f) Komplex tag 1 0 p z 1 (±1) p x,y, e ±i f Slide 50 of 60

51 Az s pályák R n,0 (r) függvényei e r r e r 81 3 r r r e Slide 51 of 60

52 A p pályák R n,1 (r) függvényei Slide 5 of 60

53 p pályák 3 x r R p r 3 y r R p r 3 z r R p r yz síkban nulla xz síkban nulla xy síkban nulla mert itt x=0 y=0 z=0, cos(θ) = z/r Slide 53 of 60

54 d pályák Slide 54 of 60

55 Az atompályák alakja, 3D összefoglalás Slide 55 of 60

56 10-8 Elektronsűrűség s pályák 1s s Slide 56 of 60

57 p pályák elektronsűrűsége p x Slide 57 of 60

58 Radiális elektronsűrűség r(r) = 4 r y (r) Az elektronok megtalálási valószínűsége az r sugarú gömb felületén A gömb felületének nagysága = 4 r Slide 58 of 60

59 10-9 Elektron Spin: a negyedik kvantumszám Slide 59 of 60

60 10-10 Több elektronos atomok Az eddig bemutatott megoldások egyetlen elektronra vonatkoztak. A pályákat hidrogén-szerűnek vesszük (közelítés). Elektron-elektron taszítás A két elektron hullámfüggvénye anti-, a (1) ( szimmetrikus ) 1 b Slide 60 of 60

61 Screening (Árnyékolás) Törzs elektronok árnyékoló hatása Z eff = Z S Z E n = - R eff H n Általános Kémia, Periódikus tulajdonságok Slide 61 of 60

62 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 6 of 60

63 10-11 Elektron Konfigurációk Aufbau elv. Az alacsonyabb energiájú pályák töltődnek fel előbb. Pauli kizárási elv (fermion). 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 63 of 60

64 pálya energiák Slide 64 of 60

65 pálya betöltés Slide 65 of 60

66 Aufbau elv és Hund szabály B C E(1s) < E(s) < E(p) Slide 66 of 60

67 p pályák betöltése Slide 67 of 60

68 d pályák betöltése Slide 68 of 60

69 Electon Konfigurációk of Some Groups of Elements Slide 69 of 60

70 10-1 Elektron konfigurációk és a periódusos táblázat Slide 70 of 60

Hasonló dokumentumok

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

Elektronok, atomok. Általános Kémia - Elektronok, Atomok. Slide 1 of 60 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 Tartalom -8