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

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Atomok, elektronok. Általános Kémia - Elektronok, Atomok. Dia 1/61"

Géza Szőke
5 évvel ezelőtt
Látták:

1 , elektronok 2-1 Elektromágneses sugárzás 2-2 Atomi spektrum 2-3 Kvantumelmélet 2-4 Bohr-atom 2-5 Az új kvantummechanika 2-6 Hullámmechanika 2-7 A hidrogénatom hullámfüggvényei Dia 1/61

2 , elektronok 2-8 Elektronsűrűség 2-9 Elektron spin 2-10 Több elektronos atomok 2-11 Elektron konfigurációk 2-12 Elektron konfigurációk és a periódusos rendszer Dia 2/61

3 2-1 Elektromágneses sugárzás Elektromos és mágneses mezők hullám alakban terjednek az üres téren vagy a közegen keresztül. A hullám energiát visz át. Dia 3/61

4 EM sugárzás Kis Nagy Dia 4/61

5 Frekvencia, Hullámhossz és Sebesség Frekvencia ( ) Hertz Hz vagy s -1. Hullámhossz (λ) méter m. cm mm μm nm Å pm 10 2 m 10 3 m 10 6 m 10 9 m m m Sebesség (c) m s -1. c = λ λ = c/ = c/λ Dia 5/61

6 Elektromágneses színképtartomány Dia 6/61

7 ROYGBIV Red Orange Yellow 700 nm 450 nm Green Blue Indigo Violet Prentice-Hall 2002 Általános Kémia -- Elektronok, Dia 7/61 Dia 8

8 Konstruktív és destruktív interferencia Dia 8/61

9 Interferencia Dia 9/61

10 Fénytörés Dia 10/61

11 2-2 Atomszínképek Dia 11/61

12 Atomszenképek Dia 12/61

13 Fekete test sugárzása: 2-3 Kvantumelmélet Max Planck, 1900: I v, T = 2hv 3 c 2 (e hv kt 1) Energia, az anyaghoz hasonlóan nem folytonos. E(kvantum) = h Slide 13 of 60

14 Feketetest spektruma A hőmérséklet emelkedésével a kibocsátott fény színe változik. Vörös felől a kék felé tolódik el. Dia 14/61

15 A fotoelektromos hatás (Einstein Nobel díj 1921) Bizonyos fémek esetében a beeső elektromágneses sugárzás elektronok kibocsátását eredményezi. Ha a fény frekvenciája nagyobb, mint a küszöbfrekvencia: > o (küszöbfrekvencia) e ~ I (áramerősség) e k ~ (az elektron kinetikus energiája) Dia 15/61

A kilökődött elektron kinetikus energiája mérhető: e k = 1 2 mv 2 = e - V

16 A fotoelektromos hatás A foton maradék energiája az elektron kilépésére és gyorsítására fordítódik. A kilökődött elektron kinetikus energiája mérhető: e k = 1 2 mv 2 = e - V s Ahol V s az elektron megállítási feszültség A foton frekvencia nagyobb kell legyen mint o : V s = k ( - o ) Dia 16/61

17 A fotoelektromos hatás Dia 17/61

18 A töltések viselkedése General Chemistry: Chapter 2 Dia 18/61

19 Katódsugárcső General Chemistry: Chapter 2 Dia 19/61

20 A katódsugárcső tulajdonságai Elektron m/e = x 10-9 g coulomb -1 General Chemistry: Chapter 2 Dia 20/61

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

21 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 2 Dia 21/61

22 ionizált olajcseppek Dia 22/61

Radioaktivitás A radioaktivitás a nem stabil (úgynevezett radioaktív) atommagok bomlásának következménye. Nagy energiájú ionizáló sugárzás távozik. a-részecskék: He 2+ atommag, a papír elnyeli.

23 Radioaktivitás A radioaktivitás a nem stabil (úgynevezett radioaktív) atommagok bomlásának következménye. Nagy energiájú ionizáló sugárzás távozik. a-részecskék: He 2+ 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. Forrás: Wikipedia.org General Chemistry: Chapter 2 Dia 23/61

24 Az atommag Geiger, Mardsen és Rutherford 1909 A kísérlet filmen General Chemistry: Chapter 2 Dia 24/61

25 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 2 Dia 25/61

26 A maggal rendelkező atom Rutherford proton 1918 Segré, Chamberlain antiproton 1955 Cork antineutron 1956 James Chadwick neutron 1932 General Chemistry: Chapter 2 Dia 26/61

27 Az atommag Az atom átmérője m 1 Å Az atommag átmérője m Részecske Nyugalmi tömeg Töltés kg u Coulomb (e) Elektron , x Proton , x Neutron , General Chemistry: Chapter 2 Dia 27/61

28 Atomi dimenziók Hasznos egységek: A legnehezebb atom 4, g Átmérője m. 1 u (atomic mass unit) = 1, kg 1 pm (picometer) = m 1 Å (Angstrom) = m = mm = 100 pm A legnagyobb atom 240 u és 5 Å. C-C kötés távolsága 154 pm (1,54 Å) General Chemistry: Chapter 2 Dia 28/61

29 2-4 Bohr-atom E = R H n 2 R H = 2, J Dia 29/61

30 Energia szintek ΔE = E f E i = -R H n f 2 -R H n i 2 1 = R H ( ni 2 1 n f 2 ) = h = h c λ Dia 30/61

31 A hidrogén atom ionizációs energiája 1 ΔE = R H ( ni 2 1 n f 2 ) = h Ha n f végtelenhez tart : 1 h = R H ( ni 2 ) = R H A hidrogénszerű ionokra, pl.: He +, Li 2+, is érvényes, h = Z 2 R H Dia 31/61

32 Emissziós és abszorpciós spektroszkópia Dia 32/61

33 2-5 Az új kvantummechanika Hullám-részecske természet. Einstein-fotonok: ezzel magyarázható a fotoelektromos jelenség. A difrakció szerint viszont a fény hullám. debroglie, 1924 Az anyag kis részecskéi kettős természetűek. Dia 33/61

34 debroglie anyaghullámok E = mc 2 h = mc 2 h /c = mc = p p = h/λ λ = h/p = h/mv Dia 34/61

35 Elektrondiffrakció Davisson és Thomson Nobel díj: 1937 Dia 35/61

36 A bizonytalansági elv Werner Heisenberg (1927) Δx Δp h 4π x m v Ha nagy tömeg (m), a 2 x v kicsi. Az elektron tömege 2000-szer kisebb a protonénál, ezért az elektron esetében ez a bizonytalanság jobban érzékelhető. Dia 36/61

37 Állóhullámok. 2-6 Hullámmechanika A zérushelyek (csomópontok, angolul: nodes) nem változtatják a helyzetüket. λ = 2L, n = 1, 2, 3 n Dia 37/61

38 Hullámfüggvények ψ, pszi, hullámfüggvény. Egy állóhullám a rendszer határain belül. Részecske 1 dimenziós potenciálgödörben: ψn 2 L sin E n = (n π /L) 2 /2 n x L Ahol n a kvatumszám, L a hossz. Dia 38/61

39 Az elektron megtalálási valószínűsége Probability valószínűség (az energiaskála nem méretarányos,) Dia 39/61

40 2-7 A hidrogénatom hullámfüggvényei Schrödinger, 1927: 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 2 y 1 2 z 2 R(r) radiális hullámfüggvény. Y(θ,φ) szögfüggő hullámfüggvény. Slide 40 of 60

41 Kvantumszámok Fő-kvantumszám (héjak, an. Shell), n = 1, 2, 3 Szögfüggő mellék-kvsz. (alhéjak, an. subshell), l = 0, 1, 2 (n-1) l = 0, s l = 1, p l = 2, d l = 3, f mágneses kvantumszám, m l = - l -2, -1, 0, 1, 2 +l Slide 41 of 60

42 Pályaenergiák (H-atomra) Dia 42/61

43 Egyszerűsített egyenletek (Z=1, a 0 =1) n l m Jelölés R nl (r) Y(f, ) valós s 2e r s (2 r)e r p r z 2 6 e 2 1 (±1) 2p r x,y 2 6 e r 2 r 2 2 π 1 2 π 3 z 2 π r 3 2 π 3 2 π x r, y r Komplex Igen e ±if Slide 43 of 60

44 Az atompályák alakja Dia 44/61

45 p pályák Dia 45/61

46 d pályák Dia 46/61

47 2-8 Elektronsűrűség s pályák r (távolság) 2 1s e 2 r π 2 2s 2 3s Dia 47/61

48 p pályák elektronsűrűsége 2 2 p x Dia 48/61

49 Radiális elektronsűrűség r(r) = 4 r 2 2 (r) Az elektronok megtalálási valószínűsége az r sugarú gömb felületén. (A gömb felületének nagysága = 4 r 2 ). r 4r 2 e 2r 1s Hol lesz maximális? r = 1! Bizonyítsák. Slide 49 of 60

50 2-9 Elektronspin: a negyedik kvantumszám Dia 50/61

51 2-10 Több elektronos atomok Az eddig bemutatott megoldások egyetlen elektronra vonatkoztak. Elektron-elektron taszítás lép fel több elektronos atomokban. A pályákat hidrogén-szerűnek vesszük ezekben is (közelítés). Dia 51/61

52 Árnyékolás Törzs elektronok árnyékoló hatása Vegyérték elektron Z a mag töltése S az árnyékolás: Z eff = Z S Ionizációs energia: I R H Z eff 2 n 2 Általános Kémia, Periódikus tulajdonságok Dia 52/61

53 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 N2 az elektronok száma kettő vagy több héjjal lejjebb(n-2 és kisebb). Az effektiv magtöltés Z eff = Z - S Dia 53/61

54 2-11 Elektronkonfigurációk 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, m s ). Hund-szabály (maximális multiplicitás ). Azonos energiájú pályákat az elektronok egyszeresen betöltve, párhuzamos spinnel töltik fel, amíg ez lehetséges. Dia 54/61

55 Pályaenergiák Dia 55/61

56 pálya betöltés Dia 56/61

57 Aufbau elv és Hund-szabály B C E(1s) < E(2s) < E(2p) Dia 57/61

58 p pályák betöltése Dia 58/61

59 Elektronkonfiguráció Egy olyan rövid jelölés, amely leírja, hány elektron tölti be a rendelkezésre álló pályákat, pl. B: 1s 2 2s 2 2p 1 C: 1s 2 2s 2 2p 2 N: 1s 2 2s 2 2p 3 O: 1s 2 2s 2 2p 4 F: 1s 2 2s 2 2p 5 Ne: 1s 2 2s 2 2p 6 jelölése: [Ne] (10 elektron) Dia 59/61

60 d pályák betöltése Dia 60/61

61 Electon Konfigurációk of Some Groups of Elements Dia 61/61

62 2-12 Elektronkonfigurációk és a periódusos rendszer Dia 62/61

63 Alkáli fémek Periódusos rendszer Alkáli földfémek Halogének D-elemek Főcsoport Nemes Gázok Főcsoport Lantanidák és Aktinidák

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