Molekulák világa 1. kémiai szeminárium

Hasonló dokumentumok
Molekulák világa 2. kémiai szeminárium. Szilágyi András

Kvantummechanikai alapok I.

Thomson-modell (puding-modell)

Atommodellek. Az atom szerkezete. Atommodellek. Atommodellek. Atommodellek, A Rutherford-kísérlet. Atommodellek

Kvantummechanika. - dióhéjban - Kasza Gábor július 5. - Berze TÖK

2, = 5221 K (7.2)

Atommodellek de Broglie hullámhossz Davisson-Germer-kísérlet

January 16, ψ( r, t) ψ( r, t) = 1 (1) ( ψ ( r,

Fermi Dirac statisztika elemei

Az anyagszerkezet alapjai. Az atomok felépítése

2015/16/1 Kvantummechanika B 2.ZH

A kvantummechanikai atommodell

Bevezetés a modern fizika fejezeteibe. 4. (b) Kvantummechanika. Utolsó módosítás: november 9. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

Bevezetés a modern fizika fejezeteibe. 4. (a) Kvantummechanika. Utolsó módosítás: november 15. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

Az anyagok kettős (részecske és hullám) természete

Kémiai alapismeretek 2. hét

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

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

Atomfizika. A hidrogén lámpa színképei. Elektronok H atom. Fényképlemez. emisszió H 2. gáz

Az anyagszerkezet alapjai

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

Az anyagszerkezet alapjai. Az atomok felépítése

Atomok és molekulák elektronszerkezete

Szilárdtestek el e ek e tr t o r n o s n zer e k r ez e et e e t

3. A kvantummechanikai szemlélet kialakulása

Fizikai kémia 2. ZH I. kérdések I. félévtől

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

Kvantummechanika gyakorlat Beadandó feladatsor Határid : 4. heti gyakorlatok eleje

FELADATMEGOLDÁS. Tesztfeladat: Válaszd ki a helyes megoldást!

KVANTUMJELENSÉGEK ÚJ FIZIKA

Lendület. Lendület (impulzus): A test tömegének és sebességének szorzata. vektormennyiség: iránya a sebesség vektor iránya.

Elektronok mozgása nanostruktúrákban 2-D elektrongáz, kvantumdrót és kvantumpötty

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

A kvantummechanika kísérleti előzményei A részecske hullám kettősségről

Modern fizika laboratórium

Fizika 2 - Gyakorló feladatok

A spin. November 28, 2006

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

Elektronok, atomok. Tartalom

Néhány mozgás kvantummechanikai tárgyalása

Kifejtendő kérdések június 13. Gyakorló feladatok

A lézer alapjairól (az iskolában)

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

dinamikai tulajdonságai

A Schrödinger-egyenlet és egyszerű alkalmazásai

KVANTUMMECHANIKA. a11.b-nek

Radiokémia vegyész MSc radiokémia szakirány Kónya József, M. Nagy Noémi: Izotópia I és II. Debreceni Egyetemi Kiadó, 2007, 2008.

A kémiai kötés eredete; viriál tétel 1

Klasszikus és kvantum fizika

a Bohr-féle atommodell (1913) Niels Hendrik David Bohr ( )


Szilárdtestek sávelmélete. Sávelmélet a szabadelektron-modell alapján

Mézerek és lézerek. Berta Miklós SZE, Fizika és Kémia Tsz november 19.

Fizikai kémia 2. Előzmények. A Lewis-féle kötéselmélet A VB- és az MO-elmélet, a H 2+ molekulaion

Azonos és egymással nem kölcsönható részecskékből álló kvantumos rendszer makrókanónikus sokaságban.

3. A kvantummechanikai szemlélet kialakulása

Biofizika. Sugárzások. Csik Gabriella. Mi a biofizika tárgya? Mi a biofizika tárgya? Biológiai jelenségek fizikai leírása/értelmezése

A kémiai kötés magasabb szinten

Az elektromágneses hullámok

Kémiai alapismeretek 2. hét

AZ ELEKTROMÁGNESES SUGÁRZÁS KETTŐS TERMÉSZETE

ω mennyiségek nem túl gyorsan változnak

ATOMMODELLEK, SZÍNKÉP, KVANTUMSZÁMOK. Kalocsai Angéla, Kozma Enikő

Mit értünk a termikus neutronok fogalma alatt? Becsüljük meg a sebességüket 27 o C hőmérsékleten!

Jelöljük meg a kérdésnek megfelelő válaszokat! 1, Hullámokról általában: alapösszefüggések a harmonikus hullámra. A Doppler-effektus

SÍKBELI KERINGŐMOZGÁS SÍKBELI KERINGŐMOZGÁS

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Gépészmérnöki alapszak, Mérnöki fizika ZH, október 10.. CHFMAX. Feladatok (maximum 3x6 pont=18 pont)

Abszorpciós spektrumvonalak alakja. Vonalak eredete (ld. előző óra)

Két 1/2-es spinből álló rendszer teljes spinje (spinek összeadása)

A kémiai kötés magasabb szinten

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

A kvantumszámok jelentése: A szokásos tárgyalás a pályák alakját vizsgálja, ld. majd azt is; de a lényeg: fizikai mennyiségeket határoznak meg.

1. ábra. 24B-19 feladat

SCHRÖDINGER-EGYENLET SCHRÖDINGER-EGYENLET

11.3. Az Achilles- ín egy olyan rugónak tekinthető, amelynek rugóállandója N/m. Mekkora erő szükséges az ín 2 mm- rel történő megnyújtásához?


FIZIKA. Sugárzunk az elégedettségtől! (Atomfizika) Dr. Seres István

Folyadékszcintillációs spektroszkópia jegyz könyv

MATEMATIKA HETI 5 ÓRA

A +Q töltés egy L hosszúságú egyenes szakasz mentén oszlik el egyenletesen (ld ábra ábra

Alkalmazás a makrókanónikus sokaságra: A fotongáz

AZ ELEKTRON MÁGNESES MOMENTUMA. H mágneses erœtérben az m mágneses dipólmomentummal jellemzett testre M = m H forgatónyomaték hat.

Az elektron hullámtermészete. Készítette Kiss László

indeterminizmus a fizikában

(Independence, dependence, random variables)

OPTIKA. Fénykibocsátás mechanizmusa fényforrás típusok. Dr. Seres István

Geometriai vagy kinematikai természetű feltételek: kötések vagy. kényszerek. 1. Egy apró korong egy mozdulatlan lejtőn vagy egy gömb belső

A csillagközi anyag. Interstellar medium (ISM) Bonyolult dinamika. turbulens áramlások MHD

Közös minimum kérdések és Vizsgatételek a Fizika III tárgyhoz

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban 4/11/2016. A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Atomfizika I. Az anyagszerkezetről alkotott kép változása Ókori görög filozófusok régi kérdése: Miből vannak a testek? Meddig osztható az anyag?

Név... intenzitás abszorbancia moláris extinkciós. A Wien-féle eltolódási törvény szerint az abszolút fekete test maximális emisszióképességéhez

Részecskék hullámtermészete

Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai

Kézirat a Bevezetés a modern fizika fejezeteibe c. tárgyhoz írta: Márkus Ferenc (BME Fizika Tanszék) (utolsó módosítás: november 9.) 4.

FOTOKÉMIAI REAKCIÓK, REAKCIÓKINETIKAI ALAPOK

1 A kvantummechanika posztulátumai

Magszerkezet modellek. Folyadékcsepp modell

Atomfizika. FIB1208 (gyakorlat) Meghirdetés féléve 4 Kreditpont 3+2 Összóraszám (elmélet+gyakorlat) 3+2

Átírás:

GoBack

Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Szilágyi András 2008. október 6. Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 1

Kvantummechanika Klasszikus fizika eszközei tömegpont (idealizáció!) koordináta (tetszőlegesen pontosan meghatározható) impulzus (tetszőlegesen pontosan meghatározható) trajektória Értelmes kérdések,,hol vagy?,,mekkora a sebességed? (,,mekkora az impulzusod? ) Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 2

Kvantummechanika A tömegpont jellemzésére vezessünk be egy függvényt, majd szüntessük meg a szakadást,,,javítsuk meg! szakadásos függvény klasszikus tömegpont folytonos függvény (hullámfüggvény) kvantummechanikai objektum Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 3

Kvantummechanika A hullámfüggvény: Ψ = Ψ(x, y, z), R 3 C hogyan kódolja a helyet? hogyan kódolja az impulzust? Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 4

Kvantummechanika Egy P pont körüli kicsi V térfogatban a megtalálás valószínűsége: W = Ψ(P)Ψ(P) V = Ψ(P) 2 V Természetesen 1 valószínűséggel meg kell találni a részecskét (ha mindenhol keressük): Ψ(P) 2 dv = 1 V Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 5

Kvantummechanika A mozgást (impulzust) a görbe,,finomszerkezete, mintázata kódolja! Minél,,nyugtalanabb a görbe, minél inkább változik helyről helyre a megtalálási valószínűség, minél nagyobb a görbület, annál,,élénkebb a mozgás. p 1 λ Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 6

Kvantummechanika A kitérés és a görbület nem független! a kitérések egymásutánja hozza létre a görbületet a görbületek változása szabályozza a kitérést A hullámfüggvényben összefonódik a helyzet és a mozgás! Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 7

Kvantummechanika A helyzet és a mozgás összefonódásának következményei vannak!,,elkent görbe kevés hullám összege kevés különböző λ kevés különböző impulzus p kicsi,,élesebb görbe több hullám összege több különböző λ több különböző impulzus p nagy x nagy p kicsi x kicsi p nagy Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 8

Kvantummechanika Heisenberg-féle határozatlansági reláció: x p 2 A koordináta bizonytalanságának csökkentése megnöveli az impulzus bizonytalanságát A impluzus bizonytalanságának csökkentése megnöveli a hely bizonytalanságát Létezik egy közös alsó korlát: = 1, 05 10 34 Js. Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 9

Kvantummechanika Egy autó (m = 2 10 3 kg) sebességének bizonytalansága v = 0, 1 m s. Ekkor a hely bizonytalansága: x = 2m v = 1, 05 10 34 Js 2 2 10 3 kg 0, 1 m s 10 37 m Egy elektron esetén (m = 9, 1 10 29 kg) sebességének bizonytalansága v = 10 4 m s. Ekkor a hely bizonytalansága: x 10 9 m atomi méretek nagyságrendje! Egy H-atomba bezárt elektron helybizonytalansága legyen a hidrogénatom átmérője (2a 0 =106 pm). Mekkora sebességének bizonytalansága? v 500 km s nagy impulzusbizonytalanság! Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 10

Kvantummechanika Mikor válik a határozatlansági összefüggés fontossá? x m v 2 = 1, 05 10 34 Js h, mértékegysége: Js = kg m m azaz: tömeg távolság sebesség s Olyan objektumoknál jut szerephez, ahol a részecske tömegének, útjának és sebességének szorzata ebbe a nagyságrendbe esik. Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 11

Kvantummechanika A hullámfüggvényt meghatározó egyenlet a Schrödinger-egyenlet: 2 2m ( 2 ) Ψ x 2 + 2 Ψ y 2 + 2 Ψ z 2 + V Ψ = EΨ Egyszerű rendszerekre (H-atom, harmonikus oszcillátor,... ) létezik analitikus megoldása, de ez (most még) matematikailag bonyolult! Összetettebb, sokrészecskés rendszerekre csak közelítő megoldások léteznek! Mi (most) egyszerű rendszerekre sem oldjuk meg (helyette heurisztika vagy csak a végeredmény) Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 12

Alapok E kin = 1 2 mv2 kinetikus energia F C = 1 q 1 q 2 4πɛ 0 r 2 Coulomb-erő U pot = 1 q 1 q 2 4πɛ 0 r Coulomb-potenciál E foton = hν foton energiája λ = h p de-broglie hullámhossz W = Ψ 2 V valószínűségi értelmezés x p 2 Heisenberg-féle reláció Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 13

Adatok Planck-állandó: h = 6, 62 10 34 Js látható fény hullámhossza és egy foton energiája: kék piros 400-800 nm; 0, 5-0, 25 aj UV fény hullámhossza és egy foton energiája: 150-400 nm; 0, 5-1, 3 aj elektrontöltés e = 1, 602 10 19 C elektrontömeg m e = 0, 911 10 30 kg proton tömege m p = 1, 673 10 27 kg elektronvolt 1eV = 1, 602 10 19 J atomátmérő nagyságrendje: 10 10 m = 100 pm H atomsugara: a 0 = 52, 9 pm Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 14

Dobozba zárt elektron 1 dimenzióban Az 1D-s potenciálba bezárt elektron mint hullám analógiája a klasszikus fizikában a húron kialakuló hullám. A kialakuló elektron-állóhullámok hullámhossza: λ 0 = 2L, λ 1 = L,..., λ k = 2L k + 1 Ezt a hullámhosszt az elektron de-broglie hullámhosszának tekintve v k = h mλ k = h (k + 1) 2mL átlagos sebesség adódik. Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 15

Dobozba zárt elektron 1 dimenzióban Tehát az elektron (kinetikus) energiája E k = 1 2 mv2 k = h2 8mL 2 (k + 1)2 = h2 8mL 2 n2 diszkrét értékeket vehet fel. k a csomópontok száma, n = k + 1 az állapot kvantumszáma Az elektron csak egymástól számottevően különböző (diszkrét) állapotokban lehet Az energiaszintek diszkrétek, az elektron energiája nem lehet nulla. k = 0 esetén is van E 0 = h 8mL zérusponti energia 2 A doboz méretének csökkentésével az alapállapoti energia növekszik (és fordítva, korrespondencia-elv) A kvantumállapotok közötti váltásokkor csak jól meghatározott energiákat vehet fel illetve adhat le az elektron Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 16

Dobozba zárt elektron 1 dimenzióban Az elektron energiája és hullámfüggvénye: E n = h2 8mL 2 n2, Ψ n (x) = 2 L sin ( π L nx ), (n = 1, 2, 3,...) Alapállapotban (k = 0) az elektron megtalálási valószínűsége a doboz közepén maximális Gerjesztett állapotokban a hullámfüggvény zérushelyeinél a megtalálási valószínűség nulla, máshol a hullámfüggvény négyzetével arányos A dobozba zárt elektron bármely állapota előállítható a fenti sajátállapotok lineáris kombinációjaként: Ψ = n c nψ n Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 17

A természet szineinek egyik forrása Atomnyi mérettartományba zárt elektron esetén L 0, 3 nm. Az alapállapot energiája: E 0 = 0, 7 aj. A gerjesztéshez szükséges energia: E 1 E 0 = 3h2 8mL 2 = 2 aj, azaz atomokat és nm-nél kisebb molekulákat csak ultraibolya fénnyel (hν > 0, 5 aj) lehet gerjeszteni. Konjugált kötésrendszerű (,,hosszú ) molekuláknál az elektron,,futópályája, (L) megnő, a gerjesztési energia lecsökken. likopin molekula Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 18

A természet szineinek egyik forrása További konjugált kötésrendű molekulák (látható tartományban gerjeszthetők, 0, 25 aj < hν < 0, 5 aj) β-karotin molekula retinál Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 19

A H-atom gerjesztett állapota A H-atom képe: tekintsünk egy proton vonzásába bezárt elektront. Egyszerűsítésként tegyük fel, hogy az elektron önkényesen választott r sugarú gömbbe van bezárva. Alapállapotban az elektron átlagos sebességét a határozatlansági összefüggésből becsülhetjük: v 0 = mr Ekkor a gömbben fél hullámhossz van, középen maximális kitéréssel (nincs csomófelület). A gerjesztés csomók megjelenését eredményezik (3D-ben csomófelületek). Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 20

A H-atom gerjesztett állapota Első gerjesztett állapotban egész hullám (egy csomófelülettel). A de-broglie összefüggés szerint (v = h mλ ) a fele hullámhosszhoz kétszeres sebesség tartozik: v 1 = 2v 0 A k. gerjesztett állapotban lévő átlagos sebességét becsülhetjük: v k = (k + 1)v 0 = (k + 1) mr Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 21

A H-atom gerjesztett állapota A k. gerjesztett állapot energiája: E k (r) = 1 2 mv2 k e2 4πɛ 0 r = 2 2m (k + 1 1)2 r 2 e2 4πɛ 0 r A megvalósuló állapot minimális energiájú: de k (r) dr = 0 r k = 4πɛ 0 2 me 2 (k + 1)2 = 4πɛ 0 2 me 2 n2 k: belső csomók száma, n = k 1 az állapot kvantumszáma (később: főkvantumszám). Az H alapállapoti atomsugara, a Bohr-sugár: a 0 = 4πɛ 0 2 me 2 = 52, 9 pm Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 22

A H-atom gerjesztett állapota A gerjesztett állapotok energiája: me 4 E k = 32π 2 ɛ 2 0 2 (k + 1) 2 = I H (k + 1) 2 = I H n 2 A H-atom ionizációs energiája: I H = me4 32π 2 ɛ 2 = 2, 2 aj 0 2 (Bár számításunk heurisztikus volt, eredménye megegyezik a Schrödinger-egyenlet megoldásából kapott eredménnyel!) A klasszikus fizikai nyugalomnak a kvantummechanikai alapállapot felel meg. Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 23

Gerjesztett állapotok A hidrogénatom alapállapota gömbszimmetrikus: az elektron hullámfüggvénye kisimulni igyekszik, hogy a mozgási energiát csökkentse, ennek hat ellene a Coulomb-vonzás. Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 24

Gerjesztett állapotok A hidrogénatom alapállapota gömbszimmetrikus: az elektron hullámfüggvénye kisimulni igyekszik, hogy a mozgási energiát csökkentse, ennek hat ellene a Coulomb-vonzás. Megfelelő erősségű gerjesztés hatására ez a rend megbomlik: különböző mintázatok jönnek létre. A gerjesztett állapotokban (a Coulomb-tér forgásszimmetriája miatt, 3D-ben vagyunk!) csomósík és csomógömb is megjelenhet: a kitüntetett térbeli irányultságot nem adó csomógömbök számát g-vel, a térbeli irányultságot okozó csomósíkok számát l-lel jelöljük. A csomók száma: k = g + l A főkvantumszám: n = g + l + 1 Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 25

Gerjesztett állapotok A kötött elektron állapotainak alakját három kvantumszámmal jellemezzük: főkvantumszám: n = 1, 2,..., egyelektronos rendszerekben csak ettől függ az energia, degeneráció mellékkvantumszám: l = 1, 2,...,n 1, a pálya alakját határozza meg 1 s, 2 p, 3 d, 4 f mágneses kvantumszám: m l = l,...,0,...,l a pálya térbeli orientációját határozza meg Pálya (atomi pálya): a kötött elektron adott energiaértékű állóhullám-állapota,,,sajátrezgése g = 0 g = 1 g = 2 g = 3 l = 0 1s 2s 3s 4s l = 1 2p 3p 4p 5p l = 2 3d 4d 5d 6d Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 26

Gerjesztett állapotok Tekintsük a legkisebb energiájú, legkötöttebb 1s-elektront. Nincs csomógömb (g = 0), nincs csomósík (l = 0), a pálya gömbszimmetrikus Hullámfüggvénye a Schrödinger-egyenlet megoldásából adódik: Ψ 1s = 1 e r/a 0 πa 3 0 Csak r-től függ, állandó sugárral rajzolt felület pontjaiban azonos értéket vesz fel (gömbszimmetria) Hol van az elektron? Nincs olyan válasz, mint a klasszikus fizikában! Egy adott (x, y, z) pont körüli V térfogatban W = Ψ(x, y, z) 2 V valószínűséggel. (Nem informatív!) Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 27

Gerjesztett állapotok 1s-elektron Ψ 1s = Ψ 1s (r) = 1 e r/a 0 Ψ πa 3 1s 2 = 1 0 πa 3 e 2r/a 0 0 Legnagyobb valószínűséggel a magnál van, ettől távolodva a megtalálási vszg. exponenciálisan csökken Adott sugáron a megtalálási vszg. állandó (gömbszimmetria) Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 28

Gerjesztett állapotok Ábrázolni lehet: satírozás: intenzitása arányos a megtalálási vszg-gel,,dot-plot : a pontok sűrűsége arányos a megtalálási vszg-gel (mérés-szerű) burkolófelület: ezen a felületen belül 90 % valószínűséggel található meg az elektron Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 29

Gerjesztett állapotok Ábrázolni lehet még: radiális eloszlásfüggvény: mekkora a valószínűsége, hogy egy r sugarú r vastag gömbhéjban van: P r = 4r 2 π Ψ(r) 2 r Esetünkben P r 2 e r/a 0 Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 30

Gerjesztett állapotok: 1s-állapot Az 1s elektron sajátfüggvénye normálási együttható nélkül Ψ 1s e r/a 0 nincs csomófelület Az 1s pálya Ψ, Ψ 2, r 2 Ψ grafikonjai http://winter.group.shef.ac.uk/orbitron/ Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 31

Gerjesztett állapotok: 1s-állapot Az 1s elektron sajátfüggvénye normálási együttható nélkül Ψ 1s e r/a 0 nincs csomófelület Az 1s pálya 90%-os burkolófelülete és a 25-90%-os kontúrok http://csi.chemie.tu-darmstadt.de/ak/immel/tutorials/ Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 32

Gerjesztett állapotok: 2s-állapot A 2s elektron sajátfüggvénye normálási együttható nélkül Ψ 2s (2a 0 r)e r/2a 0 csomógömb r = 2a 0 A 2s pálya Ψ, Ψ 2, r 2 Ψ grafikonjai Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 33

Gerjesztett állapotok: 2s-állapot A 2s elektron sajátfüggvénye normálási együttható nélkül Ψ 2s (2a 0 r)e r/2a 0 csomógömb r = 2a 0 A 2s pálya 90%-os burkolófelülete és a 25-90%-os kontúrok Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 34

Gerjesztett állapotok: 3s-állapot A 3s elektron sajátfüggvénye normálási együttható nélkül Ψ 3s (2r 2 18a 0 r + 27a 2 0)e r/3a 0 két csomógömb r 1 = 1,9a 0 r 2 = 7, 1a 0 A 3s pálya Ψ, Ψ 2, r 2 Ψ grafikonjai Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 35

Gerjesztett állapotok: 3s-állapot A 3s elektron sajátfüggvénye normálási együttható nélkül Ψ 3s (2r 2 18a 0 r + 27a 2 0)e r/3a 0 két csomógömb r 1 = 1,9a 0 r 2 = 7, 1a 0 A 3s pálya 90%-os burkolófelülete és a 25-90%-os kontúrok Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 36

Gerjesztett állapotok: s-állapotok A csak csomógömböt tartalmazó (l = 0, g = 1, 2, 3,... ) gerjesztett állapotok gömbszimmetrikusak Kvantumszámokkal kifejezve ezek az 1s (l = 0, g = 0); 2s (l = 0, g = 1); 3s (l = 0, g = 2);... pályák Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 37

Gerjesztett állapotok: p-állapotok Az egy csomósíkot tartalmazó állapotok (l = 1, g = 1, 2, 3,... ) térbeli irányultságot mutatnak Csomógömbök és csomósíkok együttesen fordulhatnak elő A p-állapot három lényegesen különböző (egymásra merőleges) helyzetben létezhet, ezek energiája egyenlő Főkvantumszámmal kifejezve ezek a 2p (l = 1, g = 0); 3p (l = 1, g = 1); 4p (l = 1, g = 2);... pályák Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 38

Gerjesztett állapotok: 2p-állapot A 2p elektron sajátfüggvényei normálási együtthatók nélkül Ψ 2px xe r/2a 0 csomósík x = 0 Ψ 2py ye r/2a 0 csomósík y = 0 Ψ 2pz ze r/2a 0 csomósík z = 0 A 2p pálya Ψ, Ψ 2, r 2 Ψ grafikonjai Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 39

Gerjesztett állapotok: 2p-állapot A 2p elektron sajátfüggvényei normálási együtthatók nélkül Ψ 2px xe r/2a 0 csomósík x = 0 Ψ 2py ye r/2a 0 csomósík y = 0 Ψ 2pz ze r/2a 0 csomósík z = 0 Egy 2p pálya 90%-os burkolófelülete és a 25-90%-os kontúrok Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 40

Gerjesztett állapotok: 2p-állapot A 2p elektron sajátfüggvényei normálási együtthatók nélkül Ψ 2px xe r/2a 0 csomósík x = 0 Ψ 2py ye r/2a 0 csomósík y = 0 Ψ 2pz ze r/2a 0 csomósík z = 0 A 2p x, 2p y és 2p z pályák térbeli orientációi Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 41

Gerjesztett állapotok: 3p-állapot A 3p elektron sajátfüggvényei normálási együtthatók nélkül Ψ 3px (r 6a 0 )xe r/3a 0 csomók x = 0 és r = 6a 0 Ψ 3py (r 6a 0 )ye r/3a 0 csomók y = 0 és r = 6a 0 Ψ 3pz (r 6a 0 )ze r/3a 0 csomók z = 0 és r = 6a 0 A 3p pálya Ψ, Ψ 2, r 2 Ψ grafikonjai Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 42

Gerjesztett állapotok: 3p-állapot A 3p elektron sajátfüggvényei normálási együtthatók nélkül Ψ 3px (r 6a 0 )xe r/3a 0 csomók x = 0 és r = 6a 0 Ψ 3py (r 6a 0 )ye r/3a 0 csomók y = 0 és r = 6a 0 Ψ 3pz (r 6a 0 )ze r/3a 0 csomók z = 0 és r = 6a 0 Egy 3p pálya 90%-os burkolófelülete és a 25-90%-os kontúrok Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 43

Gerjesztett állapotok: 3p-állapot A 3p elektron sajátfüggvényei normálási együtthatók nélkül Ψ 3px (r 6a 0 )xe r/3a 0 csomók x = 0 és r = 6a 0 Ψ 3py (r 6a 0 )ye r/3a 0 csomók y = 0 és r = 6a 0 Ψ 3pz (r 6a 0 )ze r/3a 0 csomók z = 0 és r = 6a 0 A 3p x, 3p y és 3p z pályák térbeli orientációi Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 44

Gerjesztett állapotok: d-állapotok Két, egymásra merőleges csomósíkot tartalmazó állapotok (l = 2, g = 1, 2, 3,... ), még kisebb szimmetriával Öt lényegesen különböző irányultsága létezik (a hatodik,,kikeverhető ) Főkvantumszámmal kifejezve ezek a 3d (l = 2, g = 0); 4d (l = 2, g = 1); 5d (l = 2, g = 2);... pályák A 3d (csomógömb nélküli, két csomósíkos) pálya hat irányultsága Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 45

Gerjesztett állapotok: 3d-állapot A 3d elektron sajátfüggvényei normálási együtthatók nélkül Ψ 3dxy xye r/3a 0 csomósíkok x = 0 és y = 0 Ψ 3dyz yze r/3a 0 csomósíkok y = 0 és z = 0 Ψ 3dzx yze r/3a 0 csomósíkok z = 0 és x = 0 Ψ 3dx 2 y 2 (x 2 y 2 )e r/3a 0 csomósíkok y = x és y = x Ψ 3dy 2 z 2 (y 2 z 2 )e r/3a 0 csomósíkok z = y és z = y Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 46

Gerjesztett állapotok: 3d-állapot A 3d elektron sajátfüggvényei normálási együtthatók nélkül Ψ 3dxy xye r/3a 0 csomósíkok x = 0 és y = 0 Ψ 3dyz yze r/3a 0 csomósíkok y = 0 és z = 0 Ψ 3dzx yze r/3a 0 csomósíkok z = 0 és x = 0 Ψ 3dx 2 y 2 (x 2 y 2 )e r/3a 0 csomósíkok y = x és y = x Ψ 3dy 2 z 2 (y 2 z 2 )e r/3a 0 csomósíkok z = y és z = y Egy 3d pálya 90%-os burkolófelülete és a 25-90%-os kontúrok Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 47

Gerjesztett állapotok: 3d-állapot A 3d elektron sajátfüggvényei normálási együtthatók nélkül Ψ 3dxy xye r/3a 0 csomósíkok x = 0 és y = 0 Ψ 3dyz yze r/3a 0 csomósíkok y = 0 és z = 0 Ψ 3dzx yze r/3a 0 csomósíkok z = 0 és x = 0 Ψ 3dx 2 y 2 (x 2 y 2 )e r/3a 0 csomósíkok y = x és y = x Ψ 3dy 2 z 2 (y 2 z 2 )e r/3a 0 csomósíkok z = y és z = y A 3d pályák öt különböző irányítása Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 48

Gerjesztett állapotok Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 49

Irodalom, szimulációk Általános irodalom D. O. Hayward: Quantum Mechanics for Chemists, Royal Society of Chemistry, UK, 2002 P. W. Atkins: Fizikai kémia II., Nemzeti Tankönyvkiadó, 1998 Az ábrák forrásai, szimulációk www.falstad.com/qmatom winter.group.shef.ac.uk/orbitron csi.chemie.tu-darmstadt.de/ak/immel/tutorials www.mhhe.com/physsci/chemistry/ /essentialchemistry/flash/flash.mhtml Molekulák világa 1. kémiai szeminárium Molekuláris bionika szak I. év 50