Az anyagszerkezet alapjai



Hasonló dokumentumok
Az anyagszerkezet alapjai. Az atomok felépítése

Az anyagszerkezet alapjai

Az anyagszerkezet alapjai. Az atomok felépítése

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Az atomok szerkezete. Az atomok szerkezete. Általános és szervetlen kémia 2. hét Az atomok szerkezete

2. AZ ATOM Az elektron felfedezése

SZAKÁLL SÁNDOR, ÁsVÁNY- És kőzettan ALAPJAI

SZAKÁLL SÁNDOR, ÁsVÁNY- És kőzettan ALAPJAI

AZ ATOM. Atom: atommag + elektronfelhő = proton, neutron, elektron. Elemi részecskék

I. Atomszerkezeti ismeretek (9. Mozaik Tankönyv: oldal) 1. Részletezze az atom felépítését!

A Tömegspektrométer elve AZ ATOMMAG FIZIKÁJA. Az atommag szerkezete (40-44 oldal) A tömegspektrométer elve. Az atommag komponensei:

1 Az anyagismeret kémiai- szerkezeti alapjai

KÉMIA Kiss Árpád Országos Közoktatási Szolgáltató Intézmény Vizsgafejlesztő Központ 2003

Az anyagi világ felépítése. Általános és szervetlen kémia 2. hét Az elızı órán elsajátítottuk, hogy. Mai témakörök. Az anyagi világ felépítése

1.1. Anyagszerkezet ábra Az anyagi rendszerek hierarchikus felépítése

Anyagszerkezet. Horváth András SZE, Fizika és Kémia Tsz szeptember 29.

KÉMIA I. RÉSZLETES ÉRETTSÉGI VIZSGAKÖVETELMÉNY A) KOMPETENCIÁK

Az elemeket 3 csoportba osztjuk: Félfémek vagy átmeneti fémek nemfémek. fémek

A testek részecskéinek szerkezete

KÉMIA. Kiss Árpád Országos Közoktatási Szolgáltató Intézmény Vizsgafejlesztő Központ 2003

6. A kémiai kötés fajtái

KÉMIA I. RÉSZLETES ÉRETTSÉGIVIZSGA-KÖVETELMÉNY A) KOMPETENCIÁK

ATOMOSZ = OSZTHATATLAN

Sillabusz az Orvosi kémia szemináriumokhoz. Pécsi Tudományegyetem Általános Orvostudományi Kar 2010/

b./ Hány gramm szénatomban van ugyanannyi proton, mint 8g oxigénatomban? Hogyan jelöljük ezeket az anyagokat? Egyforma-e minden atom a 8g szénben?

ПРОГРАМА ВСТУПНОГО ВИПРОБУВАННЯ З ХІМІЇ Для вступників на ІІ курс навчання за освітньо-кваліфікаційним рівнем «бакалавр»

KÉMIA TANMENETEK osztályoknak

Előtétszó Jele Szorzó milli m 10-3 mikro 10-6 nano n 10-9 piko p femto f atto a 10-18

Eötvös József Általános Iskola és AMI Helyi tanterv 2013

Fizikai kémia és radiokémia labor II, Laboratóriumi gyakorlat: Spektroszkópia mérés

OPTIKA. Fénykibocsátás mechanizmusa fényforrás típusok. Dr. Seres István

Az atom felépítése, fénykibocsátás (tankönyv 68.o.- 86.o.)

Természettudomány témakör: Atomok, atommodellek Anyagok, gázok

KÉMIA. Kémia a gimnáziumok évfolyama számára

Reál osztály. Kémia a gimnáziumok évfolyama számára. B változat

Kémia a gimnáziumok évfolyama számára. B változat

Kémiai alapok. Általános kémia

BMEEOVKAI09 segédlet a BME Építőmérnöki Kar hallgatói részére. Az építész- és az építőmérnök képzés szerkezeti és tartalmi fejlesztése

Épületvillamosság laboratórium. Villámvédelemi felfogó-rendszer hatásosságának vizsgálata

IKT FEJLESZTŐ MŰHELY KONTAKTUS Dél-dunántúli Regionális Közoktatási Hálózat Koordinációs Központ

6. A szénvegyületek kötései Szempont: A atom koordinációs száma Koordinációs szám: a kiválasztott szén atom körül elhelyezkedő atomok (ligandumok) szá

Árpád Fejedelem Gimnázium és Általános Iskola Megyervárosi Iskola 9. ÉVFOLYAM. 1. Atomszerkezeti ismeretek

Emelt óraszámú kémia helyi tanterve

Villamos tulajdonságok

Javítóvizsga. Kalász László ÁMK - Izsó Miklós Általános Iskola Elérhető pont: 235 p

A szilárd állapot. A szilárd állapot. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

3. A kémiai kötés. Kémiai kölcsönhatás

Kémia kerettanterve a Német Nemzetiségi Gimnázium és Kollégium évfolyama számára

Az időtől független Schrödinger-egyenlet (energia sajátértékegyenlet), A Laplace operátor derékszögű koordinátarendszerben

Analízis elo adások. Vajda István október 3. Neumann János Informatika Kar Óbudai Egyetem. Vajda István (Óbudai Egyetem)

Atomi, illetve molekuláris kölcsönhatások és alkalmazásaik

2. Melyik az, az elem, amelynek harmadik leggyakoribb izotópjában kétszer annyi neutron van, mint proton?

Fény kölcsönhatása az anyaggal:

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

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉPSZINT Függvények

Energiaminimum- elve

Atomszerkezet. Atommag protonok, neutronok + elektronok. atompályák, alhéjak, héjak, atomtörzs ---- vegyérték elektronok

3. alkalom, gyakorlat

paradoxonok a modern fizikában Dr. Héjjas István

KÉMIA MOZAIK évfolyam KERETTANTERVRENDSZER A GIMNÁZIUMOK SZÁMÁRA NAT Készítette: Dr. Siposné dr. Kedves Éva

Elektrokémia. A nemesfém elemek és egymással képzett vegyületeik

KÉMIA HELYI TANTERV A 10. ÉVFOLYAM

Kémia. Tantárgyi programjai és követelményei A/2. változat

HEVESY GYÖRGY ORSZÁGOS KÉMIAVERSENY

SZAKÁLL SÁNDOR, ÁsVÁNY- És kőzettan ALAPJAI

Tartalomjegyzék. A periódusos rendszer szerkezete Az elemek tulajdonságainak változása... 14

Sillabusz orvosi kémia szemináriumokhoz 1. Kémiai kötések

A jelenség magyarázata. Fényszórás mérése. A dipólus keletkezése. Oszcilláló dipólusok. A megfigyelhető jelenségek. A fény elektromágneses hullám.

Anyagszerkezet és vizsgálat. 3. Előadás

KÉMIA évfolyam (Esti tagozat)

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal. Dr. Vincze Árpád

Hol a hidrogén helye? Hány protonja, neutronja, elektronja van az atomjainak? Hány elektronhéja van? Milyen kémiai részecskéből áll a hidrogén gáz?

Elektronegativitás. Elektronegativitás

Kötések kialakítása - oktett elmélet

Alkalmazott kémia. Tantárgy neve Alkalmazott kémia 1.

Szerves kémiai analízis TANTÁRGYI KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ

Minta vizsgalap. I. Karikázza be az egyetlen megfelelő válasz betűjelét! (10x1 pont)

FELADATMEGOLDÁS. Tesztfeladat: Válaszd ki a helyes megoldást!

Kémiai alapismeretek 4. hét

F1404 ATOMMAG- és RÉSZECSKEFIZIKA

KÉMIA TEMATIKUS ÉRTÉKELİ FELADATLAPOK. 9. osztály A változat

Pozitron-emissziós tomográf (PET) mire való és hogyan működik?

Készítette: Bujnóczki Tibor Lezárva:

Kémiai kötések. Kémiai kötések kj / mol 0,8 40 kj / mol

KÉMIA TEMATIKUS ÉRTÉKELİ FELADATLAPOK. 9. osztály C változat

Fizika II. Villamosmérnök szak Távoktatás. Csikósné Dr Pap Andrea Edit. ÓE Kandó Kálmán Villamosmérnöki Kar MTI

Szilárd anyagok. Műszaki kémia, Anyagtan I. 7. előadás. Dolgosné dr. Kovács Anita egy.doc. PTE MIK Környezetmérnöki Tanszék

KÉMIA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Készült az 51/2012. (XII. 21.) EMMI rendelet 2. sz. melléklet (B) változatához a Mozaik Kiadó ajánlása alapján

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Mit tanultunk kémiából?2.

[GVMGS11MNC] Gazdaságstatisztika

Fővállalkozó: TELVICE KFT. A projekt címe: Egységesített Jármű- és mobilgépek képzés- és tananyagfejlesztés

3. változat. 2. Melyik megállapítás helyes: Az egyik gáz másikhoz viszonyított sűrűsége nem más,

Mágneses szuszceptibilitás vizsgálata

FELKÉSZÍTÉS AZ EMELTSZINTŰ KÉMIA ÉRETTSÉGIRE 11. ÉVFOLYAM ÉVES ÓRASZÁM: 72 HETI ÓRASZÁM: 2

Debreceni Egyetem Gyermeknevelési és Felnıttképzési Kar

A periódusos rendszer, periodikus tulajdonságok

BOLYAI MATEMATIKA CSAPATVERSENY FŐVÁROSI DÖNTŐ SZÓBELI (2005. NOVEMBER 26.) 5. osztály

KOVÁCS ENDRe, PARIpÁS BÉLA, FIZIkA II.

Átírás:

Kérdések Az anyagszerkezet alapjai Az atomok felépítése Mik az építőelemek? Milyen elvek szerint épül fel az anyag? Milyen szintjei vannak a struktúrának? Van-e végső, legkisebb építőelem? A legkisebbeknél megismert törvényszerűségek hatnak-e a magasabb szinten? Másképp: kell nekünk tudni a kvantummechanikát? A szabályok vagy az attól való eltérés lesz fontosabb? (ld: kristályhibák) Hogy ismerhető meg a szerkezet? Modelleket ismerünk, vagy az igazit? Alapfogalmak, adatok Atom építőkövei: Proton atommag Neutron Elektron m neutron m proton 2000 m elektron m proton = 1,67 x 10-27 kg, m elektron =9,11 x 10-31 kg q proton = -q elektron = 1,6 x 10-19 C tömegszám: 35 Cl rendszám: 17 Rendszám: protonok száma Tömegszám: protonok + neutronok száma Atomtömeg / móltömeg egység: 12 C izotóp 1/12 része mol: anyagmennyiség egysége 1 mol = 6 10 23 db molekula / atom Avogadro szám 1 mol = moltömegnyi anyag (gramm) Az atom szerkezete 2. Az elektron energiaállapotai kvantáltak 3.Heisenberg-féle határozatlansági reláció A kvantummechanika alapgondolatai: 1. Az elektron (anyag) kettős természete: de-broglie, részecske - hullám λ=h/mv h = 6,63 10-34 Js: (Planck állandó) Bizonyíték: interferencia, elektronsugarak diffrakciója Ni kristályon Alkalmazás: pl. elektronmikroszkóp No, you're not going to be able to understand it. You see, my physics students don't understand it either. That is because I don't understand it. Nobody does. Richard Feynman Az elektronok (és más mikrorészek) csak adott energiaszinteket foglalhatnak el. W 3 W 0 = hν = hc/λ foton kibocsátás x p x h/2π Egy mikrorészecske (elektron) helybizonytalansága és impulzusbizonytalansága nem csökkenthető egyszerre minden határon túl Ha pl. egy elektron energiáját nagyon pontosan megmérem, a helyét ugyanakkor csak korlátozott pontossággal ismerhetem meg. 1

4.Schrödinger egyenlet Képünk az atomról, a mikrovilágról Az elektron állapotát (helyzetét és energiáját) egy hullámegyenlet írja le. Megoldásaegy függvénysorozat, Sajátérték: energiaszintek Sajátfüggvény: elektron megtalálási valószínűsége Nincs kézzelfogható modell Nincs hely, pontos méret, helyette megtalálási valószínűség, töltéssűrűség Nem folytonos az energia, hanem kvantált Egyszerre részecske és hullám Károlyházi Frigyes: Igaz varázslat (Gondolat zsebkönyvek 1976) http://mek.oszk.hu/09400/09461/09461.pdf Elektronkonfiguráció Képzeljük térbeli állóhullámoknak A mag erőterében levő elektronok állapotát adja meg. Jellemzés: kvantumszámok (mögöttük a Schrödinger egy. 1-1 megoldása) Főkvantumszám, N: a magtól való távolság, elektronhéj száma potenciális energia durva értéke N: 1, 2, 3, 4,... stb. jelölés:k, L, M, N Mellékkvantumszám, l: a pálya alakja, a pot. energia finom eltérése maximális értéke l = N-1, 0, 1, 2, 3 jelölés: s, p, d, f A p x, p y, p z pályák alakja Az 1s és 2s pályák alakja Egy és kétdimenziós állóhullám d és f pályák Mágneses kvantumszám, m: a pályák külső mágneses térhez viszonyított iránya, lehetséges értékei: m= -l... 0...+l Spin kvantumszám, s: az elektron saját impulzusmomentuma lehetséges értékei: s= +-1/2 Az elektronkonfiguráció következményei H atom: alapállapotban 1s elektron, gerjesztve magasabb energiaszintek További atomok: Fokozatosan betöltik a magasabb szinteket Energiaminimum elv Pauli elv: egy rendszeren belül nem lehet két elektron ugyanabban a kvantumállapotban http://www.shef.ac.uk/chemistry/orbitron/ http://www.orbitals.com/orb/ov.htm 2

A periódusos rendszer Mengyelejev: rendezési elv: Atomtömeg és kémiai fizikai tulajdonságok Rendszám: protonok száma Később magyarázat atomszerkezeti alapon: Periodicitás oka: azonos külső elektronhéj Külső elektronok főkvantumszáma = periódus száma Legkülső pályán lévő elektronok száma = főcsoport (oszlop) száma Mellékkvantumszám szerint: s, p, d, f mező Atomok, ionok mérete Egy perióduson belül: mag vonzás nő, elektronok taszítása nő Oszlopon belül: új elektronhéj Pozitív ion: elektron taszítás csökken, legkülső elektronhéj megszűnik Negatív ion: elektron taszítás nő Ionizációs energia Elektronaffinítás A fény és az atom kölcsönhatása Az az energia, amely ahhoz kell, hogy egy semleges atomból egyszeresen pozitív ion keletkezzen Az az energia, amely ahhoz kell, hogy egy semleges atomból egyszeresen negatív ion keletkezzen 3

A spektroszkópia alapjai Emissziós fotometria Abszorpciós fotometria Alapelv: Az energia-állapotok kvantáltak Az energia szintrendszer jellemző az atomra, molekulára E = hν = hc/λ Vizsgálható energia-átmenetek: Külső elektronhéj: UV, látható Belső elektronhéjak: UV, RTG Atommag: gamma Molekulák rezgési, forgási állapota: IR, mikro hullám Minta termikus gerjesztése Elektron magasabb energiaszinten Alapállapotba vissza, közben foton emisszió Kibocsátott fény elemzése Hullámhossz anyagi minőség Intenzitás anyagmennyiség Minta átvilágítása (fehér) fénnyel Az a hullámhossz nyelődik el, amelyik energiája pont elég egy elektron gerjesztéséhez Áteresztett fény elemzése Hullámhossz anyagi minőség Intenzitás anyagmennyiség Az anyagszerkezet alapjai II. Kötések Kötéstípusok Elektronegativítás EN Elsődleges kötés: kötési energia: egy kötés szétszakításához szükséges munka (ev), 6 10 23 -szoros:(kj/mol) 100 600 kj/mol Ionos Kovalens Fémes A potenciális energia változása a kötés kialakulása során Atomok kémiai viselkedésére jellemző szám Az atomtörzs (mag és a lezárt héjak) mennyire vonzza a kötésben résztvevő elektronokat Pauling (1935): legerősebben vonzó: F 4 leggyengébb: K 1 Többi elemé a tulajdonságok szerint periodikusan változik 4

Ionos kötés EN különbség nagy Kis EN-ú partner lead, a nagy EN-ú felvesz 1 (2, max.3 elektront) Összetartó: Coulomb erő Nincs elkülönült molekula NaCl kristály Minden reakciópartner kis EN-ú Mind lead elektront Szabad elektronfelhő Pozitív fémionok Nincs kitüntetett irány Legszorosabb illeszkedés Fémes kötés Kovalens kötés Mindkét partner nagy EN Közös elektronpár(ok) molekulapályán Kötő elektronpár megtalálási valószínűsége a két atommag között nagy Irányított kötés, szigorúan adott kötési szög Laza helykitöltés A H 2 lehetsége molekulapályái: ellentétes spin kötő pálya párhuzamos spin lazító pálya A kovalens kötés típusai Homopoláros: pl. H 2, O 2, Cl 2, C-C kötés a szerves molekulákban. A töltéseloszlás szimmetrikus Poláros (heteropoláros): pl. H 2 O, HCl, SiO 2 A kötő elektronpár(ok) nagyobb valószínűséggel a nagyobb EN-ú atom közelében található(k). Következmény: dipólus molekula, nagyobb permittivitású anyag (pl. víz: ε r = 81) Egyszeres, σ kötés: Az első elektronpár mindig σ Tengelyszimmetrikus Lehet: s-s, s-p, p-p elektronok között A kötő elektronpár ellentétes spínű 5

Kettős kötés π Csak p-p elektronok között Tükörszimmetrikus Gyengébb, mint a σ Max kötés: σ + π + π Delokalizált kötés Konjugált π kötésrendszer szerves molekulákban - C = C C = C C = C -, benzolban Szervetlen molekulákban, ionokban CO 3 2-, NO 3 - Hármas kötés az acetilén molekulában Elsődleges kötések - összefoglalás Vezető polimerek Polimer makromolekulák vagy kisebb szerves molekulák Konjugált kötésrendszer Félvezető vagy 1 dimenziós fémes vezetés Adalékolható p, n félvezetővé Alkalmazás: OLED, display, napelem, akkumulátor, érzékelő A reakciópartnerek EN- a dönti el a kötés típusát Léteznek tiszta ionos, kovalens, fémes kötések, de léteznek átmeneti típusok A geometriai elrendezést A sztöchiometriai arányok A kovalens kötésszög Az atomok (ionok) méretaránya határozza meg A 3. periódus elemeinek egymás között kialakuló kötései Másodlagos kötések 2. Van der Waals kötés Molekulák között Sokkal gyengébb, mint az elsődleges 1.H-híd: 8 40 kj/mol A proton (H + ) az elektronpárhoz hasonlóan viselkedve hoz létre kötést. Csak a legnagyobb EN-ú elemek között: F, O, N, (Cl) Fontos biokémiai rendszerekben (pl. DNS), polimerekben: pl. nylon 1. Orientációs hatás: két dipól molekula között 2. Indukciós hatás: egy dipól molekula töltésmegosztást indukál a szomszédos apoláros molekulákban 3. Diszperziós hatás: két apoláros molekula között fellépő (mélyebb kvantummechanikai ismeretekkel értelmezhető) vonzás. 6