Kémiai alapismeretek 2. hét Horváth Attila Pécsi Tudományegyetem, Természettudományi Kar, Kémia Intézet, Szervetlen Kémiai Tanszék 2014. szeptember 9.-12. 1/13 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c
Hullámtermészet: Adott közegben áthaladó periodikus változás. Alapvető tul.: reflexió, refrakció, diffrakció, interferencia Hullámhossz (λ, m): Két azonos állapotú hely legkisebb távolsága. Frekvencia (ν, 1/s v. Hz): Egy adott helyen egységnyi idő alatt áthaladt hullámok száma. Hullámszám (v, 1/m): Adott távolságon belül hány hullám található. v= 1 λ. fénysebesség: ν= c λ, ahol c a fénysebesség. Newton a XVIII. sz.-ban feltételezte, hogy a fény részecskékből áll. Young (1801) a fény diffraktálható. 2/13 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c
Planck (1900) forró testek hőmérsékleti sugárzásának magyarázatához: az energia kvantálódik. Rezgő atomoknak csak bizonyos energiáik lehetnek E=nhν, ahol n: egész szám, h Planck állandó, ν frekvencia. Einstein: hν energia fotonok formájában távozik E=hν, ahol ν a kisugárzott fény frekvenciája. Fotoelektromos effektus magyarázata, Einstein (1905) (Nobel díj 1921) Fény duális természetű!! 3/13 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c
Miért stabilak az atomok? (Rutherford modell hibája) H-atom spektruma: Vonalas szerkezetű (λ=410, 434, 486, 656 nm (ibolya, kék, zöld, vörös)). Balmer (1885): 1 λ =1,097 107 1 ) m n. 2 Bohr posztulátumok (1913) (Nobel díj 1922): 1 Az -k csak meghatározott sugarú körpályákon keringhetnek a mag körül. 2 Két energiaszint közti különbség (foton formájában elnyelődik, vagy kibocsátódik): hν=e 1 -E 2. Főkvantumszám megszületése. ( 1 1 2 2 Sommerfeld: Bohr-modell továbbfejlesztése, ellipszis pályák bevezetése. (mellékkvantumszám megszületése) Újabb továbbfejlesztés: mágneses kvantumszám, spinkvantumszám. 4/13 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c
De Broglie (1923): a részecskék is lehetnek hullámtermészetűek: λ= h mv. (1929 Nobel díj) Thomson (1927): interferencia kristályokon (Nobel díj 1937) (elektronmikroszkóp). Heisenberg-féle bizonytalansági elv: p x=m v x h 2π Schrödinger (1926): hullámmechanikai atommodell (1933 Nobel díj) ( h2 2 ) Ψ 8Π 2 m x 2 + 2 Ψ y 2 + 2 Ψ z 2 + E pot Ψ = EΨ Egzakt megoldás csak H-szerű atomokra, egyébként csak közelítőleg, numerikus eljárásokkal. 5/13 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c
Ψ hullámfüggvény megoldásainak jellemzői: 1 Az atomban kötött elektronra diszkrét energiaértékek és minden energiához egy Ψ(x,y,z) hullámfgv. tartozik, mely meghatározza az atomi pályát. (degenerált állapot: egy energiához több Ψ tartozik) 2 A diszkrét megoldások 3 db egész számmal jellemezhetőek (klasszikus leírás): n, l, m. 3 Relativisztikus leíráshoz kell a spinkvantumszám is (2 kül. érték). 4 Ψ 2 : az elektron térbeli eloszlásának tartózkodási valószínűsége. Főkvantumszám: Megadja az atommagtól való távolságát és energiáját. Jele: n=1,2,... Héj: Azonos főkvantumszámú -k összesége. 6/13 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c
Mellékkvantumszám: Megadja az atompályák, azaz a térbeli elektroneloszlás alakját. Jele: l= 0, 1,...,(n-1). Egyéb jelölés: s, p, d, f,... Alhéj: Egy adott főkvantumszámhoz tartozó azonos mellékkvantumszámú pályák összesége. Mágneseskvantumszám: Egy kiválasztott irányhoz viszonyítva adja meg a pályának helyzetét. Külső mágneses tér hatására az azonos energiájú pályák között energiakülönbség jöhet létre. Jele: m=-l,..., +l. Spinkvantumszám: Az elektron sajátimpulzusmomentuma. Jele: m s =± 1 2. Atompályák alakja: s-pályák gömbszimmetrikusak, p-pályák "piskóta"-alakúak (p x, p y, p z ), d-pályák "duplapiskóta"- és "cumi"-alakúak (d xy, d xz, d yz, d x 2 y 2, d z 2). Az tartózkodási valószínűsége > 99%. (Rajzok!!) 7/13 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c
kiépülési szabályok 1 Energiaminimum elve: Az -k a lehető legalacsonyabb energiájú helyeket töltik fel. 2 Pauli elv: Egy atomban nem lehet 2 olyan, amelyeknek minden kvantumszámuk megegyezik. 3 Aufbau elv: Alapállapotban az -k növekvő n+l értékek szerint épülnek fel. Ha n+l azonos, akkor először a kisebb n értékhez tartozó pálya épül fel. Sorrend: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f... 4 Hund szabály (maximális multiplicitás elve): Kimondja, hogy maximális számú párosítatlan van jelen az alapállapotú atom telítetlen alhéján. 5 Félig töltött alhéjak további stabilitást kölcsönöznek az alapállapotú atomnak. 8/13 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c
Alhéj Pályák száma max. száma s (l=0) 1 (csak m=0) 2 p (l=1) 3 (m=-1,0,+1) 6 d (l=2) 5 (m=-2,-1,0,+1,+2) 10 f (l=3) 7 (m=-3,...,+3) 14 Példák: 1 10 Ne: 1s 2 2s 2 2p 6 2 26 Fe: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 szokás: [Ne]3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 vagy [Ar]3d 6 4s 2 3 24 Cr: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1 nem pedig 3d 4 4s 2 (!!) 4 29 Cu: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 nem pedig 3d 9 4s 2 (!!) Pályadiagram: 26Fe: }{{}}{{} 1s 2 2s 2 }{{} 2p 6 } {{ }}{{} 3d 6 4s 2 }{{} 3s 2 }{{} 3p 6 9/13 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c
He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn: teljesen betöltött s és p pályák nagyfokú stabilitás, kémiai inertség. Nemesgázhéj szerkezet: ns 2 np 6 szerkezet Atomtörzs: Lezárt belső héjak összesége (+atommag). (d-pályák esetén vigyázat!) Vegyértékhéjelektron: A nemesgáz szerkezeten felüli többletelektron. Elemek ezés eleinte atomtömegük alapján történt. (A r ( 18 Ar)=39,9 és A r ( 19 K)=39,1 gond! További pl.:co-ni; Te-I) Kémia tulajdonság alapján is! Mengyelejev (1869) 66 elemet rendezett be. Jónéhány elem felfedezését előre megjósolta (tulajdonságait is!!). Pl.: Ga (1874), Sc (1879), Ge (1886). 10/13 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c
: Az elemek olyan elrendezése atomtömegük, fizikai és kémiai tulajdonságaik alapján, amely utal azok periodikus megjelenésére. Mengyelejev féle elrendezés mellett másfajta is lehetséges (pl. Szabó-Lakatos féle periódusos stb.). Atomsugár: Annak a gömbnek a sugara, ahol az elektron tartózkodási valószínűsége nagyobb, mint 99%. (Többféle def. is lehetséges, hiszen nincs éles határ!!!) 11/13 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c
Első ionizációs energia: Egységnyi anyagmennyiségű gázhalmazállapotú atomból a legkönnyebben leszakítható elektron eltávolításához szükséges minimális energia. Op., Fp: Csoportban lefelé általában nő. (Kivéve: Hg, Ia-IVa főcsoport, ahol fordított a sorrend) 12/13 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c
Elektronaffinitás: Az az energia, amely ahhoz szükséges, hogy egy mol gázhalmazállapotú semleges atomból egyszeresen negatív töltésű ion keletkezzék hozzáadásával. Főcsoporton belül csökken, perióduson belül balról jobbra általában nő (Hund szabály). Elektronegativitás: Az atom elektronvonzó képessége egy molekulában, amelyet a kötő elektronpárra kifejt. Többféle skála (Mulliken, Sanderson, Pauling ez használt). Általában balról jobbra nő, egy csoporton belül felülről lefelé csökken. 13/13 2014/2015 I. félév, Horváth Attila c