Az anyagszerkezet alapjai. Az atomok felépítése

Hasonló dokumentumok
Az anyagszerkezet alapjai. Az atomok felépítése

Az anyagszerkezet alapjai

FELADATMEGOLDÁS. Tesztfeladat: Válaszd ki a helyes megoldást!

A kovalens kötés elmélete. Kovalens kötésű molekulák geometriája. Molekula geometria. Vegyértékelektronpár taszítási elmélet (VSEPR)

Az anyagismeret kémiai- szerkezeti alapjai

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

Elektronegativitás. Elektronegativitás

Kötések kialakítása - oktett elmélet

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

3. A kémiai kötés. Kémiai kölcsönhatás

Energiaminimum- elve

A kovalens kötés polaritása

A kémiai kötés. Kémiai kölcsönhatás

Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

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

1.1. Anyagszerkezet ábra Az anyagi rendszerek hierarchikus felépítése

Periódusos rendszer (Mengyelejev, 1869) nemesgáz csoport: zárt héj, extra stabil

Kémiai kötések. Kémiai kötések. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

Sillabusz orvosi kémia szemináriumokhoz 1. Kémiai kötések

ORVOSI KÉMIA. Az anyag szerkezete

A testek részecskéinek szerkezete

Kémiai kötés. Általános Kémia, szerkezet Dia 1 /39

A kémiai kötés magasabb szinten

Kémiai alapismeretek 2. hét

Általános és szervetlen kémia 3. hét Kémiai kötések. Kötések kialakítása - oktett elmélet. Lewis-képlet és Lewis szerkezet

Szalai István. ELTE Kémiai Intézet 1/74

Atomszerkezet, kötések

A kémiai kötés magasabb szinten

Molekulák világa 2. kémiai szeminárium. Szilágyi András

Kémiai kötés: több atom reakcióba lépése során egy közös, stabil (telített) külső elektronhéj alakul ki.

Thomson-modell (puding-modell)

Kémiai kötés. Általános Kémia, szerkezet Dia 1 /39

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

Megismerhető világ. Bevezetés a kémiába. Hullámok. Ismert kölcsönhatások. EM sugárzás fajtái (spektruma) Az atom felépítése

ATOMMODELLEK, SZÍNKÉP, KVANTUMSZÁMOK. Kalocsai Angéla, Kozma Enikő

Mit tanultunk kémiából?2.

A periódusos rendszer, periodikus tulajdonságok

20/10/2016 tema04_biolf_

Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

Molekulák világa 1. kémiai szeminárium

Kémiai kötés. Általános Kémia, szerkezet Slide 1 /39

AZ ANYAGI HALMAZOK ÉS A MÁSODLAGOS KÖTÉSEK. Rausch Péter kémia-környezettan

Bevezetés az anyagtudományba II. előadás

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

A hidrogénmolekula. Emlékeztető: az atompályák hullámok (hullámfüggvények!) A hullámokra érvényes a szuperpozíció (erősítés és kioltás) elve!

Kémiai kötés. Általános Kémia, szerkezet Slide 1 /39

Jegyzet. Kémia, BMEVEAAAMM1 Műszaki menedzser hallgatók számára Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár Dr Madarász János, egyetemi docens.

Az atom- olvasni. 1. ábra Az atom felépítése 1. Az atomot felépítő elemi részecskék. Proton, Jele: (p+) Neutron, Jele: (n o )

Kolloidkémia 1. előadás Első- és másodrendű kémiai kötések és szerepük a kolloid rendszerek kialakulásában. Szőri Milán: Kolloidkémia

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

1 Az anyagismeret kémiai- szerkezeti alapjai

A hidrogénmolekula. Energia

8. Osztály. Kód. Szent-Györgyi Albert kémiavetélkedő

Atomi, illetve molekuláris kölcsönhatások és alkalmazásaik

KÉMIA Kiss Árpád Országos Közoktatási Szolgáltató Intézmény Vizsgafejlesztő Központ 2003

Általános Kémia, BMEVESAA101 Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár. Az anyag Készítette: Dr. Csonka Gábor egyetemi tanár,

Általános és szervetlen kémia 3. hét. Kémiai kötések. Kötések kialakítása - oktett elmélet. Az elızı órán elsajátítottuk, hogy.

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

5. elıadás KRISTÁLYKÉMIAI ALAPOK

8. AZ ATOMMAG FIZIKÁJA

Atomi, illetve molekuláris kölcsönhatások és alkalmazásaik Példaként: atomi erő mikroszkópia

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

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

Általános Kémia, BMEVESAA101

Atomfizika. Az atommag szerkezete. Radioaktivitás Biofizika, Nyitrai Miklós

tema04_

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

Kormeghatározás gyorsítóval

KÉMIA I. RÉSZLETES ÉRETTSÉGI VIZSGAKÖVETELMÉNY A) KOMPETENCIÁK

Villamosipari anyagismeret

Az atomok szerkezete. Az atomok szerkezete. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

Az egészen kis részek. e. meli 03

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

Kémiai kötés Lewis elmélet

Bevezetés az általános kémiába

Atomi, illetve molekuláris kölcsönhatások és alkalmazásaik Példaként: atomi erő mikroszkópia

A SZILÁRDTEST FOGALMA. Szilárdtest: makroszkópikus, szilárd, rendezett anyagdarab. molekula klaszter szilárdtest > σ λ : rel.

Folyadékok és szilárd anyagok

Anyagszerkezet, anyaghullámok, atomi és molekuláris kölcsönhatások Példaként: atomi erő mikroszkópia

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

Az anyagi rendszerek csoportosítása

az Anyagtudomány az anyagok szerkezetével, tulajdonságaival, az anyagszerkezet és a tulajdonságok közötti kapcsolatokkal, valamint a tulajdonságok

Anyagtudomány ANYAGSZERKEZETI ALAPISMERETEK GERZSON MIKLÓS

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

Magfizika tesztek. 1. Melyik részecske nem tartozik a nukleonok közé? a) elektron b) proton c) neutron d) egyik sem

ELEMI RÉSZECSKÉK ATOMMODELLEK

Tartalom Az atom szerkezete Atom. Részecske. Molekula Atommodellek A.) J. Thomson féle atommodell...4 B.) A Rutherford-féle vagy

KÉMIA I. RÉSZLETES ÉRETTSÉGIVIZSGA-KÖVETELMÉNY A) KOMPETENCIÁK

Az anyagok kettős (részecske és hullám) természete

Az atom felépítése Alapfogalmak

Bevezetés a kémiába. Általános kémia

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

Az elektronpályák feltöltődési sorrendje

Az atomok szerkezete II.; A kémiai jelrendszer; A periódusos rendszer

Atommodellek de Broglie hullámhossz Davisson-Germer-kísérlet

Bevezetés a kémiába. Általános kémia

Szilárdtestek sávelmélete. Sávelmélet a szabadelektron-modell alapján

KÉMIA. Kiss Árpád Országos Közoktatási Szolgáltató Intézmény Vizsgafejlesztő Központ 2003

dinamikai tulajdonságai

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

Átírás:

Az anyagszerkezet alapjai Az atomok felépítése

Kérdések 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 rendszám: 17 Cl

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 A kvantummechanika alapgondolatai: 1. Az elektron (anyag) kettős természete: de-broglie, részecske - hullám =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

2. Az elektron energiaállapotai kvantáltak 3. Heisenberg-féle határozatlansági reláció Az elektronok (és más mikrorészek) csak adott energiaszinteket foglalhatnak el. x p x ~ Javított: x p x h/2 h/4 W 3 W 0 = h = hc/ foton kibocsátás 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.

4.Schrödinger egyenlet Az elektron állapotát (helyzetét és energiáját) egy hullámegyenlet írja le. Megoldása egy függvénysorozat, Sajátérték: energiaszintek Sajátfüggvény: elektron megtalálási valószínűsége

Képünk az atomról, a mikrovilágról 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 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

Képzeljük térbeli állóhullámoknak Az 1s és 2s pályák alakja Egy és kétdimenziós állóhullám A p x, p y, p z pályák alakja

Mágneses kvantumszám, m: a pályák külső mágneses térhez viszonyított iránya, lehetséges értékei: m= -l... 0...+l d és f pályák 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

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 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

A fény és az atom kölcsönhatása

A spektroszkópia alapjai Alapelv: Az energia-állapotok kvantáltak Az energia szintrendszer jellemző az atomra, molekulára E = h = hc/ Vizsgálható energia-átmenetek: Külső elektronhéj: UV, látható Belső elektronhéjak: UV, RTG Atommag: gamma Molekulák rezgési, forgási állapota: IR, mikro hullám

Emissziós fotometria Abszorpciós fotometria 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 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

Elektronegativítás EN 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

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

Fémes kötés Minden reakciópartner kis EN-ú Mind lead elektront Szabad elektronfelhő Pozitív fémionok Nincs kitüntetett irány Legszorosabb illeszkedés

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

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, kötés: Az első elektronpár mindig Tengelyszimmetrikus Lehet: s-s, s-p, p-p elektronok között A kötő elektronpár ellentétes spínű

Kettős kötés Csak p-p elektronok között Tükörszimmetrikus Gyengébb, mint a Max kötés: + + Hármas kötés az acetilén molekulában

Delokalizált kötés Konjugált kötésrendszer szerves molekulákban - C = C C = C C = C -, benzolban Szervetlen molekulákban, ionokban CO 3 2-, NO 3 -

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

Elsődleges kötések - összefoglalás 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 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

2. Van der Waals kötés 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.

Milyen típusai lehetnek a kovalens kötésnek? Melyek a fémes kötés jellemzői? Kötő lazító Homopoláros, heteropoláros,, 1x, 2x, 3x, delokalizált Szoros illeszkedés Nagy sűrűség, duktilitás Vill- hővezetés