Konfiguracja elektronowa atomu ANALIZA CHEMICZNA BADANIE WŁAŚCIWOŚCI SUBSTANCJI KONTROLA I STEROWANIE PROCESAMI TECHNOLOGICZNYMI Właściwości pierwiastków - Układ okresowy Prawo okresowości Mendelejewa (1869) Właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków, zależą od masy atomowej i zmieniają się w sposób okresowy.

PRAWO OKRESOWOŚCI MENDELEJEWA (1869) 18Ar 19K 39,9 39,1 27Co 28Ni 58,9 58,7 52Te 53I 127,6 126,9 90Th 91Pa 232,0 231,0 PRAWO MOSELEYA (1913) (1/λ)1/2 Właściwości pierwiastków są funkcją liczby atomowej (Z) Z Właściwości pierwiastków determinowane są konfiguracją elektronową atomów tych pierwiastków

ZASADA PRZYCZYNOWOŚCI: ZASADA NIEOZNACZONOŚCI: Konfiguracja elektronowa atomu to zapis kwantowanej energii elektronów w atomie ZASADA PRZYCZYNOWOŚCI: Jeśli znany jest stan elementu materii w pewnej chwili, to tym samym określone są wszystkie jego stany wcześniejsze i późniejsze ZASADA NIEOZNACZONOŚCI: Nie można równocześnie określić z dowolną dokładnością zmiany położenia (Δy) i zmiany pędu (Δp) cząstki elementarnej

Jak doświadczalnie wykazać właściwości falowe Korpuskularno-falowe właściwości elektronów Równanie de Broglie`a (1924) dla fotonu: Równanie Plancka:     Równanie Einsteina: Właściwości falowe Właściwości korpuskularne Równanie fal materii de Broglie`a: Jaka jest długość fali: a) Elektronów o masie 9,11·10-31kg i prędkości v = 5,9107m s-1 b) Piłeczki o masie 45 g i prędkości v = 30m s-1 Jak doświadczalnie wykazać właściwości falowe elektronów?

ZASADA NIEOZNACZONOŚCI Heisenberga: Opis energii elektronu w atomie => to określenie położenia i pędu elektronu Jak można określić położenie elektronu w atomie? Wykorzystując zjawisko dyfrakcji promieniowania elektromagnetycznego o długości fali  = relektronu (Błąd oznaczenia położenia Δy = ) Kwantowi promieniowania  przypisany jest pęd (p): Wskutek oddziaływania z promieniowaniem elektron zmieni swój pęd p o Δp Fala materii de Broglie`a: Metoda badawcza zmienia obiekt badany Aby dokładniej określić położenie -  , ale wtedy rośnie Δp Nie można równocześnie określić z dowolną dokładnością położenia i pędu cząstki elementarnej

Równanie Schrödingera: 1 eV = 1,6 ·10-7 J Liczby kwantowe: Główna (n) Poboczna (l) Magnetyczna (m) Litery greckie: Funkcja własna (orbital): Kątowa część funkcji falowej Radialna część funkcji falowej Azymutalna część funkcji falowej

Równanie Schrodingera (funkcja falowa ψ, ψ2): ψn,l,m Liczby kwantowe: Główna (n): 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 Poboczna( ): 0, 1, 2, 3, 4, …, n-1 Magnetyczna( ): -l, 0, l Spinowa(s): -1/2, 1/2 2 0 1 0 -1 0 1 -1/2 1/2 -1/2 1/2 -1/2 1/2 -1/2 1/2 2 n - Nr okresu (powłoki) l – Typ podpowłoki m – Typ orbitala

KONFIGURACJA ELEKTRONOWA ATOMU 1 2 3 s p 6 d 10 f 14 n 4 5 7 2 0 1 0 -1 0 1 -1/2 1/2 -1/2 1/2 -1/2 1/2 -1/2 1/2 2 Liczby kwantowe: Główna (n): 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 Poboczna(l): 0, 1, 2, 3, 4 Magnetyczna(m): -l, 0, l Spinowa(s): -1/2, 1/2 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d8

Na podstawie konfiguracji elektronowej atomu określić położenie pierwiastka w układzie okresowym i opisać jego właściwości chemiczne

Przykład 1. Podaj konfigurację elektronową atomu pierwiastka o liczbie atomowej Z = 15. 15X: 1s22s22p63s23p3 ; 15X: [Ne] 3s23p3 Zewnętrzna podpowłoka walencyjna określa przynależność pierwiastka do określonego bloku w układzie okresowym - Pierwiastek bloku p - 15 grupa, 3 okres, niemetal - Stopień utlenienia: od -III do V

Pierwiastek bloku d, metal, 7 grupa, 4 okres, Przykład 2. Podaj konfigurację elektronową atomu pierwiastka o liczbie atomowej Z = 25. 25X: 1s22s22p63s23p64s23d5 25X: [Ar] 4s23d5 Pierwiastek bloku d, metal, 7 grupa, 4 okres, Stopień utlenienia: od 0 do VII

Przykład 3. Podaj konfigurację elektronową atomu pierwiastka o liczbie atomowej Z = 31. 31X: 1s22s22p63s23p64s23d104p1 31X: [Ar] 4s2[3d10]4p1 - Pierwiastek bloku p, metal, 13 grupa, 4 okres, stopień utlenienia: od 0 do III

M e t a l e Przykład 4. 7X: 1s22s22p3 7X: [He] 2s22p3 d p s Podaj wartości liczb kwantowych elektronów walencyjnych w atomie pierwiastka o liczbie atomowej Z=7. 7X: 1s22s22p3 7X: [He] 2s22p3 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 s d p 4f 14 5f Metale M e t a l e Niemetale

7X: [He] 2s22px12py12pz1 n l m -1 +1 s -1/2 +1/2 Zakaz Pauliego: Określony poziom energetyczny atomu obsadzony może być tylko przez jeden elektron 7X: [He] 2s22px12py12pz1 1 2 3 4 5 n l m -1 +1 s -1/2 +1/2 Reguła Hunda:

7N: 1s22s22pz12py12px1 8O: 1s22s22pz22py12px1 Reguła Hunda: Elektrony w atomie obsadzają najniższe dostępne poziomy energetyczne 7N: 1s22s22pz12py12px1 8O: 1s22s22pz22py12px1

Elektroujemność pierwiastka (E) - Wg Mullikena: Potencjał jonizacji (PJ): A + ε1 -> A+ Powinowactwo elektronowe (PE): B + –1e + ε2 -> B– - Wg Paulinga: ΔE(NaF) = 0,208·Δ1/2 = 3,1 => ENa = 0,9 ΔE(CS2) = 0,208·Δ1/2 = 0,0 => ES = 2,5 Przyjęto, że: EF = 4,0 EC = 2,5   ΔE = 0,208·Δ1/2 Gdzie: Δ - energia rezonansu w [kJ/mol] DA -B - energia dysocjacji wiązania w [kJ/mol]

NIEMETALE EF = 4,0 METALE ECs = 0,7 Wzrost elektroujemności (E). Wzrost niemetaliczności, właściwości utleniających NIEMETALE EF = 4,0   METALE ECs = 0,7 Zmniejszanie się elektroujemności (E). Wzrost właściwości metalicznych, redukujących

Typy wiązań chemicznych: Oddziaływania międzycząsteczkowe: WIĄZANIA CHEMICZNE - Energia utrzymująca atomy lub jony w określonej odległości: Typy wiązań chemicznych: Wiązania jonowe Wiązania metaliczne Wiązania atomowe spolaryzowane Wiązania kowalencyjne Wiązania koordynacyjne Oddziaływania międzycząsteczkowe: Oddziaływania Van der Waalsa Wiązania wodorowe 1. Oddziaływanie elektrostatyczne 2. Oddziaływanie kowalencyjne Wiązania jonowe (pierwiastek o dużej E + pierw. o małej E) ΔE >1,8 q- Prawo Coulomba: q- q+ q- q-

Wiązanie metaliczne (Atomy pierwiastków. o małej E) -e -e -e -e -e -e –e –e –e –e –e Me+q Me+q Me+q Me+q Me+q Me+q Me+q Me+q Wiązanie kowalencyjne (Atomy pierwiastków o dużej E), ΔE < 1,8

Wiązanie koordynacyjne (akceptor elektronów + donor elektronów ) Wzór związku Nazwa związku [Ag(NH3)2]Cl Chlorek diaminasrebra [Pb(OH)4]Cl2 Dichlorek tetrahydroksoołowiu(VI) [Al(OH)2]NO3 Azotan(V) dihydroksoglinu [Zn(NH3)6]Cl2 Dichlorek heksaaminacynku(II) K3[Fe(CN)6] Heksacyjanożelazian(III) potasu [ALn]x n - Liczba ligandów w jonie kompleksowym x - Ładunek elektryczny jonu kompleksowego. Wiązanie wodorowe (Oddziaływanie międzycząsteczkowe) Masa molowa wody wynosi 18 g/mol, a butanu 58 g/mol. Jak wyjaśnić fakt, że w warunkach standardowych woda jest cieczą, a butan gazem? 2. Który ze związków ma wyższą temperaturę wrzenia? a) etanol czy eter dimetylowy, b) glikol czy aceton

Związki chemiczne: Związki jonowe Związki kowalencyjne Cechy związków jonowych: 1. Duża wartość energii wiązania chemicznego (tysiące kJ/mol) 2. Duża twardość 3. Wysoka temperatura topnienia 4. Wysoka temperatura wrzenia 5. Dobra rozpuszczalność w rozpuszczalnikach polarnych (w wodzie) 6. Dobre przewodnictwo elektryczne w stanie stopionym lub rozpuszczonym