chemia stosowana I temat: elektrony i orbitale

jądro atomowe elektron (negaton) e– proton p+ neutron n0 nukleony (jądro atomowe) 7 Li 3 lit 4 He 2 hel 1 H 1 wodór oddziaływania: siły jądrowe (krótki zasięg) elektrostatyczne (odpychanie protonów) liczba atomowa, Z liczba masowa, A 2 D 1 3 T 1 izotopy: ta sama liczba atomowa izobary: ta sama liczba masowa izotony: ta sama liczba neutronów 1 H 1 prot deuter tryt

budowa pozajądrowa atomu Rutherford - model planetarny: Dodatnio naładowane jądro, wokół którego krążą elektrony. Bohr - dodał do modelu Rutherforda teorię kwantów Plancka i Einsteina: Elektrony mogą mieć tylko wybrane wartości energii i zajmować tylko wybrane orbity. Heisenberg, Schrödinger, Dirac - mechanika kwantowa na bazie dualizmu korpuskularno-falowego de Broglie’a: Elektronów w atomach nie należy traktować jako cząstek, lecz jako chmurę ładunków o gęstości opisanej przez kwadrat funkcji falowej 2. Wg Heisenberga 2 określa prawdopodobieństwo przebywania elektronu w określonym obszarze przestrzeni.

równanie Schrödingera  - amplituda fali de Broglie’a Rozwiązaniem jest funkcja falowa. Musi mieć sens fizyczny: |(x,y,z)|2dv = 1 liczby kwantowe: główna, n energia elektronu poboczna, l moment pędu elektronu magnetyczna, m ustawienie wektora momentu pędu względem pola magnetycznego

liczby kwantowe główna liczba kwantowa n = 1, 2, 3, ... poboczna liczba kwantowa l = 0, 1, ..., (n – 1) magnetyczna liczba kwantowa m = (–l, ..., –1, 0, 1, ..., l) powłoki K, L, M, N, O, P, Q, ... podpowłoki s, p, d, f, g, ... Określają jednoznacznie kształt orbitalu elektronowego - obszaru przestrzeni o określonym prawdopodobieństwie przebywania elektronu. spinowa liczba kwantowa s = +1/2 magnetyczna spinowa liczba kwantowa ms = –1/2, +1/2

orbitale atomowe n = 1 l = 0 m = 0 (1s) n = 2 l = 0 m = 0 (2s) n = 2 l = 1 m = 0, ±1 (2p) n = 3 l = 0 m = 0 (3s) n = 3 l = 1 m = 0, ±1 (3p) n = 3 l = 2 m = 0, ±1, ±2 (3d)

orbitale atomowe n = 4 l = 0 m = 0 (4s) n = 4 l = 1 m = 0, ±1 (4p) n = 4 l = 2 m = 0, ±1, ±2 (4d) n = 4 l = 3 m = 0, ±1, ±2, ±3 (4f)

poziomy energetyczne W atomach wieloelektronowych oddziaływania się komplikują, energia orbitalu zależy od wartości pobocznej liczby kwantowej. 6d 5f 7s 6p 5d 4f 6s 5p 4d 5s 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 5g 6s 6p 6d 6f ... 7s 7p ... ... 4p 3d 4s energia 3p 3s 2p 2s 1s

zapełnianie orbitali atomowych Zakaz Pauliego: Dwa elektrony nie mogą mieć identycznych wartości wszystkich czterech liczb kwantowych: n, l, m, ms. Jeden orbital mogą zajmować co najwyżej dwa elektrony, o przeciwnych spinach - elektrony sparowane. Reguła Hunda: Orbitale tego samego poziomu (podpowłoki) zapełniane są tak aby jak najwięcej elektronów było niesparowanych. 1s H  1s He  1s 2s 2p B    1s 2s 2p O      1s 2s Li   1s 2s 2p C     1s 2s 2p F      1s 2s Be   1s 2s 2p N      1s 2s 2p Ne     

zapełnianie orbitali atomowych Na 1s22s2p6 3s1 = [Ne]3s1 Mg 1s22s2p6 3s2 = [Ne]3s2 Al 1s22s2p6 3s2p1 = [Ne]3s2p1 ... Cl 1s22s2p6 3s2p5 = [Ne]3s2p5 Ar 1s22s2p6 3s2p6 = [Ne]3s2p6 = [Ar] K 1s22s2p63s2p6 4s1 = [Ar]4s1 Ca 1s22s2p63s2p6 4s2 = [Ar]4s2 Sc 1s22s2p63s2p6d1 4s2 = [Ar]3d14s2 Ti 1s22s2p63s2p6d2 4s2 = [Ar]3d24s2 ... Zn 1s22s2p63s2p6d10 4s2 = [Ar]3d104s2 Ga 1s22s2p63s2p6d10 4s2p1 = [Ar]3d104s2p1 ... Kr 1s22s2p63s2p6d10 4s2p6 = [Ar]3d104s2p6 = [Kr]

układ okresowy Mendelejewa wodór H lit Li sód Na potas K rubid Rb cez Cs beryl Be magnez Mg wapń Ca stront Sr bar Ba bor B glin Al ind In tal Tl węgiel C krzem Si cyna Sn ołów Pb azot N fosfor P arsen As antymon Sb bizmut Bi tlen O siarka S selen Se tellur Te fluor F chlor Cl brom Br jod I itr Y lantan La tytan Ti cyrkon Zr hafn Hf wanad V niob Nb tantal Ta chrom Cr molibden Mo wolfram W mangan Mn ren Re żelazo Fe ruten Ru osm Os kobalt Co rod Rh iryd Ir nikiel Ni pallad Pd platyna Pt miedź Cu srebro Ag złoto Au cynk Zn kadm Cd rtęć Hg II III IV VI VII 1 2 3 4 5 6 hel He neon Ne argon Ar krypton Kr ksenon Xe gal Ga german Ge skand Sc

układ okresowy długi metale metaloidy niemetale gazy szlachetne H Li Na K Rb Cs Fr Be Mg Ca Sr Ba Ra La* Ac** Ce Th Pr Pa Sc Y Nd U Ti Zr Hf Rf Pm Np V Nb Ta Db Sm Pu Cr Mo W Sg Eu Am Mn Tc Re Bh Gd Cm Fe Ru Os Hs Tb Bk Co Rh Ir Mt Dy Cf Ni Pd Pt Ho Es Cu Ag Au Er Fm Zn Cd Hg Tm Md B Al Ga In Tl Yb No C Si Ge Sn Pb N P As Sb Bi O S Se Te Po F Cl Br I At He Ne Ar Kr Xe Rn Lu Lr H C N P O S Se F Cl Br I At He Ne Ar Kr Xe Rn Li Na K Rb Cs Fr Mg Ca Sr Ba Ra La* Ac** Ce Th Pr Pa Sc Y Nd U Ti Zr Hf Rf Pm Np V Nb Ta Db Sm Pu Cr Mo W Sg Eu Am Mn Tc Re Bh Gd Cm Fe Ru Os Hs Tb Bk Co Rh Ir Mt Dy Cf Ni Pd Pt Ho Es Cu Ag Au Er Fm Zn Cd Hg Tm Md Al Ga In Tl Yb No Sn Pb Bi Lu Lr Be B Si Ge As Sb Te Po metale metaloidy niemetale gazy szlachetne

układ okresowy - bloki pierwiastki bloku s pierwiastki bloku p H Li Na K Rb Cs Fr Be Mg Ca Sr Ba Ra La Ac Ce Th ... Yb No Pr Pa Sc Y Lu Lr Nd U Ti Zr Hf Rf Pm Np V Nb Ta Db Sm Pu Cr Mo W Sg Eu Am Mn Tc Re Bh Gd Cm Fe Ru Os Hs Tb Bk Co Rh Ir Mt Dy Cf Ni Pd Pt Ho Es Cu Ag Au Er Fm Zn Cd Hg Tm Md B Al Ga In Tl C Si Ge Sn Pb N P As Sb Bi O S Se Te Po F Cl Br I At He Ne Ar Kr Xe Rn konfiguracja helowców: He 1s2 Ne 1s22s2p6 Ar 1s22s2p63s2p6 Kr 1s22s2p63s2p6d104s2p6 Xe 1s22s2p63s2p6d104s2p6d105s2p6 Rn 1s22s2p63s2p6d104s2p6d10f145s2p6d106s2p6 pierwiastki bloku s pierwiastki bloku p pierwiastki bloku d pierwiastki bloku f

ważne wyjątki chrom, Cr powinno być [Ar]3d44s2 jest [Ar]3d54s1 3d 4s Li Na K Rb Cs Fr Be Mg Ca Sr Ba Ra La Ac Ce Th ... Yb No Pr Pa Sc Y Lu Lr Nd U Ti Zr Hf Rf Pm Np V Nb Ta Db Sm Pu Cr Mo W Sg Eu Am Mn Tc Re Bh Gd Cm Fe Ru Os Hs Tb Bk Co Rh Ir Mt Dy Cf Ni Pd Pt Ho Es Cu Ag Au Er Fm Zn Cd Hg Tm Md B Al Ga In Tl C Si Ge Sn Pb N P As Sb Bi O S Se Te Po F Cl Br I At He Ne Ar Kr Xe Rn chrom, Cr powinno być [Ar]3d44s2 jest [Ar]3d54s1 3d 4s Cr      3d 4s Cr       miedź, Cu powinno być [Ar]3d94s2 jest [Ar]3d104s1 srebro, Ag powinno być [Kr]4d95s2 jest [Ar]4d105s1 lantan, La powinno być [Xe]4f16s2 jest [Ar]5d16s2

wyjątki od reguł zapełniania orbitali H Li Na K Rb Cs Fr Be Mg Ca Sr Ba Ra La* Ac** Ce Th Pr Pa Sc Y Nd U Ti Zr Hf Rf Pm Np V Nb Ta Db Sm Pu Cr Mo W Sg Eu Am Mn Tc Re Bh Gd Cm Fe Ru Os Hs Tb Bk Co Rh Ir Mt Dy Cf Ni Pd Pt Ho Es Cu Ag Au Er Fm Zn Cd Hg Tm Md B Al Ga In Tl Yb No C Si Ge Sn Pb N P As Sb Bi O S Se Te Po F Cl Br I At He Ne Ar Kr Xe Rn Lu Lr 1e– (s  d) 2e– (s  d) 1e– (f  d) 2e– (f  d)

ważniejsze pierwiastki H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Ce ... Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Th ... No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No