Podstawy mechaniki kwantowej Dotychczas (gimnazjum/szkoła podstawowa) uczeni byliście o obecności powłok elektronowych: KLMNOPQKLMNOPQ.

Prezentacja na temat: "Podstawy mechaniki kwantowej Dotychczas (gimnazjum/szkoła podstawowa) uczeni byliście o obecności powłok elektronowych: KLMNOPQKLMNOPQ."— Zapis prezentacji:

1

2 Podstawy mechaniki kwantowej Dotychczas (gimnazjum/szkoła podstawowa) uczeni byliście o obecności powłok elektronowych: 12345671234567 KLMNOPQKLMNOPQ 1.Powłoki to „orbity” po których krążą elektrony wokół jądra 2. Kolejne powłoki są bardziej oddalone od jądra 4. Na powłokach maksymalnie może znaleźć się 2n 2 elektronów gdzie: n – numer powłoki elektronowej 3. Powłoki mają swoje symbole: K, L, M… 2 8 18 32 50 72 98

3 Podstawy mechaniki kwantowej Obecny stan wiedzy i rozwój mechaniki kwantowej 12345671234567 KLMNOPQKLMNOPQ 1. Wśród powłok wyróżniamy podpowłoki 2. Kolejne podpowłoki oznaczamy symbolami. 3. Na podpowłokach maksymalnie możne znajdować się konkretna parzysta liczba elektronów. Począwszy od 2 elektronów na pierwszej podpowłoce zwiększając liczbę, co 4 elektrony z każdą kolejną podpowłoką. s p d f g 1s1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f … 6s 6p 6d 6f … 7s 7p 7d 7f … 4. Wśród każdej powłoki elektronowej znajdują się podpowłoki. Z każdą kolejną powłoką zwiększa się liczba podpowłok (o jedną) 2 6 10 14 18

4 Podstawy mechaniki kwantowej Obecny stan wiedzy i rozwój mechaniki kwantowej 12345671234567 KLMNOPQKLMNOPQ 1. Przypiszmy maksymalną liczbę elektronów do każdej z podpowłok s p d f g 1s1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f … 6s 6p 6d 6f … 7s 7p 7d 7f … 2 6 10 14 18 2 6 10 14 2 6 10 2 6 2 2. Suma elektronów na poszczególnych podpowłokach zgodna jest z wcześniejszym równaniem 2n 2 elektronów gdzie: n – numer powłoki elektronowej 2 8 18 32 50 72 98

5 Podstawy mechaniki kwantowej Obecny stan wiedzy i rozwój mechaniki kwantowej 1. Wśród podpowłok znajdują się orbitale 2. Podpowłoki składają się z następującej liczby orbitali s p d f g 2 6 10 14 18 Liczba orbitali  1 3 5 7 9 3. Orbitale w zapisie konfiguracji oznacza się za pomocą kratek/klatek (czasami kółek) 4. Na każdym orbitalu maksymalnie mogą znajdować się dwa elektrony, które zapisujemy za pomocą strzałek ↑ i ↓ (w kolejnych slajdach zostaną wytłumaczone reguły wprowadzania elektronów do orbitali) podpowłoka s  1 orbital podpowłoka p  3 orbitale podpowłoka d  5 orbitali podpowłoka f  7 orbitali 5. Przypiszmy sumę elektronów znajdującą się w obrębie orbitali do podpowłoki ↑↓ 1x2 elektrony 3x2=6 elektronów 5x2=10 elektronów 7x2=14 elektronów 2 6 10 14

6 Zapis podpowłokowy 4p24p2 3d83d8 Informacja o tym, na której powłoce znajdują się elektrony Informacja o tym, na której powłoce znajdują się elektrony Informacja o tym, na której podpowłoce znajdują się elektrony Informacja o tym, na której podpowłoce znajdują się elektrony Informacja o liczbie elektronów na tej podpowłoce

7 Zapis podpowłokowy graficzny 4p24p2 podpowłoka p składa się z 3 orbitali ↑ liczba elektronów, które należy umieścić na orbitalach ↑ REGUŁA HUNDA W celu uzyskania najbardziej korzystnego energetycznie zapełnienia orbitali atomowych, powinno być jak najwięcej elektronów niesparowanych „ „ Najpierw umieszczamy elektrony na każdej z podpowłok, a dopiero elektrony „parujemy”. Zapis poprawny

8 Zapis podpowłokowy graficzny 3d83d8 podpowłoka d składa się z 5 orbitali liczba elektronów, które należy umieścić na orbitalach ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ REGUŁA HUNDA Najpierw umieszczamy elektrony na każdej z podpowłok, a dopiero elektrony „parujemy”. „ ZAKAZ (REGUŁA) PAULIEGO Zakaz Pauliego głosi, że nie istnieje możliwość występowania w atomie pary elektronów o jednakowych zestawach liczb kwantowych (co najmniej jedna liczba kwantowa musi różnić te elektrony) „ Gdy orbital musimy obsadzić kolejnym elektronem musimy zmienić jego spin (zmienić zwrot strzałki) „ ↑ ↑ ↑ Zapis poprawny

9 4p24p2 3d83d8 zapis niedozwolony – złamanie reguły Hunda ↑↑ ↑↑ zapisy niełamiące reguły Hunda, ani zakazu Pauliego ↑↑ ↑ ↑ ↑↑ zapis niedozwolony – złamanie reguły Hunda i zakazu Pauliego ↑↑ ↑↑↑ ↑↑ ↑ ↑↑ ↑↑↑ ↑↑ ↑ ↑↑ ↑↑↑ ↑ ↑↑ ↑↑ ↑↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑↑ ↑ ↑ ↑↑ ↑↑ ↑↑ ↑↑↑ ↑↑ ↑ zapis niedozwolony – złamanie zakazu Pauliego

10 Orbital Upraszczając definicję Orbital to przestrzeń, w której możliwość znalezienia elektronu jest największa, poza tą przestrzenią prawdopodobieństwo znalezienia tego elektronu jest równe zero

11 Orbital Załóżmy, że samoloty Ryanera, które startują lub lądują w podwarszawskim Modlinie to nasze elektrony, które znajdują się w danym orbitalu. Poniższa mapa przedstawia trasy, które wykonują te samoloty. Możemy wytyczyć granicę lotów tych samolotów Wytyczona granica to „orbital” tych samolotów (elektronów). Możliwość znalezienia samolotu (elektronu), który startuje/ląduje w Modlinie poza tym orbitalem nie jest możliwa

12 Podpowłoki s 1 orbital ↑ ↑ 1s1s2s2s3s3s Każdy orbital typu s ma taki sam kształt. Orbitale należące do kolejnych powłok elektronowych różnią się wielkością

13 Podpowłoka p 3 orbitale ↑ ↑ 2px2px 2py2py 2pz2pz Każdy orbital typu p ma taki sam kształt. Orbitale p należące do tej samej podpowłoki, np. 2p różnią się „kierunkiem w przestrzeni”, ale mają jednakową wielkość. ↑ ↑ ↑ ↑ x yz x y z x y z x y z

14 Podpowłoki p ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ x yz ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ x yz 2p2p 3p3p x y z x y z x y z x y z x y z x y z Każdy orbital typu p ma taki sam kształt. Orbitale p należące do tej samej podpowłoki różnią się „kierunkiem w przestrzeni”, ale mają jednakową wielkość. Orbitale należące do różnych podpowłok mają różną wielkość, ale jednakowy kształt

15 Liczby kwantowe Podają lokalizację elektronu w atomie. Dzięki nim można opisać różniące cechy elektronów (np. orbitale) Opisują cechy elektronu – wielkości fizyczne (energia, orbitalny moment pędu, rzut momentu pędu itd.)  tego nauczycie się na wyższych etapach edukacji (studia chemiczne)

16 Liczby kwantowe – oznaczenia i wartości 1. Główna liczba kwantowa 2. Poboczna (orbitalna) liczba kwantowa 3. Magnetyczna liczba kwantowa 4. Magnetyczna spinowa liczba kwantowa 5. Spinowa liczba kwantowa Oznaczenie: n Oznaczenie: l Oznaczenie: m Oznaczenie: m s Oznaczenie: s Wartości, jakie przyjmuje: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 itd. Wartości, jakie przyjmuje: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 itd. Wartości, jakie przyjmuje: -l … 0 … +l (gdzie l, to poboczna l.k.). Wartości, jakie przyjmuje: ½ lub -½ Wartości, jakie przyjmuje: Zawsze ½

17 Główna liczba kwantowa 1. Główna liczba kwantowa Wartości, jakie przyjmuje: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 itd. Oznaczenie: n powłoce Mówi o tym, na której powłoce leży dany elektron Przyjmuje taką wartość, jaki numer ma dana powłoka Przykłady: Elektrony na podpowłoce 3p Elektrony na piątej powłoce Elektrony na powłoce N  n = 3  n = 5  n = 4 Powłoka N jest czwartą powłoką

18 Poboczna liczba kwantowa podpowłoce Mówi o tym, na której podpowłoce leży dany elektron Dla następujących podpowłok przyjmuje następujące wartości: Przykłady: Elektrony na podpowłoce 3p Elektrony na piątej powłoce Elektrony na powłoce N  l = 1  l = 0, 1, 2, 3, 4  l = 0, 1, 2, 3 2. Poboczna (orbitalna) liczba kwantowa Oznaczenie: l Wartości, jakie przyjmuje: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 itd. Dla orbitalu s  l = 0 Dla orbitalu p  l = 1 Dla orbitalu d  l = 2 Dla orbitalu f  l = 3 Powłoka piąta może składać się z pięciu podpowłok: s, p, d, f, g Powłoka N (czyli czwarta) może składać się z czterech podpowłok: s, p, d, f

19 Magnetyczna liczba kwantowa 3. Magnetyczna liczba kwantowa Oznaczenie: m Wartości, jakie przyjmuje: -l … 0 … +l (gdzie l, to poboczna l.k.). orbitalu Mówi o tym, na którym orbitalu leży dany elektron Dla następujących orbitali przyjmuje następujące wartości: podpowłoka s  1 orbital s podpowłoka p  3 orbitale p podpowłoka d  5 orbitali d podpowłoka f  7 orbitali f Poboczna liczba kwantowa l = 0, więc m = 0 Poboczna liczba kwantowa l = 1, więc m = -1, 0, 1 Poboczna liczba kwantowa l = 2, więc m = -2, -1, 0, 1, 2 Poboczna liczba kwantowa l = 3, więc m = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3 0 01 0 1-22 01-22-33

20 Magnetyczna liczba kwantowa Przyjęło się konwencję porządkowania liczb kwantowych wg przykładu 01 podpowłoka p  3 orbitale p ale równocenne Orbitale w obrębie podpowłoki są równocenne (nierozróżnialne = takie same), więc można losowo przypisać te liczby. 010 1 01 1 0

21 Magnetyczna spinowa liczba kwantowa 4. Magnetyczna spinowa liczba kwantowa Oznaczenie: m s Wartości, jakie przyjmuje: ½ lub -½ spinie elektronu Mówi o spinie elektronu, czyli własnym momencie pędu (kierunek obrotu elektronu wokół własnej osi) Przyjmuje następujące wartości: ↑ ↑ m s = ½m s = -½

22 Powłoka, podpowłoka, orbital Weźmy pod uwagę elektrony znajdujące się w obrębie powłoki M Powłoka M jest trzecią powłoką i składa się z podpowłok s, p i d ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ 3s3s 3p3p 3d3d cała powłoka konkretnepodpowłoki konkretny orbital Wszystkie elektrony mają identyczną główną liczbę kwantową, n Wszystkie elektrony mają identyczną główną i poboczną liczbę kwantową, n i l Wszystkie elektrony mają identyczną główną, poboczną i magnetyczną liczbę kwantową, n, l i m

23 Powłoka, podpowłoka, orbital Powłoka - zespół elektronów w atomie, które mają wspólną główną liczbę kwantową, n Podowłoka - zespół elektronów w atomie, które mają wspólną główną i poboczną liczbę kwantową, n, l Orbital - zespół elektronów w atomie, które mają wspólną główną, poboczną i magnetyczną liczbę kwantową, n, l, m

24 Inna definicja orbitalu Orbital jest funkcją falową zależącą od głównej, pobocznej i magnetycznej liczby kwantowej opisującą maksymalnie dwa elektrony, dla której kwadrat modułu określa gęstość prawdopodobieństwa napotkania elektronu w danym punkcie przestrzeni. Ψ (n, l, m)

25 Zadanie 1 A. 2s z i 2s y B. 3p y i 3p z C. 1p y i 1p z D. 2s i 2p E. 2p i 3p F. 3p z i 3p x Poniżej przedstawiono parę dwóch orbitali atomowych. B. Określ prawidłowość poniższych zdań – zaznacz P, jeśli zdanie jest prawdziwe lub F, jeśli jest fałszywe. A. Zaznacz tę parę symboli, które mogą opisywać przedstawione orbitale: 1 W sumie na obu przedstawionych orbitalach mogą znajdować się maksymalnie 4 elektrony. PF 2 Elektrony obsadzone na obu orbitalach różnią się poboczną (orbitalną) liczbą kwantową l. PF 3 Maksymalna magnetyczna liczba kwantowa m może przyjmować wartość 2 dla elektronów obsadzonych na przedstawionych orbitalach. PF Proszę o wykonanie zadania

26 Zadanie 2 Proszę o wykonanie zadania Pewien zbiór elektronów w atomie leży w obrębie czwartej powłoki. Dla tych elektronów można podać zapis graficzny konfiguracji: A. Podaj zapis podpowłokowy przedstawionej grupy elektronów, np. 1s 2 B. Określ zestaw liczb kwantowych – głównej (n), pobocznej (l), magnetycznej (m) i magnetycznej spinowej (m s ) – dowolnego niesparowanego elektronu. ↑↓ ↑↑↑

27 Zadanie 3 Proszę o wykonanie zadania Wskaż te zapisy danych podpowłok, które są niedozwolone. Wyjaśnij na czym polega nieprawidłowość ↑↑ A. B. C. D. F. E. G. H. I. ↑↑↑ ↑↑↑ ↑↓ 2d22d2 5d 11 8s18s1 5d45d4 ↑↑

28 Zadanie 4 Określ zestaw liczb kwantowych dwóch elektronów znajdujących się na podpowłoce 5d 2. Elektron Liczby kwantowe nlmmsms I II Proszę o wykonanie zadania

29 Liczby kwantowe opisujące zachowanie elektronu w atomie nie mogą przyjmować dowodnych wartości. Zestaw pewnych liczb kwantowych – głównej (n), pobocznej (l), magnetycznej (m) – dla elektronów można opisać za pomocą równania matematycznego: n ∙ l ∙ m = 0 A.Ustal dowolny stan kwantowo-mechaniczny, a tym samym wartości trzech liczb kwantowych – głównej (n), pobocznej (l), magnetycznej (m) – który będzie dozwolony dla opisanego elektronu i spełni powyższe równanie. B.Narysuj kontur takiego orbitalu, który będzie spełniał warunki zadania Zadanie 5 Proszę o wykonanie zadania

30 Konfiguracje elektronowe w atomie Elektrony w obrębie atomu rozmieszczone są nie tylko w obrębie powłok, ale również pogrupowane są na konkretne podpowłoki i orbitale. zasadą rozbudowy (zabudowy) elektronowej. Elektrony w atomie porządkuje się zgodnie z zasadą rozbudowy (zabudowy) elektronowej.

31 Zasada rozbudowy elektronowej 1s1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f … 6s 6p 6d 6f … 7s 7p 7d 7f … Schemat przedstawia konstrukcję rozbudowy elektronowej, czyli kolejność zapełniania podpowłok przez elektrony 1s1s2s2s2p2p3s3s3p3p4s 3d3d 4p4p5s 4d4d 5p5p 6s6s4f4f5d5d6p6p7s7s itd Kolejność zapełniania podpowłok przez elektrony

32 Zasada rozbudowy elektronowej 1s1s2s2s2p2p3s3s3p3p4s3d3d4p4p5s4d4d5p5p6s6s4f4f5d5d6p6p7s7s itd kolejności zapełniania podpowłok przez elektrony Z diagramu rozbudowy można rozpisać ciąg podpowłok Mówi on o: wzroście energii elektronów w atomie elektrony znajdujące się w obrębie danej podpowłoki mają jednakową energię, a wraz z zapełnianiem kolejnych podpowłok ich energia wzrasta

33 Jak zapisać konfigurację elektronową atomu na podstawie zasady rozbudowy? wanad V Weźmy pod uwagę pierwiastek wanad V Ma on 23 elektrony 1s1s 2s2s 2p2p3s3s3p3p4s3d3d4p4p5s4d4d5p5p6s6s4f4f5d5d6p6p7s7s itd 2262621062 62 6214 Uzupełniamy elektrony zgodnie z regułą rozbudowy dotąd, aż wykorzystamy wszystkie elektrony 20 elektronów Te podpowłoki będą uzupełnione całkowicie Do całkowitego uzupełnienia wszystkich elektronów w atomie – tę podpowłokę uzupełniamy trzema elektronami [V] : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 Konfiguracja ma zapis:

34 Formy zapisu konfiguracji Istnieje kilka sposobów zapisu konfiguracji -Pełna podpowłokowa -Graficzna (klatkowa) -Skrócona -Powłokowa

35 Konfiguracja pełna podpowłokowa i konfiguracja skrócona [V] : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 pełna podpowłokowa Konfiguracja pełna podpowłokowa to ta, którą budujesz na podstawie rozbudowy elektronowej Konfiguracja skrócona zawiera w zapisie gaz szlachetny (pierwiastek grupy 18.) 1. Szukamy gazu szlachetnego poprzedzającego pierwiastek, którego konfiguracje opisujemy 2. Usuwamy ten fragment konfiguracji, który jest zgodny z gazem szlachetnym i zastępujemy go symbolem tego pierwiastka. Jest nim argon [Ar] [V] : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 [V] : [Ar] 4s 2 3d 3

36 Konfiguracja graficzna (klatkowa) Należy rozpisać każdą podpowłokę za pomocą klatek. [V] : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 W przypadku rozmieszczania elektronów w obrębie konkretnych orbitali należy pamiętać o regule Hunda i o zakazie Pauliego ↑↓ ↑ ↑↑ Zawsze należy podpisać orbitale 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d ↑↓ Można tę konfigurację uprościć (skrócić) ↑↓↑↑↑ 4s 3d [Ar]

37 Konfiguracja powłokowa Zapisujemy liczbę elektronów na konkretnych powłokach. Stosujemy zapis K L M N O P Q [V] : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 K 2 8 11 2 LMN

38 Elektrony walencyjne [V] : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 Pierwiastki leżące w grupach od 1. do 12. mają tyle elektronów walencyjnych, jaki jest numer grupy Pierwiastki leżące w grupach od 13. do 18. mają tyle elektronów walencyjnych, jaki jest numer grupy pomniejszony o 10 Wanad leży w grupie 5., więc ma 5 elektronów walencyjnych Ostatnich pięć elektronów to elektrony walencyjne Ten fragment konfiguracji zwany jest elektronami walencyjnymi lub powłoką walencyjną Ten fragment konfiguracji zwany jest rdzeniem atomu lub zrębem atomu (w jego skład wchodzi poza elektronami również jądro atomowe)

39 Interpretacje na podstawie konfiguracji elektronowej [V] : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 wzrost energii elektronów Podpowłoka w atomie wanadu z elektronami o najwyższej energii to: Podpowłoka w atomie wanadu z elektronami o najniższej energii to: 3d3d 1s1s

40 Interpretacje na podstawie konfiguracji elektronowej [V] : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 ↑↓ ↑ ↑↑ 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d ↑↓ elektrony sparowane pary elektronowe elektronyniesparowane W atomie wanadu znajduje się 20 elektronów sparowanych W atomie wanadu znajduje się 10 par elektronowych W atomie wanadu znajdują się 3 elektrony niesparowane

41 Alternatywne zapisy Zapis zgodny z rozbudową elektronową – podpowłoki są ułożone zgodnie ze wzrostem energii [V] : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 [V] : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s24s2 3d33d3 IUPAC zaleca porządkowanie podpowłok ze względu na powłokę (główną liczbę kwantową)

42 Bloki energetyczne Układ okresowy możemy podzielić na bloki - blok s – pierwiastki 1. i 2. grupy oraz He - blok p – pierwiastki grupy 13.-18. bez He - blok d – pierwiastki grupy 3.-12.

43 Zapis konfiguracji na podstawie układu okresowego V 1. W celu podania konfiguracji elektronowej wanadu należy ustalić jego położenie układzie okresowym 2. By ustalić konfigurację należy poruszać się wzdłuż okresów i zapisywać symbole kolejnych podpowłok 1s21s2 3. Należy zacząć od początku układu okresowego, czyli od wodoru. W pierwszym okresie znajdują się 2 pola w bloku s zatem 2 elektrony zapełniają podpowłokę 1s 4. W drugim okresie są 2 pola w bloku s i 6 pól w bloku p. Zatem zapełniają się kolejno podpowłoki 2s i 2p 5. W trzecim okresie są 2 pola w bloku s i 6 pól w bloku p. Zatem zapełniają się kolejno podpowłoki 3s i 3p 6. W czwartym okresie są 2 pola w bloku s i 3 pola w bloku d. Zatem zapełniają się kolejno podpowłoki 4s i 3d. 2s22s2 2p62p6 4s24s2 3p63p6 3s23s2 3d33d3 1s21s2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 [V]:

44 Bloki energetyczne = konfiguracyjne Poniżej podano konfiguracje losowo wybranych pierwiastków wraz z zaznaczonymi podpowłokami o najwyższej energii [V]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 [H]: 1s 1 [He]: 1s 2 [Na]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 [N]: 1s 2 2s 2 2p 3 [Zn]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 [Cl]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 Pierwiastki bloku s Pierwiastki bloku p Pierwiastki bloku d Elektrony o najwyższej energii znajdują się na podpowłoce s Elektrony o najwyższej energii znajdują się na podpowłoce p Elektrony o najwyższej energii znajdują się na podpowłoce d

45 Bloki a elektrony walencyjne Poniżej podano konfiguracje losowo wybranych pierwiastków wraz z zaznaczonymi elektronami walencyjnymi. [V]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 [H]: 1s 1 [He]: 1s 2 [Na]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 [N]: 1s 2 2s 2 2p 3 [Zn]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 [Cl]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 Pierwiastki bloku s Pierwiastki bloku pPierwiastki bloku d nsnsns npnd (n-1)d Elektrony walencyjne są rozmieszczone w obrębie podpowłok:

46 Przykłady Magnez [Mg]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 Zapis pełny Zapis skrócony [Mg]: [Ne] 3s 2 Zapis graficzny pełny ↑↓ Zapis graficzny skrócony ↑↓ [Mg]: [Ne] Zapis powłokowy K 2 L 8 M 2 elektrony walencyjne Liczba elektronów sparowanych: Liczba par elektronowych: Liczba elektronów niesparowanych: 12 6 0 1s 2s 2p 3s 3s3s

47 Przykłady Brom Zapis pełny Zapis skrócony Zapis graficzny pełny [Br]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5 Zapis graficzny skrócony [Br]: [Ar] Zapis powłokowy K 2 L 8 M 18 N 7 elektrony walencyjne Liczba elektronów sparowanych: Liczba par elektronowych: Liczba elektronów niesparowanych: 34 17 1 [Br]: [Ar] 4s 2 3d 10 4p 5 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ 4s 3d 4p

48 Przykłady Żelazo Zapis pełny Zapis skrócony Zapis graficzny pełny [Fe]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 Zapis graficzny skrócony [Fe]: [Ar] Zapis powłokowy K 2 L 8 M 14 N 2 elektrony walencyjne Liczba elektronów sparowanych: Liczba par elektronowych: Liczba elektronów niesparowanych: 22 11 4 [Fe]: [Ar] 4s 2 3d 6 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ 4s 3d Nie da się wskazać

49 Promocja elektronowa Zachodzi dla nielicznej grupy pierwiastków, np. w przypadku chromu i miedzi

50 Atom miedzi [Cu]: [Ar] ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ Konfiguracja zgodna z rozbudową elektronową [Cu]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 9 4s 3d ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ 4s 3d ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 4s 3d przeniesienie jednego elektronu= promocja elektronu [Cu]: [Ar] ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ Konfiguracja zgodna z uwzględnieniem promocji elektronu [Cu]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 10 4s 3d ZAPIS POPRAWNY ZAPIS BŁĘDNY

51 Atom chromu [Cr]: [Ar] ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ Konfiguracja zgodna z rozbudową elektronową [Cr]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 4 4s 3d ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ 4s 3d ↑ ↑ ↑ 4s 3d przeniesienie jednego elektronu= promocja elektronu [Cr]: [Ar] ↑ ↑ ↑ Konfiguracja zgodna z uwzględnieniem promocji elektronu [Cr]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5 4s 3d ZAPIS POPRAWNY ZAPIS BŁĘDNY

52 Promocja elektronu Wyobraź sobie dużą łódź z pięcioma siedzeniami (podpowłoka d, z pięcioma orbitalami) oraz małą łódkę z jednym siedzeniem (podpowłoka s). Na każdym siedzeniu może usiąść jeden człowiek lub dwoje ludzi (liczba elektronów w obrębie orbitalu). ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ Nierównomierny rozkład masy w dużej łodzi – łódź nie jest stabilna 4s ↓ 3d3d ↑ Przeniesienie jednego człowieka (elektronu) z małej łodzi do dużej łodzi Ustabilizowanie łodzi (podpowłoka d uzyskuje sytuację korzystniejszą energetycznie, co obniża jej energię)

53 Stan podstawowy Stan podstawowy atomu Stan podstawowy atomu to taki stan, w którym elektrony zyskują najniższą możliwą energię. Promocja elektronowa stanem podstawowym Promocja elektronowa zachodzi po to, by obniżyć energię atomu, więc zapis konfiguracji Cu i Cr uwzględniający promocję jest stanem podstawowym

54 Stan wzbudzony Stan wzbudzony to taki stan, który nie jest stanem podstawowym. Elektron (elektrony) mają wyższą energię niż w stanie podstawowym.

55 Stan wzbudzony przeniesienie elektronu z podpowłoki o niższej energii na podpowłokę o wyższej energii Zwykle jest to przeniesienie elektronu z podpowłoki o niższej energii na podpowłokę o wyższej energii podczas dostarczenia odpowiedniej ilości energii do atomu.

56 Stan wzbudzony Atom węgla [C] : 1s 2 2s 2 2p 2 wzrost energii ↑↓ ↑↑ [C] : 1s 2 2s 2 2p 2 stan podstawowy energia dostarczenie energii ↑↓ ↑ ↑ ↑ [C*] : 1s 2 2s 1 2p 3 stan wzbudzony energia Oznacza się gwiazdką C* NIŻSZA ENERGIA WYŻSZA ENERGIA

57 Zadanie 6 Określ, jakim zestawem wspólnych liczb kwantowych można opisać elektron lub elektrony, które charakteryzują się najwyższą energią w atomie cynku. Określ ich wartości. Proszę o wykonanie zadania

58 Zadanie 7 Wymieniono symbole sześciu pierwiastków: In, Sn, Sb, Te, I, Xe. Wybierz i podkreśl w każdym nawiasie poprawne uzupełnienie poniższego tekstu. Pierwiastki, których symbole wymieniono powyżej, stanowią w układzie okresowym pierwiastków fragment ( III okresu / V okresu / 3. grupy / 5. grupy ) i należą do bloku konfiguracyjnego ( s / p / d ). Atomy tych pierwiastków mają w stanie podstawowym jednakowe rozmieszczenie elektronów walencyjnych w podpowłoce ( 4d / 5s / 5p ), a różnią się rozmieszczeniem elektronów walencyjnych w podpowłoce ( 4d / 5s / 5p ). Największą liczbę elektronów walencyjnych ma atom ( indu / antymonu / jodu / ksenonu ). Proszę o wykonanie zadania

59 Zadanie 8 Niektóre pierwiastki leżące w 4. okresie układu okresowego pierwiastków mają całkowicie zapełnioną podpowłokę 3d. Podaj symbole wszystkich tych pierwiastków, które w stanie podstawowym spełniają następujące zasady: A.Pierwiastek lub pierwiastki, które w stanie podstawowym mają całkowicie zapełnioną podpowłokę 3d, leżą w IV okresie układu okresowego pierwiastków i nie posiadają niesparowanych elektronów (posiadają wyłącznie pary elektronowe). B.Pierwiastek lub pierwiastki, które w stanie podstawowym mają całkowicie zapełnioną podpowłokę 3d, leżą w IV okresie układu okresowego pierwiastków i posiadają niecałkowicie zapełnioną podpowłokę s. Proszę o wykonanie zadania

60 Zadanie 9 Atom pewnego pierwiastka chemicznego X, leżącego w czwartym okresie układu okresowego, zawiera o trzy niesparowane elektrony więcej niż atom poprzedzający go w tym okresie. A.Określ symbol pierwiastka X. B.Określ liczbę niesparowanych elektronów pierwiastka C.Określ liczbę par elektronowych pierwiastka X D.Określ liczbę niesparowanych elektronów pierwiastka leżącego bezpośrednio za pierwiastkiem X w układzie okresowym. Proszę o wykonanie zadania

61 Zadanie 10 Przedstaw na schemacie orbitali atomowych rozmieszczenie 5 elektronów opisanych orbitalami typu 4s i 3d, które znajdują się w stanie podstawowym. Proszę o wykonanie zadania

62 Zadanie 11 Skrócona konfiguracja elektronów w jonie Y 2+ Symbol pierwiastka Numer grupy Numer okresu W tabeli opisano elektrony walencyjne atomu pierwiastka chemicznego Y za pomocą liczb kwantowych. Uzupełnij poniższą tabelę. Podaj skrócony zapis (z wykorzystaniem gazu szlachetnego) podpowłokowy konfiguracji elektronów jonu pierwiastka Y – Y 2+. Ustal symbol chemiczny pierwiastka Y oraz określ jego położenie w układzie okresowym. Kolejne elektrony poziomu walencyjnego Liczba kwantowa główna, n poboczna (orbitalna), l magnetyczna, m magnetyczna spinowa, m s 1.400½ 2.400–½ 3.32-2½ 4.32½ 5.320½ Proszę o wykonanie zadania

63 Zadanie 12 Dany jest pewien atom elektrycznie obojętny zawierający 57 nukleonów, z czego 31 stanowią neutrony. Podaj informacje dotyczące tego atomu: symbol chemiczny, liczbę A i Z, liczbę protonów i elektronów budujących ten atom, położenie w układzie okresowym (okres, grupa, blok) symbol chemiczny.............., liczba A.............., liczba Z.............. liczba protonów.............., liczba elektronów.............., okres.............., grupa.............., blok............... Atomy opisywanego pierwiastka tworzą dwudodatnie kationy. Podaj liczbę sparowanych i liczbę niesparowanych elektronów, będących w stanie podstawowym dla dwudodatniego kationu atomu pierwiastka opisanego w informacji wstępnej. elektrony sparowane =............................. elektrony niesparowane =............................. Proszę o wykonanie zadania

64 Zadanie 13 Elektrony walencyjne pewnego atomu można zapisać za pomocą konfiguracji elektronowej: 4d 10 5s 1 A.Określ symbol tego pierwiastka. B.Określ zestaw liczb kwantowych – głównej (n) i pobocznej (l) elektronów znajdujących się na podpowłoce charakteryzującej się najwyższą i najniższą energią w atomie tego pierwiastka. Proszę o wykonanie zadania

65 Poniżej podano konfiguracje elektronowe atomów trzech pierwiastków – oznaczonych umownie I-III. I: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 10 II: 1s 2 2s 1 2p 3 III: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5 Podaj symbol pierwiastka, dla którego przedstawiono konfigurację elektronową atomu w stanie wzbudzonym. Zadanie 14 Proszę o wykonanie zadania

66 O dwóch pierwiastkach umownie oznaczonych literami X i Z wiadomo, że: konfiguracja elektronowa atomu w stanie podstawowym pierwiastka X może zostać przedstawiona w postaci zapisu: ↑↓ ↑↑ 1s 2s 2p 3s 3p Zadanie 15 w stanie podstawowym pierwiastka Z, będącego metalem, liczba sparowanych elektronów walencyjnych trzeciej powłoki jest dwa razy większa niż liczba elektronów niesparowanych trzeciej powłoki. A.Podaj symbole pierwiastków X i Z, numer grupy oraz symbol bloku konfiguracyjnego, do którego należy każdy z pierwiastków. B.W pewnym stanie wzbudzonym atomu pierwiastka X na podpowłokach trzeciej powłoki znajdują się cztery niesparowane elektrony walencyjne. Uzupełnij schemat, tak aby przedstawiał on fragment konfiguracji elektronowej atomu pierwiastka X ilustrujący rozmieszczenie elektronów (w zapisie klatkowym) na walencyjnych podpowłokach atomu tego pierwiastka w opisanym stanie wzbudzonym. Pod zapisem klatkowym wpisz numery powłok i symbole podpowłok. …… Proszę o wykonanie zadania

67 Zadanie 16 Narysuj orbitale II, III i IV, na których obsadzone są wskazane elektrony ↑↓ ↑↑ II III IV Proszę o wykonanie zadania

68 Jony proste Jony (kationy i aniony) proste to takie jony, które powstały w wyniku: -„usunięcia” (ujemnych) elektronów od atomów -„dostarczenia” (dodatnich) elektronów do atomów X  X n+ + ne - kationy Atomy przechodzą w kationy X + ne -  X n- aniony Atomy przechodzą w aniony Przykłady kationów prostych: Cu 2+ Zn 2+ Na + Mg 2+ Al 3+ Ag + Przykłady anionów prostych: S 2- Cl - Br - I - O 2- F - Jony złożone to takie jony, które zbudowane są z kilku atomów Przykłady jonów złożonych: SO 4 2- NH 4 + Cr 2 O 7 2-

69 Jony proste Na szczególną uwagę zasługują jony proste tworzące się z atomów pierwiastków grupy 1., 2. 16. i 17. pierwszej grupy jednododatnie kationy X + Atomy pierwszej grupy oddają jeden elektron i przechodzą w jednododatnie kationy X + o konfiguracji gazu szlachetnego drugiej grupy dwudodatanie kationy X 2+ Atomy drugiej grupy oddają dwa elektrony i przechodzą w dwudodatanie kationy X 2+ o konfiguracji gazu szlachetnego szesnastej grupy dwuujemne aniony X 2- Atomy szesnastej grupy przyjmują dwa elektrony i przechodzą w dwuujemne aniony X 2- o konfiguracji gazu szlachetnego siedemnastej grupy jednoujemne aniony X - Atomy siedemnastej grupy przyjmują jeden elektrony i przechodzą w jednoujemne aniony X - o konfiguracji gazu szlachetnego

70 Jony proste Weźmy, jako przykład Na i Na + Konfiguracja: Atom sodu [Na]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 ↑↓ ↑ 1s 2s 2p 3s Na oddaje jeden „ostatni” elektron i przechodzi w Na + [Na]: [Ne] 3s 1 Konfiguracja: Kation sodu [Na + ]: 1s 2 2s 2 2p 6 ↑↓ 1s 2s 2p [Na + ]: [Ne]

71 Jony proste Weźmy, jako przykład Sr i Sr 2+ Konfiguracja: Atom strontu [Sr]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 ↑↓ 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s Sr oddaje dwa „ostatnie” elektrony i przechodzi w Sr 2+ [Sr]: [Kr] 5s 2 Kation strontu ↑↓ Konfiguracja: [Sr 2+ ]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 ↑↓ 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p [Sr 2+ ]: [Kr] ↑↓

72 Jony proste Weźmy, jako przykład O i O 2- Konfiguracja: Atom tlenu [O]: 1s 2 2s 2 2p 4 ↑↓ ↑ ↑ 1s 2s 2p Atom tlenu przyjmujedwa elektrony – umieszczane są one na niezapełnionej całkowicie podpowłoce Atom tlenu przyjmuje dwa elektrony – umieszczane są one na niezapełnionej całkowicie podpowłoce [O]: [He] 2p 4 Anion tlenkowy + 2e - Konfiguracja: [O 2- ]: 1s 2 2s 2 2p 6 ↑↓ 1s 2s 2p [O 2- ]: [Ne]

73 Jony proste Weźmy, jako przykład Br i Br - Atom bromu Atom bromu przyjmujejeden elektron – umieszczany jest on na niezapełnionej całkowicie podpowłoce Atom bromu przyjmuje jeden elektron – umieszczany jest on na niezapełnionej całkowicie podpowłoce Anion bromkowy + 1e - Konfiguracja: [Br]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p [Br]: [Ar] 4s 2 3d 10 4p 5 ↑↓ ↑ + 1e - Konfiguracja: [Br - ]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p [Br - ]: [Kr] ↑↓

74 Jony proste Weźmy, jako przykład Fe i Fe 2+ Atom żelaza Konfiguracja: [Fe]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d [Fe]: [Ar] 4s 2 3d 6 ↑↓ ↑ ↑↑↑ Tworząc kationy proste atomów metali bloku d (3.-12. grupa) wpierw usuwamy elektrony „najdalej wysuniętych powłok”, czyli w przypadku Fe jest to podpowłoka 4s. !!! Kation żelaza Fe 2+ Konfiguracja: [Fe 2+ ]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 1s 2s 2p 3s 3p 3d [Fe 2+ ]: [Ar] 3d 6 ↑↓ ↑↑ ↑↑ usuwamy dwa elektrony

75 Jony proste Weźmy, jako przykład Fe i Fe 3+ Atom żelaza Konfiguracja: [Fe]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d [Fe]: [Ar] 4s 2 3d 6 ↑↓ ↑ ↑↑↑ Tworząc kationy proste atomów metali bloku d (3.-12. grupa) wpierw usuwamy elektrony „najdalej wysuniętych powłok”, czyli w przypadku Fe jest to podpowłoka 4s, a następnie elektrony z kolejnej podpowłoki, czyli 3d !!! Kation żelaza Fe 3+ Konfiguracja: [Fe 3+ ]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 1s 2s 2p 3s 3p 3d [Fe 3+ ]: [Ar] 3d 5 ↑↓ ↑↑ ↑ ↑ usuwamy trzy elektrony

76 Trwałość kationów Fe Który kation – Fe 2+, czy Fe 3+ jest trwalszy? Kation żelaza Fe 3+ Kation żelaza Fe 2+ 1s 2s 2p 3s 3p 3d ↑↓ ↑↑ ↑ ↑ 1s 2s 2p 3s 3p 3d ↑↓ ↑↑ ↑↑ [Fe 2+ ]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 [Fe 2+ ]: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 Podpowłoka obsadzona korzystniej energetycznie Kation trwalszy = korzystniejsza energetycznie konfiguracja

77 Liczba niesparowanych elektronów w atomie tego pierwiastka. Liczba sparowanych elektronów w atomie tego pierwiastka. Liczba wszystkich par elektronowych w atomie pierwiastka. Podpowłoka zawierająca elektrony o najwyższej energii w atomie opisywanego pierwiastka. Zadanie 17 Pewien pierwiastek leży w 4. okresie układu okresowego i 6. grupie. Atom tego pierwiastka tworzy dwudodatnie jony. A.Zapisz pełną konfigurację przedstawiającą rozmieszczenie elektronów na podpowłokach tego atomu. Podkreśl ten fragment konfiguracji, który odnosi się do elektronów walencyjnych. B.Zapisz skróconą konfigurację przedstawiającą rozmieszczenie elektronów na podpowłokach dwudodatniego jonu tego atomu. C.Podaj informacje dotyczące atomu opisywanego pierwiastka. W tym celu uzupełnij poniższe informacje. Proszę o wykonanie zadania

78 Zadanie 18 Roztwory wodne kationów pierwiastków bloku d są barwne wtedy, gdy na podpowłoce typu d tego jonu występuje choć jeden niesparowany elektron. Określ, które jony są barwne. Ti 2+ Sc 3+ Fe 3+ Zn 2+ Cu + Mn 2+ Ti 4+ Proszę o wykonanie zadania

79 Pewien pierwiastek X tworzy trójdodatnie jony o konfiguracji: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 3 Podaj symbol pierwiastka, który tworzy trójdodatnie jony o podanej konfiguracji. Zapisz fragment konfiguracji elektronowej pierwiastka X, który odnosi się do elektronów walencyjnych: Zadanie 19 Proszę o wykonanie zadania

80 Zapisz symbole chemiczne pierwiastków opisanych niżej. A.Pierwiastek, którego atom w stanie podstawowym ma następującą konfigurację elektronową: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5. B.Niemetal, w którego atomie w stanie podstawowym liczba sparowanych elektronów walencyjnych trzeciej powłoki jest dwa razy większa niż liczba elektronów niesparowanych. C.Pewien pierwiastek leży w 4. okresie układu okresowego i zawiera tylko jeden niesparowany elektron, którego stan kwantowo- mechaniczny można opisać za pomocą dwóch liczb kwantowych głównej (n) i pobocznej (l): n = 4, l = 0. Pierwiastek ten posiada więcej niż jeden elektron walencyjny. D.Pierwiastek, którego dwudodatni kation w stanie podstawowym ma następującą konfigurację elektronową: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10. Zadanie 20 Proszę o wykonanie zadania