Upload
others
View
16
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
AZ ATOM
Atom: atommag + elektronfelhő
= proton, neutron, elektron
Elemi részecskék
Atomok
John DALTON1766 - 1844
Dalton elmélete (1805):
1. Az elemek apró részecskékből,
atomokból állnak.
Atom: görög szó = „nem osztható”.
2. Egy elem valamennyi atomja azonos.
3. A különböző elemek atomjainak eltérő
tömegük van (megkülönböztethetőek).
4. A különböző elemek atomjai
kombinálódhatnak; egy vegyület több,
mint egy elem atomjainak speciális
kombinációja.
5. Egy kémiai reakcióban az atomok nem
keletkeznek, nem pusztulnak el és nem
osztódnak kisebb részekre, hanem
partnert cserélnek új anyagot
létrehozva.
Elektronok
Joseph John THOMSON1856 - 1940
Katódsugárzás töltött részecskékből áll,
melyek az elektród atomjaiból jönnek.
=> Az atomok oszthatók !!!!!
●
● ●
● ●
●Thomson-féle
atommodell
KatódsugárcsőRés Katódsugár Foszforeszkáló háttér
Millikan kísérlet
olajköd
lyuk
ionizálás
töltött fémlapok
lebegtetett cseppek
mikroszkóp
megfigyelt csepp
Az elektron töltésének meghatározása
Atommag
Ernest RUTHERFORD1871 - 1937
●●
●
●
atommag
elektron
radioaktív anyag, ami
α-részecskéket bocsát ki
pajzs
ólom blokk
arany
fóliacink-szulfid
ernyő
néhány α-részecske
eltérül
legtöbb α-részecske
itt csapódik be
Csak azok az α-részecskék térülnek el, amelyek
eltalálják az atommagot.
atom magatom mag körüli
elektronok
Elemi részecskék tulajdonságai
---------------------------------------------------------------------
részecske jelölés töltés* tömeg (g)
---------------------------------------------------------------------
Elektron e- -1 9,109∙10-28
Proton p +1 1,673∙10-24
Neutron n 0 1,675∙10-24
---------------------------------------------------------------------
* a töltés a következő szám többszöröseként van
megadva: 1,60∙10-19 C
Mennyi az elektronok tömege
1 kg vasban ?
atomok száma x elektronok száma x elektron tömege =
egy atomban
rendszám = 26
9,109∙10-28 g
6,02∙1023 db (1 mol) 55,847 g
x 1000 g
---------------------------------------------
x = 1,078∙1025 db
Eredmény:
0,255 g
Atom: atommag + elektronok
atommag: protonok + neutronok
Atomszerkezet: az elektronok
elrendeződése az atommag körül
megértése alapvetően fontos az:
--- atomok tulajdonságainak megértéséhez,
--- a belőlük képződő vegyületek megértéséhez,
--- a reakcióik értelmezéséhez.
Spektroszkópia
Folytonos színkép
Emissziós vonalas színkép
Abszorpciós vonalas színkép Hideg gáz
Meleg gáz
A különböző anyagok által kibocsátott, vagy elnyelt
fény, vagy egyéb sugárzás vizsgálatával foglalkozik.
Newton kísérletei fehér fénnyel
Sir Isaac Newton (1642–1727)
A hidrogén színképe
Gázt melegítve, vagy elektromos kisülés: vonalas spektrum
Joseph Balmer, 1885
A fotonok frekvenciája leírható a
köv. sorozattal:
ν ~ 1/4 – 1/n2
ahol n= 3,4,5, …..
Gerjesztett hidrogénlámpa és az általa
kibocsájtott fény három látható összetevője.
A hidrogén látható spektruma
a Balmer-féle sorozatban:
A hidrogén színképe
A teljes spektrum leírása (IR, látható, UV)
Johannes Rydberg
ν = R∙(1/k2 – 1/n2)
R= 3,29∙1015 Hzn= k+1, k+2, k+3,….
k= 1 Lyman
k= 2 Balmer
k= 3 Paschen
k= 4 Bracket
k= 5 Pfund sorozatUV
látható
IR
Foton energiája: E= hνh= 6,63∙10-34 J/Hz
Bohr atommodell
Niels Bohr: E = −h∙R/n2
1.A hidrogénatom egy pozitív töltésű részecskéből és egy elektronból áll, az elektron r sugarú pályán kering energiaveszteség nélkül
2. Az elektron nem keringhet tetszőleges sugarú pályán.
3. Az adott sugarú pályán keringő elektron meghatározott
energiával rendelkezik.
4. A két pálya közötti elektronátmenet egy, a pályák
energiájának különbségével megegyező energiájú foton
elnyelésével, vagy kibocsájtásával jár.
Ei → Ej E = − hR/ni2 − (− hR/nj
2)= hR(1/nj2 − 1/ni
2) = hn
Bohr-model
Niels Bohr proposed in 1914 a model of the hydrogen
atom as a nucleus with an electron circling around it.
In this model, the energy levels of the orbits are
quantized so that only certain specific orbits
corresponding to certain specific energies for the
electron are available.
Csak speciális pályák
megengedettek, melyeknek
adott energiájuk van.
Ha az elektron egy nagyobb
energiájú külső pályáról egy
alacsonyabb energiájú belső
pályára megy át, elektromágneses
sugárzást bocsát ki, és a kibocsátott
foton energiája megegyezik a két
pálya energiájának különbségével
Vonalas atomi spektrum
n: külső pálya
k: belső pálya
ν = R∙(1/k2 – 1/n2)
R= 3,29∙1015 Hzn= k+1, k+2, k+3,….
k= 1 Lyman
k= 2 Balmer
k= 3 Paschen
A különböző spektrum sorozatok megfelelnek egy
adott belső pályára történő elektronátmenetnek.
A Stark- és Zeemann-effektus
Mágneses térben a H színképében egyes vonalak felhasadnak (3, 5, 7 részre). Az
azonos energiájú atompályák mágneses szempontból különbséget mutatnak.
Kvantummechanika
Louis de Broglie, 1924
Elektron: hullám – részecske kettősség
hullámfüggvény
atomokban atompálya
Kvantummechanika
Erwin Schrödinger, 1926
1. Az atom energiája kvantált
2. Atompályák három számmal
jellemezhetőek (kvantumszámok)1. Fő
2. Mellék
3. Mágneses
Az atomok elektronszerkezete
Atompálya: olyan térrész, ahol az elektron nagy (90%-os)
valószínűséggel megtalálható. (n, l, m)
Főkvantumszám: n n = 1, 2, 3, 4… K, L, M, N - HÉJAK
Méret és elektronenergia elsősorban n-től függ.
Mellékkvantumszám: l l = 0, 1 , …, n−1 s, p, d, f, g - ALHÉJAK
Az atompálya „alakja” (és energiája) l-től függ.
Mágneses kvantumszám: m m= −l, −l+1, …, 0, …, l−1, l
Az atompálya „irányát” határozza meg, azonos energiájú pályák.
Kvantumszámok
n=1 l=0 m=0 s alhéj K (elektron)héj
n=2 l=0 m=0 s alhéj L (elektron)héj
m=–1
l=1 m=0 p alhéj
m=+1
n=3 l=0 m=0 s alhéj L (elektron)héj
m=–1
l=1 m=0 p alhéj
m=+1
m=–2
m=–1
l=2 m=0 d alhéj
m=+1
m=+2
A hidrogénatom atompályái
x
y
z
Az atompályák alakja
s
p
d
f
l=0
l=1
l=2
l=3
n=1n=2 n=3
n=2 n=2 n=3 n=3
n=3 n=3 n=3
n=4 n=4 n=4 n=4
csómógömb
csómósík
A spin
Spinkvantumszám: ms ms= −1/2, +1/2
Az elektron „forgási irányát” határozza meg.
detektáló
ernyő
Az elektron spinje
Elektron spin – mágneses jellemző
spinkvantumszám (ms).
Az elektronburok szerkezete
Az alhéjak a H-atomban:
Az alhéjak többelektronos atomokban:
1s
2s 2p
3s 3p 3d
4s 4p 4d 4f
1s
2s2p
3s3p 3d
4s4p 4d 4f
E
Az elektronburok felépülése
• Az energiaminimumra törekvés elve (felépülési elv): Az elektronok a legalacsonyabb energiájú pályákat foglalják el.
• Pauli-elv: Egy atomon belül nem lehet két olyan elektron, amelynek minden kvantumszáma megegyezik. n. héj, n2
pálya, max. 2n2 elektron – Egy pályán maximum két elektron helyezkedhet el ellentétes
spínnel.
• Hund-szabály: Azonos energiájú szintek közül a különböző mágneses kvantumszámúak („térbelileg különbözőek”) töltődnek be először (Így vannak az elektronok a legmesszebb egymástól) azonos spinnel (maximális multiplicitás).
Paramágnes
Diamágnes
Az elektronburok felépülése
Energianívók
sorrendje:
Az elektronburok felépülése
• Vegyérték héj --- vegyérték elektronok
• Atom-törzs
Az elektronburok szerkezete• Elektronkonfiguráció: Az elektronkonfiguráció leírja,
hogy az elektronok miképpen oszlanak el a héjakon,
alhéjakon, pályákon és mekkora a spinkvantumszámuk.
Jelölésük például: 1s1, 1s22s22p3, …
H He Li Be B ...
...
Nealhéjak
1s
2s
2p
Az elektronburok felépülése
Felépülési (aufbau) elv:
„energiaminimumra törekvés elve”
Na: 1s22s22p63s1 1s22s22p63p1
alapállapot 1. gerjesztett állapot
Extra: félig és teljesen betöltött
alhéj stabil!
Cr: 3d54s1 Pd: 4d10
(de Ni: 3d84s2)
(Pt: 5d96s1)
Mo: 4d55s1 Cu: 3d104s1
Gd: f7d1s2 Au: 5d106s1
spektrumban Na D-vonal
A periódusos rendszer
periódusok és oszlopok/csoportok
eka Al, eka Si
1872. 66 ismert elem alapján
atomtömeg szerint
Cu Zn __ __ As Se Br Mengyelejev Ga
M (g/mol) 63 65 68 72 79 78 80 68 69,9
1914. Henry G. Moseley rendszám szerint!
Ea2O3 Ga2O35,9 r 5,91 g/cm3
alacsony o.p. 30,1 C
magas f.p. 1983 C
Felosztás: s,p,d,f – mező lantanidák és aktinidák
A periódikus sajátságokAtomsugár
Def.1: a legkülső maximum távolsága (90%-os tartózkodási valószínűség!)
Def.2: az atom- vagy fémrácsban az atomok távolságának fele
Meghatározó tényezők: n, effektív magtöltés Zeff = Z – S (árnyékolási szám)
Az atomsugár változása
A periódikus sajátságok
• Ionizációs energia:
Az első ionizációs energia az az energia, amely egy atom (vagy molekula) leglazábban kötött elektronjának eltávolításához szükséges.
(Történhet pl. elektronütközéssel vagy fotonok hatására.)
A(g) → A+(g) + e−
Perióduson belül nő: ok: csökkenő atomméret, növekvő Zeff(effektív magtöltés)
Li B C
Zeff: 1,3 2,7 3,35
eltérések: IIIA IIA p vs. s
VIA VA páratlan vs. párosított
A periódikus sajátságok
• Elektron affinitás:
Az az energia amely akkor szabadul fel, ha egy atom, vagy
molekula egy elektront felvesz.
Definiálható az alábbi két módon is:
1. A−(g) → A(g) + e− 2. A(g)+ e− → A−
(g)
magyar, Boksai angolszász, Nyilasi
IUPAC definíció: 1-nél a befektetett energia, vagy a 2-nél a
felszabaduló energia (a kettő ekvivalens)
Az (első) ionizációs energia
M(g) = M+(g) + e-
Elektronegativitás
Elektronegativitás
Mulliken:
Pauling: A kémiai kötést létesítő atomok
azon képessége, hogy a molekulán belül,
a szomszédos atomoktól elektronokat
(azaz közös elektronpárokat) vonzanak
magukhoz.
F elektronegativitása választott: 4,0
I.E. + E.A.
2c =
1
6,3.
A periódusos rendszer – IE és EN
Ionizációs energia
Elektronegativitás