Az atomok szerkezete · L-héj 3. M-héj 4. N-héj 1s 2s 2p 3p 3s 3d 4s 4p 4d gerjesztés (+E) alapállapotba jutás (-E) Alapállapotba jutva az energiát leadja. (fény) Az atomok

Az atomok szerkezete

1


A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011


2

2

Atommodellek

A kémiai szempontból legkisebb önálló részecskéket atomoknak nevezzük.Az atomok felépítésével kapcsolatos elméletek különböző ún. atommodelleket eredményeztek.

Démokritosz (i. e. 460-370): a végtelen üres térben folyamatosan mozgóapró golyóknak képzelte el az anyagot felépítő részecskéket.

John Dalton (1766-1844): az atomokat kicsi, tovább oszthatatlan golyóknak képzelte el.

Ma már tudjuk, hogy az atom is tovább bontható: az atomot protonok, neutronok és elektronok építik fel. Ezeket elemi részecskéknek nevezzük.

A ma használt atomkép egy matematikai modellből adódik, amelynek alapjait Erwin Schrödinger (1887-1961) alkotta meg.


3

3

Az atomot felépítő elemi részecskék

Neve Jele Atomi tömeg-egység Töltése Helye az atomban

Proton

Elektron

Neutron

pozitívp+

n

e-

semleges

negatív

Atommagban

Atommagban

Atomburokban

1

1

1/1840

Az atom kifelé semleges: protonok száma = elektronok száma

Az atomokat egyezményes jelekkel, vegyjelekkel jelöljük.

Nátrium: Na Kálium: K Kén: S Vas: Fe stb.


4

4

Az atommagProtonokat és neutronokat tartalmaz.

C126

A protonok számát rendszámnak nevezzük, jelölése: ZA rendszám meghatározza az atom kémiai minőségét, jelzi helyét a periódusos rendszerben.

A neutronok és a protonok együttes számát tömegszámnak nevezzük, jelölése: A

A = Z + N

Megjegyzés: A tömegszámot és a rendszámot a kémiai reakciókban általában nem kell jelezni.

Tömegszám jelölése:

Rendszám jelölése: Br8035


5

5

Izotóp atomokAz atommagban lévő protonok száma adott, meghatározza a kémiai minőséget. A neutronok száma változó.

Egy elem atomjai eltérő számú neutront tartalmazhatnak. Az ilyen atomok kémiai minősége azonos, és a periódusos rendszerben ugyanarra a helyre kerülnek. Ezért ezeket izotóp atomoknaknevezzük.

Igaz, hogy N ≥ Z. (kiv. H)

Az izotópok atomok azonos rendszámú, de különböző tömegszámúatomok. Pl.: Cl35

17 Cl3717

Az izotópok atomok fizikai és kémiai tulajdonságai nagyon hasonlóak. Általában nincs külön nevük.A természetben előforduló elemek többsége különböző izotópok keveréke.


6

6

Az atomtömegEgy atom tömege rendkívül kicsi.Pl. a hidrogénatom tömege ≈1,7 ·10–27 kg.

Célszerűen csak az atomok egymáshoz viszonyított tömegarányok lényegesek. Ezért megállapodunk (választunk) egy egységet, amihez a többi atomot viszonyítjuk.A választott egység (megállapodás): izotóp 1/12-ed része.C12

6

A relatív atomtömeg kifejezi, hogy egy elem egy atomjának tömege hányszor nagyobb a 12-es szénizotóp atomtömegének 12-ed részénél.

Jele: Ar

A relatív molekulatömeg kifejezi, hogy egy anyag egy molekulájának tömege hányszor nagyobb a 12-es szénizotóp atomtömegének 12-ed részénél. Jele: Mr

Az atomokból felépülő molekulák tömegét az atomtömeghez hasonlóan értelmezzük.

A relatív atom- és molekulatömegnek nincs mértékegysége.


7

7

A moláris tömeg

Egy atom moláris tömege egyenlő a relatív atomtömegével, egy molekula moláris tömege egyenlő a molekulát alkotó elemek relatív atomtömegeinek összegével.

Az anyagmennyiség mértékegysége a mol.1 mol az az anyagmennyiség, amelyben 6.1023 db részecske van.(elektron, ion, molekula stb.)

Különböző mérésekkel és számítással meghatározták, hogy ha annyi grammot mérünk le valamely elemből, amennyi a relatív atom- vagy molekulatömege, akkor abban bármely anyag esetében 6·1023 db atom illetve molekula van. Ezt a számot – Amadeo Avogadroitáliai kémikus emlékére – Avogadro-számnak nevezték el. A túlságosan nagy számokkal való nehézkes számolást megkönnyíti egy új mennyiség, az anyagmennyiség bevezetése.

A moláris tömeg az anyag tömegének (m) és anyagmennyiségének (n) hányadosa:

molg illetve ,

molkg

nmM

Pl.: M(Fe) = 55,5 g/mol M(H2SO4) = 2·1+ 32 + 4·16 = 98,0 g/molM(O2) = 32,0 g/mol M(C6H12O6) = 6·12+12·1+ 6·16 = 180 g/mol

(Kerekített értékek.)


8

8

Az atomburok felépítéseA pozitív töltésű atommagot a protonok számával azonos számú, negatív töltésű elektron veszi körül az atomburokban.

Az atomban adott helyen az elektronnak csupán a megtalálási valószínűségét adhatjuk meg. Ennek értelmében az elektron atomi pályájának, vagyis atompályának azt a teret tekintjük az atommag körüli térben, amelyen belül 90%-os valószínűséggel található meg az elektron.


9

9

Atompályák fajtái zy

x

p-pálya háromféle lehet

Bonyolultabb pályák is léteznek.

d-pályából 5-féle

f-pályából 7-féle


10

10

Az atomburok felépítéseAz elektronburok elektronhéjakból áll. Ezek száma 1– 7-ig terjedhet.Az elektronhéjak alhéjakra oszthatók. Ezek s-, p-, d-, f-pályák lehetnek.s-pályából egy héjon 1 lehet.p-pályából egy héjon 3 lehet.d-pályából egy héjon 5 lehet.f-pályából egy héjon 7 lehet.

Minden pályán maximum2 elektron lehet.

Alapállapotban minden elektron a legkiesebb energiájú pályán van.

Ener

gia

1. K-héj

2. L-héj

3. M-héj

4. N-héj

5. O-héj

1s

2s

2p

3p3s

3d4s

4p4d

4f

5s5p

Az elektronpályák energetikai sorrendjéhez kattints ide!A lejátszáshoz telepíteni kell a

FLASH MOVIE PLAYER programot!


11

11

Néhány atom elektronburkának szerkezete 1.

Nitrogén Z = 7 Foszfor Z = 15

1s22s22p3 1s22s22p63s23p3

Ener

gia

1. K-héj

2. L-héj

3. M-héj

1s

2s

2p

3p3s

3d4s

Ener

gia

1. K-héj

2. L-héj

3. M-héj

1s

2s

2p

3p3s

3d4s


12

12

Néhány atom elektronburkának szerkezete 2.

Mangán Z = 25 Argon Z = 18

1s22s22p63s23p64s23d5 1s22s22p63s23p6

Ener

gia

1. K-héj

2. L-héj

3. M-héj

1s

2s

2p

3p3s

3d4s

Ener

gia

1. K-héj

2. L-héj

3. M-héj

1s

2s

2p

3p3s

3d4s


13

13

AZ ELEMEK PERIÓDUSOS RENDSZEREpe

riódu

sok

1. (K)

2. (L)3. (M)4. (N)

5. (O)

6. (P)7. (Q)

s-m

ező

d-mezőp-mező

f-mező

oszlopok (csoportok)

A periódusos rendszer.swf


14

14

A legkülső héj sorszáma megegyezik a periódus számával.

Az első két főcsoportban mindig az adott héj s-alhéja töltődik, ezért ez a két oszlop alkotja a periódusos rendszer s-mezejét.A p-mező hat csoportból áll, mivel itt (III.A - VIII.A főcsoport) a legkülsőhéj p-alhéja töltődik.

A főcsoportok elemeinek vegyértékét a legkülső, le nem zárt héj elektronjai határozzák meg, ezért ezt a héjat vegyértékhéjnak, az elektronokat vegyértékelektronoknak nevezzük.A többi elektron és az atommag együttesen az atomtörzset alkotja.Az elemek vegyértékelektronjainak száma megegyezik a főcsoport sorszámával.Az ugyanabba a csoportba tartozó elemek egymáshoz hasonlótulajdonságúak, mert hasonló a vegyértékelektron-szerkezetük.

A nemesgázok (VIII. A csoport) atomjainak elektronszerkezete zárt. Az ilyen zárt szerkezet (1s2 , illetve ns2np6 , ha n ≥ 2) igen stabilis, ezért ezek az elemek kémiai reakcióra nem hajlamosak.


15

15

A periódusos rendszer d-mezőjének atomjai esetén a legkülső héj alatti elektronhéj, a d-alhéj töltődik fel. A d-mező elemeinek kémiai tulajdonságait a külső héj s-alhéjaés a külső alatti héj d-alhéja egyaránt befolyásolja, ezért a vegyérték-szerkezetet két különböző héjelektronjai együttesen alkotják.

A 4f-alhéj feltöltődése a 57La, az 5f-alhéjé a 89Ac után kezdődik. Az f-alhéjon maximálisan 14 elektron fér el, így a periódusos rendszerben az f-mező egy-egy sora épp ennyi elemet tartalmaz. A lantanoidák legtöbbje a természetben is előfordul, az aktinidák közül az uránt (92U) követő elemek azonban csak mesterségesen állíthatók elő.A periódusos rendszerben több tulajdonság (az atomsugár, a vegyérték stb.) periodikusan változik a rendszám növekedésével.


16

16

Atomsugár - rendszám

Atomsugár

0

50

100

150

200

250

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35

Rendszám

nm


17

17

A gerjesztés folyamata

Ener

gia

1. K-héj

2. L-héj

3. M-héj

4. N-héj

1s

2s

2p

3p3s

3d4s

4p4d

Az alapállapotúfoszforatommal

energiát közlünk.

(fény, hő stb.)

Ener

gia

1. K-héj

2. L-héj

3. M-héj

4. N-héj

1s

2s

2p

3p3s

3d4s

4p4d

gerjesztés (+E)

alapállapotba jutás (-E)

Alapállapotba jutva az

energiát leadja.(fény)


18

18

Kationok képződéseMegfelelő nagyságú energia hatására az elektron nem csak gerjesztődik, hanem kiszakad az atommag vonzásteréből. Ekkor az atomban a pozitív töltések kerülnek túlsúlyba és kation képződik:

Az ionizációs energia a szabad atomról a legkönnyebben eltávolítható elektronleszakítását kísérő moláris energiaváltozás. Az ionizációs energia mértékegysége kJ/mol, mérőszáma megegyezik 1 molatom esetében mérhetőenergiaváltozás mérőszámával. (A fenti meghatározás az első elektronleszakítására, az ún. első ionizációs energiára vonatkozik.)

E>0

kation + elektronE

atom

A + ionizációsenergia A+ + e-

Na + ionizációsenergia Na+ + e-

Ag + ionizációsenergia Ag+ + e-


19

19

Anionok képződéseAzok az atomok, amelyek a periódusok végén vannak, könnyen vesznek fel elektront, mert így n(s2p6), azaz nemesgázokkal azonos, stabil elektronszerkezetűvé válnak.Ekkor az atomban a negatív töltések kerülnek túlsúlyba és anion képződik:

Az első elektron felvétele mind a klórnál, mind az oxigénnél energia-felszabadulással jár. A második elektron felvétele mindig energiabefektetéssel történhet!

E < 0

kloridion

klóratom + elektron

E > 0

oxidionE

oxigénatom + 2 elektron

E

A negatív ionok képződésével együtt járó energiát elektronaffinitásnak nevezzük.Mértékegysége kJ/mol.

O + 2 e- O2-Cl + e- Cl-


20

20

Az elektronegativitásAz elemek kémiai tulajdonságaival kapcsolatos becslésekben sokszor használjuk a kötött állapotúatomok elektronvonzó képességére vonatkozó adatot, az elektronegativitást (EN).Ezt a viszonyszámot különféle energiaváltozásokból először Linus Pauling (1901-1996) amerikai vegyész határozta meg.

Az elektronegativitás: A kémiai kötésben részt vevő atomok elektronvonzó képességét kifejező szám.

1

3 4

11 12

19 20 21

37 38

55 56

87 88 89

39 4140

22 23 24 25 26 27 28

1 2

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

13 14 15 16 17 18

I.a II.a III.a IV.a V.a VI.a VII.a VIII.a

I.b II.bIII.b IV.b V.b VI.b VII.b VIII.b

57 72 73 74 75 76 77 78 79 80

42 43 44 45 46 47 48 49

29 30

5 6 7 8 9 10

2

1413 15 16 17 18

31 32 33 34 35 36

50 51 52 53 54

81 82 83 84 85 86

4,0

20,2

39,9

83,8

131,3

222,0

19,0

35,5

79,9

126,9

210

16,0

32,1

79,0

127,6

210

14,0

31,0

74,9

121,8

209,0

12,0

28,1

72,6

118,7

207,2

10,8

27,0

69,7

114,8

204,4

65,4

112,4

200,6

63,5

107,9

197,0

58,7

106,4

195,1

58,9

102,9

192,2

55,9

101,1

190,2

54,9

99,0

186,2

52,0

95,9

183,9

50,9

92,9

180,9

47,9

91,2

178,5

45,0

88,9

138,9

227

1,0

6,9 9,0

23,0 24,3

39,1 40,1

85,5 87,6

132,9 137,3

223 226

He

Ne

Ar

Kr

Xe

Rn

B C N F

Al Si P S Cl

Br

I

At

O

Se

Te

Po

As

Sb

Bi

Ga Ge

In

Tl Pb

Sn

ZnCuNiCoFeMnCrVSc Ti

CdAgPdRhRuTcY Zr Nb Mo

HgAuPtIrOsReWTaHfLa

H

Li

Na

K

Rb

Cs

Fr

Be

Mg

Ca

Sr

Ba

Ra Ac

4,01,0

Az elektronegativitás változása


21

21

Elektronegativitás - rendszám

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

0 10 20 30 40 50 60

Rendszám

Ele

ktro

nega

tivitá

s


22

22

Az elektronegativitásA legnagyobb elektronegativitású elem a fluor (EN = 4).

Az elektronegativitás a főcsoportokban gyakorlatilag az atomsugárral ellentétesen változik: egy periódusban a rendszám növekedésével nő, egy-egy csoportban pedig lefelé csökken. A mellékcsoportokban - mivel ott a legkülsőhéj gyakorlatilag változatlan - nem ilyen egyértelmű a változás, sőt a legnagyobb elektronegativitású nemes fémek (pl. az arany és a higany) a nagyobb sorszámúperiódusokban találhatók. Az elektronegativitás elsőmegállapításának idején még nem ismerték a nemes gázok vegyületeit, így a nemesgázoknak nem értelmezték az elektronegativitását.

Documents

Az atomok szerkezete · L-héj 3. M-héj 4. N-héj 1s 2s 2p 3p 3s 3d 4s 4p 4d gerjesztés (+E) alapállapotba jutás (-E) Alapállapotba jutva az energiát leadja. (fény) Az atomok