19
1 Gu 2017 Unit 1 Atomic Theory 1.0 ‐ You are expected to be already familiar with…. Ionic nomenclature (binary, polyatomic, multivalency) Covalent nomenclature Writing chemical formulas for ionic and covalent compounds

Unit 1 Atomic Theory

  • Upload
    others

  • View
    10

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Unit 1 Atomic Theory

  1  Gu 2017 

Unit 1 Atomic Theory 

 

 

1.0 ‐ You are expected to be already familiar with….  

  

  

 

   

Ionic nomenclature (binary, polyatomic, multivalency) 

 

Covalent nomenclature 

 

Writing chemical formulas for ionic and covalent compounds 

Page 2: Unit 1 Atomic Theory

  2  Gu 2017 

1.1 ‐ Nuclear Notation (WB P.60, 63‐64, 123‐124)  

 

 

Atomic number: equals to ___________________________________ 

Mass number: ____________________________________________ 

Atomic mass: _____________________________________________ 

Isotope: ____________________________________________________________________________________ 

 

Nuclear Notation: There are two ways to describe atoms: 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Example:  Write the symbol for a neutral Fluorine‐19 atom __________  Write the symbol for a Barium‐137 atom that has had 2 electrons removed __________  Write the symbol for neutral Carbon‐13 __________  

Symbol  # protons  # electrons  # neutrons Atomic 

number Atomic mass  Charge 

             

             

             

  56  54  83       

    18    16  32.1   

  19        39.1  1+ 

    92  241      0 

 

   

Page 3: Unit 1 Atomic Theory

  3  Gu 2017 

1.2 ‐ Bohr Model (WB P.61, 63‐64)  

 

  

 Practice: Draw the Bohr diagram for the following atoms:  

a) Na 

 

 

 

 

  

b) N 

c) N ion 

 

 

 

 

  

d) Mg ion 

e) Lithium fluoride 

 

 

 

 

  

 

f) CH4 

g) NH3 

 

 

 

  

 

h) oxygen gas 

 

Page 4: Unit 1 Atomic Theory

  4  Gu 2017 

1.3 ‐ Lewis Structures (WB P.62‐64)  

Drawing atoms 

element symbol represents nucleus + core electrons 

dots represent valence electrons 

dots are drawn in pairs as a reminder that electrons are paired in orbitals 

 

Example: Draw the Lewis structure for the following atoms  

Li  Be  B  C  N  O  F  Ne 

             

   

  

  

Drawing Covalent Molecules 

octet rule predicts bonding arrangement: bonded non‐metallic atoms have 8 electrons in their 

outermost energy levels (exception ______ can only have 2) 

molecules tend to be symmetrical 

covalent and polar covalent bonds are represented by pairs of dots between two atoms 

number of dots you draw must equal the sum of the valence electrons of all atoms in the molecule 

pairs of electrons forming covalent bonds can be represented by a line 

 

 Example: Draw the Lewis structure for the following molecules  

a) CCl4  b) NH3 

c) C2H6  d) CO2 

 

Page 5: Unit 1 Atomic Theory

  5  Gu 2017 

Example: Draw the Lewis structure of HCN           

 

 

Example: Draw the Lewis structure of calcium chloride.           

 

 

1.4 ‐ Shrӧdinger and Heisenberg Atomic Model (FS)  

Bohr’s model of the atom was famous because it could explain the ____________________________________.  

 

 Activity: A spectroscope is a tool that separates light into its individual components. Use a spectroscope to see what is in white light from the sun, versus what is in light produced by energized elements.  

Light Source  What I Observe 

sunlight   

   

   

   

    

Page 6: Unit 1 Atomic Theory

  6  Gu 2017 

  

The spectrum of white light is continuous: it shows all the colours of the rainbow. The spectrum of energized gas 

is discontinuous, it shows discrete bands. 

 

   

       

     Summarize how the bright‐line spectrum supports Bohr’s atomic model:         

 

Bohr’s model is significantly wrong in two ways: 

1. _____________________________________________________________________________________ 

2. _____________________________________________________________________________________ 

   

Page 7: Unit 1 Atomic Theory

  7  Gu 2017 

Schrödinger’s model describes the _______________________ of where to find an electron in an atom 

Orbital: the ____________________ around a nucleus where an electron can be found 

orbitals are described by quantum numbers. 

 

Quantum Number  Symbols  What does it Mean? 

1st or principal quantum number (n)     

2nd quantum number (l):     

3rd quantum number (ml):     

4th quantum number (ms):     

 

 

 

Page 8: Unit 1 Atomic Theory

  8  Gu 2017 

Each energy level has a specific set of orbitals and each one represents where a maximum of ______ electrons 

can be found. 

 

Orbital Type  Begins at n=  # of Orbitals in a Subshell Maximum # of Electrons 

in a Subshell 

s  1     

p  2     

d  3     

f  4     

 

Instead of representing atoms with the Bohr diagram, we can represent them with the more accurate energy 

level diagram.  

 

  

 

 

Rules to follow when filling orbitals: 

1. Fill orbitals from lowest to highest energy (Aufbau Principle) 

2. Place one electron in each orbital of a sub‐shell 

3. When each orbital of a sub‐shell has one electron, go back and pair the electrons (Hund’s Rule) 

4. If two electrons are in an orbital, they must have opposite spin (Pauli Exclusion Principle) 

 

These rules ensure that the electron configuration gives the lowest energy, most stable atom by reducing 

__________________________________________________.  

 

 

Page 9: Unit 1 Atomic Theory

  9  Gu 2017 

Example: Fill the orbitals with He electrons 

 

How many electrons are in He? ______ 

 

 

  

 

How many shells have electrons? ______ 

How many sub‐shells have electrons? ______ 

How many orbitals have a single electron? ______ 

How many orbitals have paired electrons? ______ 

 

What is the electron configuration?  

 

 

 

Example: Fill the orbitals with Na electrons 

 

How many electrons are in Na? ______ 

 

 

  

 

How many shells have electrons? ______ 

How many sub‐shells have electrons? ______ 

How many orbitals have a single electron? ______ 

How many orbitals have paired electrons? ______ 

 

What is the electron configuration? 

 

Example: Fill the orbitals with Al electrons 

 

How many electrons are in Al? ______ 

 

 

  

 

How many shells have electrons? ______ 

How many sub‐shells have electrons? ______ 

How many orbitals have a single electron? ______ 

How many orbitals have paired electrons? ______ 

 

What is the electron configuration? 

 

Page 10: Unit 1 Atomic Theory

  10  Gu 2017 

The periodic table is a tool to obtain the electron configuration of elements quickly. 

 

 

  

Simply write the orbitals as they appear on the period table above, going left to right, row by row. Each element 

space counts as one electron. 

 

Example: Write the electron configuration for the following atoms. 

a) Ar   

b) Ga   

c) Ag   

d) *Rn    

 

Core notation: It sure is annoying to write super long electron configurations! 

the shortcut: look for the closest previous noble gas element to the element you are writing the 

configuration for and start there 

useful because we aren’t interested in the core electrons anyways (they don’t participate in chemical 

reactions) 

to write core notation for a noble gas, use the previous noble gas 

 

Example: Write the electron configuration for Ga using core notation.  Closest previous noble gas element: ______ Core notation: _______________________ 

Page 11: Unit 1 Atomic Theory

  11  Gu 2017 

 Practice: Write the electron configuration in core notation for the following elements. 

a) Zn   

b) K   

c) Kr    

 

 

1.5 ‐ Atomic Trends: Atomic Radii (FS)  

 Ponder This: What do you suppose happens to the size of an atom as you  

a) Move from left to right across the periodic table? __________________________      

 b) Move down a family on the periodic table? __________________________ 

 

 

 

 

 

  

c) Add electrons to create an anion? __________________________        

d) Remove electrons to create a cation? __________________________  

 

 

 

 

  

Page 12: Unit 1 Atomic Theory

  12  Gu 2017 

  

 Consider This: Which has a larger effect on atomic radii, a change in the number of protons, or a change in the number of electrons?         

 

Example: Consider the following pairs of atoms. Which atom has the larger atomic radius? 

a) O and O2‐   

b) Ca and Ca2+  

   

Page 13: Unit 1 Atomic Theory

  13  Gu 2017 

1.6 ‐ Atomic Trends: Electronegativity (FS)  

Electronegativity: an atom’s ability to attract electrons towards itself 

 

 Ponder This: How does electronegativity change as we   

a) Move left to right across the periodic table? __________________________    

 b) Move down a family on the periodic table? __________________________ 

      

 

 Apply Knowledge: Use what you have learned to explain the reactivity trend of the alkali metals. The reaction occurs when the metal atom donates its valence electrons to water.  

  

 

Summary of Trends 

 

    

Page 14: Unit 1 Atomic Theory

  14  Gu 2017 

1.7 ‐ Valence Shell Electron Repulsion Theory (VSEPR) (FS)  

Visit MolView at molview.org and use the molecular model sets to complete the following.  

1. On the left panel, use MolView tools to draw the Lewis structures of the molecules below. 

2. Click 2D to 3D and MolView will generate the 3D structure that you can rotate around. Sketch it. 

 

Molecule  Lewis Structure (2D)  Sketch the VSEPR Structure (3D) 

CO2     

CH2O     

H2O     

NH3     

CH4     

CH2F2     

 

   

Page 15: Unit 1 Atomic Theory

  15  Gu 2017 

 

Think: Why are the shapes the way they are? What determines what shape molecules take? 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Summary 

# Repelling Items 

Atoms Bonded to Central Atom 

Lone Pairs of Electrons Bonded to Central Atom 

Name  Shape Example  

(Lewis Structure) VSEPR Structure 

2  2  0  Linear 

    

3  3  0 Trigonal planar 

 

 

4  0  Tetrahedral

 

 

3  1 Trigonal pyramidal 

 

 

2  2 Bent or Angular 

 

 

 

   

Page 16: Unit 1 Atomic Theory

  16  Gu 2017 

1.8 ‐ What are Intermolecular Forces? (FS)  

 

 Ponder This: Why is water in liquid form in the room, whereas oxygen gas is not? Draw a picture of water and oxygen gas at the molecular level in the room to help you think it through.  

Water    Oxygen Gas 

        

 

 

         

 

 

Visit MolView. 

1. Model > Jmol 

2. Draw oxygen gas in the left panel then hit 2D to 3D 

3. Jmol > MEP Surface lucent then make some observations of the result in the right panel 

4. Hit the trashcan button to clear the left field 

5. Repeat the above for water 

   

Page 17: Unit 1 Atomic Theory

  17  Gu 2017 

 

Critical Thinking: What do you suppose the different colours mean? Using MolView and the table of 

electronegativities, can you come up with an explanation for why water molecules stick together, but oxygen 

ones don’t? 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.9 ‐ Intermolecular Forces: Dipole‐Dipole (FS)  

In order for molecules to be able to form dipole‐dipole interactions, the molecule must be polar so that a ‐ side of one molecule is attracted to the + side of another.  

Practice: Which of the following molecules are polar? Which can form dipole‐dipole interactions?  

a) CH4        

 

b) H2O  

 

 

 

 

  

c) NH3  

      

Page 18: Unit 1 Atomic Theory

  18  Gu 2017 

How molecules arrange themselves when there are dipole‐dipole interactions:  

 

 

 

 

 

1.10 ‐ Intermolecular Forces: Hydrogen Bonds (FS) 

A hydrogen bond is essentially a dipole‐dipole interaction, but occurs at a much stronger level. It occurs when a 

molecule contains an H atom bonded to an especially electronegative atom (____, ____, ____) 

 

 

               

 

 Ponder This: Why are H‐bonds so strong?         

 

 

Practice: Which of the following molecules can hydrogen bond?  

HCN              H2O              H2S              HF  

 

 

 

 

 

 

 

Page 19: Unit 1 Atomic Theory

  19  Gu 2017 

 

Example: Which would you expect to have a higher melting point, CCl4 or CHCl3?