Transcript + l.

Kvantna teorija za
ELEKTRONSKATA
strukturata na atomite
Vidovme deka planetarniot model za struktura na atomot e neodr`liv
poradi toa {to sekoja ~esti~ka (pa i elektronot) {to se dvi`i,
postepeno gubi od svojata energija, i eden moment-treba
da padne vo jadroto-posledica od toa bi bilo-Kolaps na atomot,
a takvo ne{to ne se slu~uva vo prirodata bidej}i site znaeme deka atomite
se dosta stabilni i materijata ne se raspa|a sama od sebe
Zna~i, potrebna
bila promena
na hipotezata
za planetaren model
na atomot
Planetaren model za
Atom na vodorod
Tajnata za hemiskite svojstva na supstancite e skriena vo elektronskata
struktura na atomot (odosno vo elektronite!).
Hemiskite reakcii se rezultat na promeni vo elektronskata struktura
na atomite {to u~estvuvaat vo hemiskite reakcii. Zatoa, za razbirawe
na hemiskite reakcii, neophodno e da se prou~i detalno elektronskata
struktura na atomot.
Jadroto odnosno ~esti~kite {to se vo jadroto ne u~estvuvaat vo
hemiskite reakcii.
Pod pimot elekronska struktura na atomot se podrazbira
broj na elektroni vo atomot;
kade i kako se rasporedeni elektronite vo atomot;
kolkava e energijata na elektronite;
Va`no! Elektronite imaat specifi~no odnesuvawe za koe ne mo`e da se
najde analogija vo makroskopskiot svet!
Elektromagnetno Zra~ewe
Golem del od soznanijata za elektronskata struktura na atomot se rezultat na prou~uvawa na
interakciite pome|u atomot i svetlinata.
Zatoa e neophodno da se zapoznaeme so osnovnite svojstva na svetlinata. Svetlinata e
elektromagnetno zra~ewe. Vo prirodata postojat razli~ni vidovi na elektromagnetni zra~ewa. Na
primer: vidliva svetlina, X-zra~ewe, radio branovi, toplinsko zra~ewe itn. Site primeri se
odnesuvaat na elektromagnetni zra~ewa koi{to se razlikuvaat pome|u sebe spored energijata {to
ja prenesuvaat (poseduvaat).
Sekoj elektromagneten bran se
karakterizira so
• -Branova dol`ina
• -Frekvencija-broj na
branovi dol`ni vo edinica vreme
• -amplituda Osobini na elektromagnetnoto
Osobini na branov proces
branova dol`ina
vrv na branot
amplituda
vreme
zra~ewe:
[ematski prikaz na branov proces.
prenesuva
energija niz prostorot;
brzina na dvi`ewe niz vakuum: c
= 3  108 m s-1.
Svojstva na elektromagnetnoto zra~ewe
n= c/l
kade
n =>frekvencija
l => branova dol`ina
c =>brzina na svetlina
Energijata
na
branot
e
proporcionala so frekvencijata,
E = hn (h e plankova konstanta)
Kolku e frekvencijata n
pogolema, tolku e energijata na
toa branovo dvi`ewe pogolema
Fenomeni {to pridonesuvaat kon otkrivaweto
na elektronskata struktura na atomite,
i nekoi osnovni poimi
Elektromagneten Spektar
Kako {to ka`avme, vo prirodata postojat elektromagnetni zra~ewa so
razli~na branova dol`ina. Celokupnoto mno`estvo na site elektromagnetni
zra~ewa se vika spektar na elektromagnetnoto zra~ewe.
Branovata dol`ina na Gama zracite e pribli`na na goleminata na atomskoto jadro, dodeka
branovata dol`ina na radiobranovite e pribli`na na dol`inata na edno fudbalsko igrali{te.
1. Liniski emisioni spektri na nekoi
elementi
Liniskite spektri na elementite NE SE KONTINUIRANI tuku se sostojat od
linii so to~no opredeleni branovi dol`ini. Ovie liniski spektri se dobivaat
koga atomite se ekscitiraat (elektronite dobivaat povisoka energija,
primer pri zagrevawe) i pri vra}aweto vo osnovnata sostojba elektronite
{to se ekscitirani zra~at energija so to~no opredelena branova dol`ina.
(Dokolku elektronite bi se dvi`ele postojano po orbiti, tie bi gubele postepeno od svojata energija,
i toga{ bi se dobile kontinuirani spektri, odnosno spektri na zra~ewe so site branovi dol`ini, kako
{to energijata na elektronot postepeno bi se namaluvala, a ne liniski. Ova bil prv fakt deka
2. Fotoelektri~en efekt
• e proces na emisija na elektroni od metalite, koga vrz niv
pa|a svetlina so opredelen intenzitet. Elektron mo`e da
bide izbien od povr{inata na nekoj metal samo ako vrz
nego padne svetlina so to~no opredelena energija ili
branova dol`ina, a ne so bilo kakva svetlina bez razlika
kolku e taa intenzivna!!!
Albert Einstein (1905) (Nobelova nagrada za
fotoelektri~en efekt)
Svetlinata se sostoi od mali energetski paketi (ili ~esti~ki)
nare~eni fotoni.
Sekoj foton poseduva energija proporcionalna na
frekvencijata na zra~eweto: E = hn.
h e plankova konstanta,
h = 6.626068 × 10-34 m2 kg / s
v e frekvencija na zra~eweto
Koga fotonot se sudira so metalnata povr{ina negovata
energija se prenesuva na elektronite.
Del od energijata se tro{i za sovladuvawe na privle~nite sili
me|u elektronot i protonite, a del na kineti~kata energija {to
elektronot pritoa ja dobiva.
Kvantna mehanika
Kvantna teorija
• -e teorija {to ja opi{uva strukturata na atomite i odnesuvaweto
na atomite i molekulite
• Trgnuva od hipotezata:
• ako elektronot (~esti~ka) mo`e da stapuva vo interakcija so
svetlinata (koja ima branova priroda), toga{ i elektronot mora
da ima odredena branova priroda.
• Zna~i, elektronot ima dvojna priroda
• -se odnesuva i kako ~esti~ka i kako bran.
Spored postulatite na kvantnata mehanika
Elektromagnetnoto zra~ewe (energijata) se
prenesuva samo vo to~no opredeleni koli~ini
nare~eni kvanti
kade
E= hn = hc/l
E => energija
h => Plank-ova konstanta
n => frekvencija
c => brzina na svetlinata
l => branova dol`ina
Po analogija na svetlinata, i energijata kaj
elektronite treba da se prenesuva vo to~no
opredeleni koli~ini nare~eni kvanti
Trgnuvaj}i od ovie soznanija i pretpostavki, razviena e
Kvantnata mehanika
Taa nudi sovremeni soznanija za elektronskata struktura na
atomot i go voveduva poimot
atomski orbitali
• 1926 Erwin Schrödinger: [redingerovata branova ravenka ja vklu~uva
branovata i korpuskularnata priroda na elektronot. Taa e osnova na novata
nau~na disciplina nare~ena branova mehanika ili kvantna mehanika.
HY = EY
• Re{enijata na [redingerovata ravenka se serija od branovi funkcii, Y.
Funkcijata Y nema konkretno fizi~ko zna~ewe, no nejziniot kvadrat, Y 2, e
ednakov na verojatnosta na nao|awe na elektronot vo odreden del od prostorot
okolu atomskoto jadro.
Va`no: Spored Boroviot atomski model, elektronot se dvi`i po opredeleni
pateki, nare~eni orbiti, no spored moderniot priod na [redinger, ne mo`e da
stanuva zbor za opredelena pateka na elektronot, tuku samo za verojatnost za
nao|awe na elektronot vo opredelen del od prostorot okolu atomot.
[ematski prikaz na raspredelbata na elektronskata gustina vo
atomot na vodorodot vo negovata osnovna sostojba.
Intenzitetot na bojata (zatemnuvaweto) e proporcionalen na
verojatnosta na nao|awe na elektronot vo prostorot.
• Re{enijata na [redingerovata ravenka, se nare~eni orbitali.
•
Orbitalite imaat opredelen oblik koj e vo vrska so distribucijata na verojatnosta na nao|awe na
elektronot na opredelen del od prostorot.
•
Spored [redingerovata ravenka, za opi{uvawe na elektronskite orbitali se koristat tri
kvantni broevi : n, l i ml.
– Glaven kvanten broj n:
• Vrednostite za n se prosti celi broevi: 1, 2, 3, itn.
• So porastot na n, elektronskata gustina e se podaleku od atomskoto jadro, odnosno raste
goleminata na orbitalata.
• So porastot na n, raste energijata na elektronot, odnosno elektronot e se poslabo svrzan
so atomskoto jadro.
– Orbitalen (azimutalen) kvanten broj l :
• Vrednostite za l zavisat od n i se dvi`at od 0 do n-1 za sekoja vrednost na n.
• Vrednostite za l , namesto so brojki, naj~esto se ozna~uvaat so bukvi i toa:
s (l = 0), p (l = 1), d (l = 2), f (l = 3).
• Vrednostite na l go definiraat oblikot, odnosno vidot na orbitalite.
– Magneten kvanten broj ml:
• Vrednostite za ml zavisat od l i se dvi`at od – l do + l.
• Vrednostite na ml go definiraat magnetniot moment na eden ist vid orbitali. ml go
definiraat brojot na degenerirani orbitali (orbitali so ista energija) koi{to naj~esto se se
razlikuvaat samo spored orientacijata vo prostorot.
•
Da gi pogledneme razli~nite kombinacii na kvantnite broevi, nivnata vzaemna povrzanost i
nivnoto zna~ewe:
– n = 1 (prv sloj), l = 0 (s orbitala); ml = 0 (edna vrednost za ml, toa zna~i edna s
orbitala). Prviot elektronski sloj sodr`i samo edna s orbitala.
– n = 2(vtor sloj):
l = 0 (s orbitala); ml = 0; (edna vrednost za ml);
l = 1 (p orbitali): ml = -1, ml = 0, ml = 1; (tri vrednosti za ml)
Vo vtoriot sloj postojat edna s i tri p orbitali. Deka postojat tri p degenerirani orbitali
doznavame od trite vrednosti za magnetniot kvanten broj, diktirani od vrednosta l = 1 za
orbitalniot kvanten broj.
l = 0 (s orbitala); ml = 0 (edna s orbitala);
l = 1 (p orbitali); ml = -1, ml = 0, ml = 1 (tri p orbitali)
l = 2 (d orbitali); ml = -2, ml = -1, ml = 0, ml = 1, ml = 2 (pet d
orbitali).
Od vrednosta za l = 2, sleduvaat pet vrednosti za ml, {to zna~i pet degenerirani d
orbitali.
– n = 3 (tretsloj),
Vo tretiot elektronski sloj postojat edna s, tri p i pet d orbitali.
n
(glaven kvanten
broj)
l
(azimutalen kvanten broj)
(oblik na orbitalite)
oznaka na
orbitalite so
bukvi (tip na
orbitali)
ml
(magneten
kvanten broj)
(orientacija na
orbitalite)
broj na
razli~ni
orbitali
3
0
s
0
1
1
p
-1, 0, 1
3
2
d
-2, -1, 0, 1, 2
5
Mno`estvoto orbitali so ist glaven kvanten broj n se narekuva
elektronski sloj ili elektronska lu{pa.
Zbirot na orbitali so ist glaven kvanten broj n i orbitalen kvanten
broj l, se narekuva elektronski potsloj ili podlu{pa.
• Brojot na elektronski podsloevi vo odreden sloj e ednakov so glavniot kvanten
brojot na slojot. Prviot sloj (n = 1) ima samo eden podsloj (s potslojot). Vtoriot
sloj (n = 2) ima dva podsloevi (s i p podsloj). Tretiot sloj (n = 3) ima tri
podsloevi (s, p i d podsloj) itn.
Sekoj podsloj sodr`i opredelen broj
orbitali:
podslojot s sodr`i edna orbitala;
podslojot p sodr`i tri orbitali;
[ematski prikaz na brojot na orbitali i
nivnata relativna energija vo atomot
na vodorod. (Zabele{ka: Ovoj dijagram
podslojot d sodr`i pet orbitali;
podslojot f sodr`i sedum orbitali.
va`i samo za atomot na vodorodot,
odnosno za edoelekronski atom.)
Osnovna sosojba
Sekoj atom na vodorod pri obi~na temperatura se nao|a vo svojata osnovna sostojba. Toa zna~i deka
negoviot elektron se nao|a vo 1s orbitalata. Drugite energetski nivoa (orbitali) se prazni, nepopolneti. Za
da elektronot premine vo povisokite energetski sloevi potrebno e da se apsorbira energetski kvant so
to~no opredelena frekvencija i koli~ina energija {to odgovara na razlikata pome|u energetskite nivoi
pome|u koi se vr{i elektronskiot premin.
Atomski orbitali
• S orbitali
1S orbitalata e sferno simetri~na, odnosno ima oblik na sfera.
Va`no: Vo 1s orbitalata verojatnosta za
nao|awe na elektronot vo del od
prostorot daleku od atomskoto jadro e
skoro nula, odnosno, verojatnosta
drasti~no opa|a so porastot na
rastojanieto.
1s orbitala. Zavisnost na verojatnosta za
nao|awe na elektronot Y 2 od rastojanieto od
atomskoto jadro r.
p orbitali
• p orbitalite imaat oblik na prostorni osumki so jazol vo atomskoto jadro.
• Postojat tri p orbitali {to se razlikuvaat samo po nivnata orientacija vo
prostorot.
[ematski prikaz na p orbitalite.
d- orbitali
f-orbitali
Zapamti!
Orbitali
• -se regioni kade postoi verojatnost da se najde
elektronot okolu jadroto na eden atom, a ne
pateki po koi se dvi`at elektronite!!!
• Postojat 4 tipa na orbitali => s p d f
• Vo sekoja orbitala mo`e da ima maksimalno
dva elektroni, i site elektroni imaat razli~na
energija-ne postojat dva isti elektroni!!!
[to treba da zapomneme
-Atomite se sostaveni od jadro i elektronska obvivka.
Vo jadroto se smesteni protonite i neutronite i ....
-Vo elektronskata obvivka se smesteni elektronite
-Elektronite se nao|aat vo energetski sloevi (nivoa) so to~no opredelena
energija. Vo sloevite postojat podsloevi nare~eni orbitali vo koi se smesteni
elektronite.
-vo sekoja orbitala mo`e da se smestat maksimalno 2 elektroni.
-sostojbata (energijata) na elektronite vo sekoj atom e opi{ana
preku ~etiri kvantni broevi-glaven, orbitalen, magneten i spinov.
-vo eden atom ne postojat dva identi~ni elektroni {to imaat ista energija
-koga zbrouvame za polo`ba na elektronot, sekoga{ zboruvame
za verojatnost na nao|awe na elektronot na odredena pozicija.
-elektronite vo podale~nite elektronski sloevi imaat povisoka energija i
tie obi~no se elektronite {to se razmenuvaat (u~estvuvaat) vo hemiskite reakcii.
Pra{awa
Elektronska konfiguracija na
elementite-e eden na~in na {ematski
prikaz na popolnuvawe na
atomskite orbitali so elektroni
Vidovme deka
orbitali se
• Regioni kade postoi golema verojatnost da se najde
elektronot vo atomot
• Ima 4 tipa na orbitali => s p d f
• Vo sekoja orbitala mo`e da ima maksimum 2 elektroni
• Ne postojat dva elektroni so identi~na energija
• Pazi-Orbitalite se funkcii t.e. re{enija na [redingerovata
ravenka. Tie fizi~ki ne postojat kako takvi vo atomite i
elektronite ne se dvi`at po orbitalite da pravat osumki ili ne
znam kakvi paralti, tuku matemati~kite re{enija na tie
funkcii ja davaat forma na orbitalite
Atomski orbitali
s
p
d
f
forma
broj na orbitali
sferi~na
1
osumka
3
kompleksna
5
epten kompleksna
7
Koga zboruvame za elektroni smesteni vo orbitali, nie vsu{nost zboruvame za
polo`bata na elektronite-kade se tie smesteni, poblisku ili podaleku od jadroto, i
za energijata na elektronite! Kolku elektronite se vo podolnite elektronski sloevi,
t.e. kolku se tie poblisku do jadroto, tie imaat poniska energija. Kolku se podaleku
od jadroto-energijata im e povisoka.
Princip na Pauli-mnogu biten-ka`uva deka ne postojat dva elektroni koi imaat isti
vrednosti na site ~etiri kvantni broevi, ili -Ne postojat dva elektroni so identi~na
energija.
Ako trite kvantni broja-n ,l i ml za dva elektroni se
identi~ni, toga{ tie mora da se razlikuvaat po nivniot spin-sekoi dva elektroni
imaat razli~en spinov broj ms koj mo`e da ima vrednosti +1/2 i – 1/2
[to e Elektronska konfiguracija?
• Toa e kratko {ematsko prika`uvawe na
zaposednatosta na orbitalite od energetskite
nivoa od eden atom so elektroni:
•
•
•
•
•
Orbitalite ednostavno
gi pretstavuvame
so kvadrat~iwa,
a elektronitevo niv
so strelki
Elektronska konfiguracija
-elektronite vo atomite se smesteni vo energetski
nivoa so to~no opredelena energija
sloj
podsloj
=>
=>
energetski nivoa
orbitali
Redosled na popolnuvawe na
elektronskite nivoa
n=1
n=2
n=3
n=4
n=5
n=6
n=7
1s
2s
3s
4s
5s
6s
7s
Prv elektronski sloj
2p
3p
4p
5p
6p
Vtor elektronski sloj
3d Tret elektronski sloj
...
4d 4f
...
5d 5f
6d
Elektronska Konfiguracija na
nekoi elementi
H atom
1 elektron
1s1
Elektronska Konfiguracija na
nekoi elementi
He atom
2 elektroni
1s2
Elektronska Konfiguracija na
nekoi elementi
Li atom
3 elektroni
1s2, 2s1
Elektronska Konfiguracija na
nekoi elementi
Cl atom
17 elektroni
1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p5
Elektronska Konfiguracija
na negativni joni
Dodaj elektron (i), 1 elektron za sekoj negativen
polne`
Elektronska Konfiguracija
S-2 jon
(16 + 2) elektroni
1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6
Elektronska konfiguracija
na Pozitivni joni
Odzemi elektron (i), 1 elektron za sekoj
pozitiven polne`
Elektronska konfiguracija
Mg+2 jon
(12-2)elektroni
1s2, 2s2, 2p6
{ematski atomskite
orbitali se
prika`uvaat
so kvadrat~iwa, a
elektronite vo niv
so strelki so orientacija
kon gore i nadolu
Vo sekoja orbitala
mo`e da se smestat
maksimum 2 elektroni
Primer-{ematski
prikaz na
potpolnuvawe na
atomskite
orbitali na Fe so
elektroni
DA ZAPAMTIME!!!
Popolnuvawe na orbitalite so elektroni s-orbitalite mo`e da primat
maksimum 2 elektroni
Vtor el. sloj, za n = 2,
p-maksimum 6 elektroni
maksimum 8 elektroni vo ovoj sloj
d-maksimum 10 elektroni
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6...
Prv elektronski sloj
za n=1
maksimum 2 elektroni
tret el. sloj, za n = 3,
maksimum 8 elektroni
i vo ovoj sloj
Primer: C-ima 6 elektroni.
Napi{i ja elektronskata konfiguracija na 6C
2
2
2
6C: 1s 2s 2p
Mnooooogu va`no!!!!!
Za da eden elektron premine od edna vo druga orbitala
odnosno od sostojba so poniska kon sostojba so
povisoka energija, na toj elektron
MORA da mu se donese energija {to TO^NO
odgovara na razlikata
pome|u energiite na atomskite orbitali!!!
Zna~i, ako eden elektron e smesten vo 1s orbitalata
i ako sakame toj da premine vo 2p orbitalata, toga{
MORA na toj elektron da mu doneseme energija
to~no tolku, kolku {to e razlikata vo energiite
pome|u 1s i 2p orbitalite (vidi na dijagramot levo)
Razlika vo energiite
pome|u 1s i 2p orbitalite
Prikaz na energijata {to teba da mu se donese
na eden elektron smesten vo 1s orbitalata
za da toj da premine vo 2p orbitalata,
Prikaz na dozvoleni premini koga na eden
elektron }e primi
energija za da premine
od edno vo drugo energetsko nivo
Prikaz na zabraneti premini koga eden
elektron }e primi
NESOODVTENO koli~estvo energija
za da premine
od edno vo drugo energetsko nivo
Regioni vo periodniot sistem spored
elektronskata struktura
Pra{awa