1

ATOMY WIELOELEKTRONOWE,

UKŁAD OKRESOWY,

METALE ALKALICZNE

2

Atomy wieloelektronowe

przybliżenie pola centralnego

zakaz Pauliego

zdjęcie degeneracji orbitalnej (ekranowanie)

Model atomu

wieloelektronowego:

„inne” elektrony częściowo

ekranują jądro modyfikując

efektywny potencjał

„widziany” przez rozważany

elektron

elektrony „wewnętrzne” i

„zewnętrzne”

Różnice dla elektronów s, p,

d itd.

3

Efektywny potencjał

„widziany” przez jeden z

elektronów atomu

wieloelektronowego

Copyright © Springer-Verlag, The Physics of Atoms and Quanta by Hermann Haken and
Hans Christoph Wolf
Copyright © for the Polish edition by Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Warszawa 2002

4

UKŁAD poziomów w

atomie

wieloelektronowym

(diagram Grotriana)

Zapełnianie powłok,

zakaz Pauliego,

kolejność

(zasada aufbau):

1s,
2s, 2p,
3s, 3p, 3d,
4s, 4p, 4d, 4f,
5s, 5p, 5d, 5f, …
6s, 6p, 6d, …
7s, …

Brak

degeneracji,

różnice dla

elektronów

s, p, d, f

Zasada aufbau:
hipotetyczny proces „budowania atomu” „od dołu”

Reguła
Madelunga-
Kleczkowskiego
kolejność
wypełniania.
powłok (n+ )

ℓ .

wyjątki:
Cr, Cu

5

Układ okresowy pierwiastków

periodyczność własności chemicznych,

metale przejściowe, ziemie rzadkie

nieregularności w energiach jonizacji

6

Układ okresowy

pierwiastków

7

Feynman, t.
III

Copyright © California Institute of
Technology, 1963

!

!

8

Feynman, t.
III

Copyright © California Institute of
Technology, 1963

!

!

!

9

Kierunkowość wiązań chemicznych:

H

2

O (105°), H

2

S (

93°)

, H

2

Se (90

°):

niepełne

p

x

, p

y

,

NH

3

, PH

3

, AsH

3

(niepełne p

x

, p

y

, p

z

)

diament, krystaliczny krzem

(hybrydyzacja, sp

3

)

10

Atomy metali alkalicznych





2

n

,

3

Z





Li

1s

2

2s

[He]2s

Na 1s

2

2s

2

2p

6

3s

[Ne]3s

K

1s

2

2s

2

2p

6

3s

2

3p

6

4s

[Ar]4s

Rb 1s

2

2s

2

2p

6

3s

2

3p

6

4s

2

3d

10

4p

6

5s

[Kr]5s

Cs
1s

2

2s

2

2p

6

3s

2

3p

6

4s

2

3d

10

4p

6

5s

2

4d

10

5p

6

6s

[Xe]6s

Jeden elektron walencyjny, jak w atomie

wodoru.

Inny potencjał, Z protonów i

ekranowanie





3

n

,

11

Z









4

n

,

19

Z









5

n

,

37

Z









6

n

,

55

Z





11

Model atomu metalu alkalicznego

Jądro o ładunku +Ze

jest otoczone

elektronami z

wewnętrznych powłok o

łącznym ładunku

–(Z-1)e skupionym w

obszarze o promieniu R.

Pojedynczy zewnętrzny

elektron walencyjny

porusza się głównie w

obszarze, w którym r >

R

Duże podobieństwo do

wodoru; atomy

wodoropodobne

12

Radialny rozkład

gęstości

elektronowej w

atomie wodoru i

jednododatnich

jonach Li, Na i K

widoczne powłoki

całkowicie
obsadzone

elektronami:

K: n = 1

L: n = 2

M: n = 3

Copyright © Springer-Verlag, The Physics of
Atoms and Quanta by Hermann Haken and
Hans Christoph Wolf
Copyright © for the Polish edition by
Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Warszawa
2002

13

Diagram Grotriana atomu Li

stan podstawowy

2s,

wodoropodobne

termy

wzbudzone;

zbieżność do

wodoru dla

większych n i

większych ℓ

Ekranowanie

Dozwolone

przejścia:

Δ =

ℓ

±1

14

Diagram

Grotriana atomu

Li

Dozwolone

przejścia:

Δ =

ℓ

±1

Copyright © Springer-Verlag, The Physics of
Atoms and Quanta by Hermann Haken and
Hans Christoph Wolf
Copyright © for the Polish edition by
Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Warszawa
2002

15

Serie widmowe dla atomu Na

Copyright © Springer-Verlag, The Physics of Atoms and Quanta by Hermann Haken and
Hans Christoph Wolf
Copyright © for the Polish edition by Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Warszawa 2002

16

Diagram

Grotriana atomu

Na

Dozwolone

przejścia:

Δ =

ℓ

±1

Copyright © Springer-Verlag, The Physics of
Atoms and Quanta by Hermann Haken and
Hans Christoph Wolf
Copyright © for the Polish edition by
Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Warszawa
2002

17

Diagram

Grotriana atomu

K

Dozwolone

przejścia:

Δ =

ℓ

±1

Copyright © Springer-Verlag, The Physics of
Atoms and Quanta by Hermann Haken and
Hans Christoph Wolf
Copyright © for the Polish edition by
Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Warszawa
2002

18

Pełny diagram

Grotriana atomu

K

Dozwolone

przejścia:

Δ =

ℓ

±1

obszar

widzialny,

podczerwień,

ultrafiolet,

obszar rtg

Copyright © Springer-Verlag, The Physics of
Atoms and Quanta by Hermann Haken and
Hans Christoph Wolf
Copyright © for the Polish edition by
Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Warszawa
2002

19

Emisyjne serie widmowe dla atomów

metali alkalicznych

Termy energetyczne dla obojętnego atomu

metalu alkalicznego

 





























2

R

2

ef

,

n

,

n

n

1

E

n

1

Rhc

E





 

ef

n

n

,

n









efektywna liczba

kwantowa n

ef

i defekt

kwantowy Δ(n, )

ℓ

Uwzględniając regułę wyboru Δ =

ℓ

±1

otrzymamy

następujące serie dozwolonych przejść:

20

Seria główna (principal) np. 3p-3s dla

sodu (linia D):

Seria ostra (sharp), inaczej II poboczna,

s-p:









 





,

n

n

,

1

,

n

n

1

0

,

n

n

1

Rhc

E

0

2

2

0

0

p







































 





1,

n

n

,

0

,

n

n

1

1

,

n

n

1

Rhc

E

0

2

2

0

0

s









































 





,

n

n

,

2

,

n

n

1

1

,

n

n

1

Rhc

E

0

2

2

0

0

d































Seria rozmyta (diffuse), inaczej I

poboczna, d-p:

21

Seria podstawowa (fundamental) f-d:

n

0

to główna liczba kwantowa

najniższego stanu dla elektronu

walencyjnego:

2 dla litu, 3 dla sodu, 4 dla potasu,

5 dla rubidu i 6 dla cezu

Linie absorpcyjne dla serii innych niż

główna występują tylko w wysokich

temperaturach, zatem tylko linie serii

głównej w normalnych warunkach są

liniami rezonansowymi.









 





1,

n

n

,

3

,

n

n

1

2

,

n

n

1

Rhc

E

0

2

2

0

0

f































