CZYNNIKI WPA
YWAJ
CE NA
CZYNNIKI WPA
YWAJ
CE NA
WA
ASNOÅšCI MATERIAA
ÓW
WA
ASNOÅšCI MATERIAA
ÓW
-STRUKTURA ATOMU
-STRUKTURA ATOMU
-WYST
PUJ
CY RODZAJ WI
ZANIA
-WYST
PUJ
CY RODZAJ WI
ZANIA
CZ
STECZKOWEGO
CZ
STECZKOWEGO
-STAN SKUPIENIA
-STAN SKUPIENIA
-RODZAJE STRUKTUR ATOMOWYCH
-RODZAJE STRUKTUR ATOMOWYCH
BUDOWA ATOMÓW
STRUKTURA ATOMU
STRUKTURA ATOMU
Atom, to najmniejsza czÄ…stka materii zdolna do
samoistnego występowania w przyrodzie
i zachowujÄ…ca indywidualne cechy pierwiastka.
1
MODELE ATOMU
MODELE ATOMU
Model J.J. Thomsona
W 1903 r. J.J. Thomson
+
-
zaproponował następujący
+
-
model atomu. Atom ma postać
-
+
kuli równomiernie wypełnionej
-
+
elektrycznym Å‚adunkiem
-
+
+
-
dodatnim, wewnątrz której
+
znajdujÄ… siÄ™ elektrony.
Sumaryczny Å‚adunek dodatni
kuli równy jest ładunkowi
elektronu, tak więc atom jako
całość jest obojętny
elektrycznie.
Model Ernesta Rutherforda
Model Ernesta Rutherforda
Model Ernesta Rutherforda - model "planetarny"
(elektrony obiegajÄ… jÄ…dro podobnie jak planety
obiegają Słońce). Zgodnie z klasyczną
mechaniką poruszający się dookoła jądra
elektron powinien emitować falę
elektromagnetycznÄ…. Emisja taka jest zwiÄ…zana
z ucieczką pewnej energii z układu elektron-
jÄ…dro. Elektron zmniejszajÄ…c swojÄ… energiÄ™
zmniejsza jednocześnie odległość od jądra.
Powinien on więc poruszać się nie po okręgu
lecz po spirali i ostatecznie zderzyć się z
jÄ…drem. Takiego zjawiska jednak nie
obserwowano.
2
Model Bohra
Model Bohra
Postulaty Bohra:
Postulaty Bohra:
1. Elektron mo\
e poruszać się tylko po pewnych dozwolonych
orbitach.
2. Pomimo, \
e elektron doznaje przyspieszenia (poruszajÄ…c siÄ™ po
takiej orbicie), to jednak nie wypromieniowuje energii. A zatem jego
całkowita energia pozostaje stała.
3. Promieniowanie elektromagnetyczne zostaje wysłane tylko gdy
elektron poruszający się po orbicie o całkowitej energii Ej , zmienia
swój ruch skokowo, tak \
e porusza się następnie po orbicie o energii
Ek. Częstotliwość emitowanego promieniowania jest równa:
elektron
me=9,1·10-28 g
qe=-1,602·10-19C
typowe wymiary
atom 10-10 m
nukleony:
protony
jÄ…dro atomowe 10-14 m
mp=1,6·10-24 g
qp=+1,602·10-19C
neutrony
mn=1,6·10-24 g
proton lub neutron 10-15 m
qp=0
gluon
kwark 10-16 m lub mniej
3
Atomy pierwiastków chemicznych ró\
nią się między sobą
liczbą zawartych w ich jądrze protonów, która nosi nazwę
protonów
liczby atomowej.
liczby atomowej
Liczba zawartych w jądrze atomu neutronów mo\
e być
neutronów
ró\
na dla danego pierwiastka  ma to miejsce w przypadku
izotopów.
izotopów.
Izotopy mają takie same własności chemiczne ale ró\
ne
własności fizyczne.
Liczba masowa pierwiastka to liczba zawartych w jÄ…drze
Liczba masowa
nukleonów (protonów i neutronów).
nukleonów (protonów i neutronów).
STANY KWANTOWE
STANY KWANTOWE
Wokół jądra krą\
ą elektrony, które są
rozmieszczone na odpowiednich powłokach
elektronowych. Poło\
enie elektronów na
powłokach jest ściśle określone za pomocą tzw.
 liczb kwantowych .
 liczb kwantowych .
W odosobnionym atomie pierwiastka istnieje
zasada zwana zakazem Pauliego, według której
zakazem Pauliego
\
aden atom nie mo\
e mieć elektronów opisanych
przez cztery identyczne liczby kwantowe.
4
LICZBY KWANTOWE :
LICZBY KWANTOWE
GA
ÓWNA LICZBA KWANTOWA n  przybiera wartości
GA
ÓWNA LICZBA KWANTOWA n
kolejnych liczb naturalnych 1,2,3,4,& n.
1,2,3,4,& n
Określa ona numer porządkowy powłoki elektronowej atomu.
Powłoki są oznaczane kolejno literami: K,L,M,N,O,P,Q.
K,L,M,N,O,P,Q
Poszczególnym powłokom odpowiadają określone,
powłokom odpowiadają
coraz to wy\
sze poziomy energetyczne.
poziomy energetyczne
Przejściu elektronu z orbity na orbitę towarzyszy wchłonięcie,
wchłonięcie
lub wypromieniowanie ściśle określonej porcji energii
wypromieniowanie
zwanej kwantem energii.
Wchłonięcie energii powoduje przejście elektronu na orbitę
bardziej oddalonÄ… od jÄ…dra.
Powrót elektronu na orbitę bli\
szÄ… jÄ…dra wiÄ…\
e siÄ™
z wypromieniowaniem kwantu energii.
Kwant energii E mo\
na określić za pomocą następującego wzoru:
E=h·½ 
½=h·c/ 
½ 
½ 
gdzie: h-stała Plancka, c-prędkość światła w pró\
ni.
Powłoki elektronowe
atomu oraz poziomy
energetyczne atomu
wodoru
Graficzna prezentacja tego modelu jest pokazana stronie
applet:http://www.colorado.edu/physics/2000/
5
-POBOCZNA (ORBITALNA) LICZBA KWANTOWA l - określa
-POBOCZNA (ORBITALNA) LICZBA KWANTOWA l
istnienie w powłokach warstw orbit (podpowłok). Mo\
e
przybierać n wartości całkowitych od 0 do n-1. Warstwy orbit
0 do n-1
odpowiadające kolejnym wartościom l oznaczane są literami:
l
s, p, d, f, g, h, i. Orbity mają kształt kołowy dla l=0 (orbita s)
s, p, d, f, g, h, i.
oraz eliptyczny dla l=1,2..
Warstwy orbit w powłoce
M (n=3)
orbita d
l=2
orbita p
l=1
orbita s
l=0
-MAGNETYCZNA LICZBA KWANTOWA m  określa
-MAGNETYCZNA LICZBA KWANTOWA m
orientacjÄ™ przestrzennÄ… orbity. PÅ‚aszczyzny orbit w poszcze-
gólnych warstwach mogą ustawiać się względem pewnego
wyró\
nionego kierunku pod ściśle określonymi kątami,
określonymi przez magnetyczną liczbę kwantową. Liczba
m mo\
e przybierać (2l+1) wartości, zawierających
m (2l+1) wartości
się między  l i +l (m=0, ą1, ą2.. ąl). W ten sposób wyznacza
 l i +l (m=0, Ä…1, Ä…2.. Ä…l).
się maksymalną liczbę orbit, które mogą występować
w danej warstwie.
Usytuowanie przestrzenne
orbit w warstwie 3p
6
Wektor orbitalnego momentu pędu nie mo\
e ustawić się pod
Wektor orbitalnego momentu pędu nie mo\
e ustawić się pod
dowolnym kątem do linii sił przyło\
onego pola magnetycznego
dowolnym kątem do linii sił przyło\
onego pola magnetycznego
a tylko w dozwolonych wybranych kierunkach co pokazano na
a tylko w dozwolonych wybranych kierunkach co pokazano na
rys. i dla l = 2.
rys. i dla l = 2.
z z z z z z
2h
L
L
1h
L
0h
L
1h
L
m=2 m=1 m=0 m=-1 m=-2
2h
a b c d e
Rys. Wektor orbitalnego momentu L jest skwantowany w przestrzeni.
Rys. Wektor orbitalnego momentu L jest skwantowany w przestrzeni.
Względem danego kierunku z dozwolone są jedynie pewne ustawienia
Względem danego kierunku z dozwolone są jedynie pewne ustawienia
wektora L. Gdy l = 2, kwantyzacja przestrzenna wektora orbitalnego
wektora L. Gdy l = 2, kwantyzacja przestrzenna wektora orbitalnego
momentu pedu daje składowe Lz = 0h, +/-1h, +/-2h.
momentu pedu daje składowe Lz = 0h, +/-1h, +/-2h.
W znaczeniu fizycznym magnetyczna liczba kwantowa m
W znaczeniu fizycznym magnetyczna liczba kwantowa m
określa niewielkie ró\
nice energetyczne pomiędzy
określa niewielkie ró\
nice energetyczne pomiędzy
elektronami o tej samej liczbie kwantowej n i l oraz
elektronami o tej samej liczbie kwantowej n i l oraz
wzajemne ustawienie siÄ™ orbitali w przestrzeni pod
wzajemne ustawienie siÄ™ orbitali w przestrzeni pod
wpływem zewnętrznego pola magnetycznego.
wpływem zewnętrznego pola magnetycznego.
Przy braku zewnętrznego pola magnetycznego orbitale nie
Przy braku zewnętrznego pola magnetycznego orbitale nie
mają określonego kierunku w przestrzeni i nie ró\
niÄ… siÄ™
mają określonego kierunku w przestrzeni i nie ró\
niÄ… siÄ™
energiÄ…, sÄ… zatem zdegenerowane. Degeneracja oznacza
energiÄ…, sÄ… zatem zdegenerowane. Degeneracja oznacza
istnienie dwóch lub więcej ró\
nych stanów o tej samej
istnienie dwóch lub więcej ró\
nych stanów o tej samej
energii. Stany p są trzykrotne, stany d - pięciokrotne, a
energii. Stany p są trzykrotne, stany d - pięciokrotne, a
stany f - siedmiokrotnie zdegenerowane.
stany f - siedmiokrotnie zdegenerowane.
Liczba m mo\
e przyjmować (2l + 1) wartości.
Liczba m mo\
e przyjmować (2l + 1) wartości.
m = - l, -(l - 1), ......-1, 0, +1, .......,+(l -1) +l
m = - l, -(l - 1), ......-1, 0, +1, .......,+(l -1) +l
7
SPINOWA LICZBA KWANTOWA s  określa kierunek wirowania
SPINOWA LICZBA KWANTOWA
elektronu wokół własnej osi. Mo\
e przyjmować tylko dwie
wartości ą1/2.
Ä…1/2
z
z
B
B
+1/2 h
Õ
Õ
-1/2 h
Spin skierowany w górę
Spin skierowany w dół
Rys.Spinowy moment pędu elektronu przestrzennie
Rys.Spinowy moment pędu elektronu przestrzennie
skwantowany, -względem pola magnetycznego B ma tylko dwa
skwantowany, -względem pola magnetycznego B ma tylko dwa
dozwolone ustawienia.
dozwolone ustawienia.
Stany kwantowe w atomie wieloelektronowym
Stany kwantowe w atomie wieloelektronowym
8
STRUKTURA ELEKTRONOWA ATOMÓW
Ka\
dy z pierwiastków ma charakteryzującą go liczbę elektronów. Elektrony
wypełniają strukturę atomu według rosnącego poziomu
energetycznego poszczególnych warstw i powłok elektronowych.
Najpierw zapełniają się warstwy o najni\
szych poziomach energetycznych.
Poziomy
energetyczne
elektronów
nale\
Ä…cych do
kolejnych powłok i
warstw
elektronowych
atomów.
O własnościach chemicznych pierwiastków decydują przede
wszystkim elektrony walencyjne (wartościowości) znajdujące się
elektrony walencyjne (wartościowości)
w warstwach s i p.
s i p.
Elektrony te biorą udział w tworzeniu cząsteczek.
Pierwiastki mo\
na podzielić na
-elektrododatnie -ich atomy majÄ… mniej ni\
cztery elektrony
-elektrododatnie
walencyjne,w pewnych warunkach mogą tracić elektrony stając
siÄ™ jonami dodatnimi. Nale\
ą do nich głównie metale.
-elektroujemne - ich atomy mają więcej ni\
cztery elektrony
-elektroujemne
walencyjne, w pewnych warunkach mogą przyłączać elektrony
stajÄ…c siÄ™ jonami ujemnymi. Nale\
ą do nich głównie dielektryki.
Bardzo trwałymi układami, nie oddającymi i nie przyłączającymi
elektronów są atomy pierwiastków, w których warstwy s i p
Zewnętrznych powłok są całkowicie zapełnione. Elektrony w tych
warstwach tworzą tzw. oktet elektronowy (2+6=8 elektronów).
oktet elektronowy (2+6=8 elektronów).
TakÄ… strukturÄ… charakteryzujÄ… siÄ™ gazy szlachetne,
które są nieaktywne chemicznie.
9