2009-11-24
Chemia III
Powłoki
elektronowe
Powłoki elektronowe
" Elektrony tworzÄ…ce chmurÄ™ elektronowÄ…
poruszają się wokół jądra w pewnych ściśle
określonych obszarach tzw. orbitalach
(powłokach) elektronowych.
" Elektrony wchodzące w skład powłoki posiadają
zbliżone wartości energii (kinetycznej ruchu
wokół jądra i potencjalnej w stosunku do jądra).
" Obszary poza powłokami są dla elektronów
niedozwolone.
" Im powłoka leży w większej odległości od jądra
tym energia elektronów należących do tej
powłoki jest większa.
1
2009-11-24
" Na każdej powłoce elektronowej może
znajdować się ściśle określona ilość
elektronów, które nie może przekroczyć
liczby równej:
2xn2
n jest numerem powłoki licząc od jądra.
" Elektrony znajdujące się na ostatniej powłoce
elektronowej nazywajÄ… siÄ™ elektronami
walencyjnymi.
" Ich ilość i rozmieszczenie ma decydujący wpływ
na własności chemiczne danego pierwiastka.
Równanie Schrodingera
(funkcja falowa È,):
Jeśli układ ma stałą w czasie energię E (stan
stacjonarny), to funkcję falową takiego stanu możemy
przedstawić następująco:
¨(x,y,z,t) = È(x,y,z) exp(-iEt/'
)
Funkcja falowa, w najogólniejszej postaci funkcja
zespolona, nie ma bezpośredniego sensu
fizycznego. Dopiero jej kwadrat interpretujemy jako
gęstość prawdopodobieństwa znalezienia cząstki.
2
2009-11-24
" Właściwie wszystkie wielkości fizyczne mierzone w
mikroświecie atomów i cząsteczek podlegają zjawisku
kwantowania, tzn. mogą przyjmować tylko pewne
ściśle określone wartości.
" Np. elektrony w atomie znajdują się na ściśle
określonych orbitach i mogą znajdować się tylko tam,
z dokładnością określoną przez zasadę
nieoznaczoności. Z kolei każdej orbicie odpowiada
pewna energia.
" W podobny sposób zachowują się także inne
wielkości np. pęd, moment pędu czy moment
magnetyczny.
" Wobec takiego stanu rzeczy naturalnym pomysłem
było po prostu ponumerowanie wszystkich możliwych
wartości np. energii czy momentu pędu. Te numery to
właśnie liczby kwantowe.
Równanie Schrodingera
(funkcja falowa È,):
" Liczby kwantowe:
Główna (n): 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
Poboczna (l d" n-l): 0, 1, 2, 3, 4, & , n-1
Magnetyczna (m = -l ÷ +l): -l, 0, l
Spinowa(s): -1/2, +1/2
n - nr okresu (powłoki)
l  typ podpowłoki
m  typ orbitala
3
2009-11-24
Liczby kwantowe
" Główna liczba kwantowa (n)
- przyjmuje wartości kolejnych liczb naturalnych
1, 2, 3, ... (wg Bhora K, L, M, ...);
- od niej zależy energia danego elektronu;
- decyduje o rozmiarach orbitali - im większa
wartość n, tym większy jest orbital;
- maksymalna ilośc elektronów w powłoce
wynosi 2m2 (kwadrat)
Poboczna
" Poboczna liczba kwantowa (l)
- przyjmuje wartości liczb całkowitych od 0
do n-1 włącznie;
- precyzuje dokładniej stan energetyczny
danej powłoki;
- liczba stanów kwantowych wyraża się
wzorem 4l + 2
4
2009-11-24
Magnetyczna
Magnetyczna liczba kwantowa (m)
- przyjmuje wartości liczb całkowitych takich, że -
1 jest mniejsze bÄ…dz
równe n, które jest
mniejsze bÄ…dz
równe +1
-1< n >+1;
- określa rzut momentu pędu na wyróżniony
kierunek;
- decyduje o wzajemnych ułożeniu orbitali w
przestrzeni
Magnetyczna spinowa
Magnetyczna spinowa liczba kwantowa
(ms)
- charakteryzuje rut spinu na wyróżniony
kierunek w przestrzeni;
- może przyjmować tylko dwie wartości
+1/2 lub -1/2
5
2009-11-24
Poziomy i orbitale
n l
"
1 = K 0 = s
2 = L 1 = p
3 = M 2 = d
4 = N 3 = f
5 = O 4 = g
6 = P 5 = h
7 = Q 6 = i
Elektron zajmuje ten spośród wolnych stanów (orbitali), który ma
mniejszą wartość sumy głównej i pobocznej liczby kwantowej
n+l, a jeżeli wolne są dwa stany o takiej samej wartości n+l, to
elektron zajmuje stan o niższej wartości n.
n l
s p d f
1 0
2 0 1
3 0 1 2
4 0 1 2 3
5 0 1 2 3
W myśl tej reguły orbital 4s (4+0) obsadzany
jest przed 3d (4+0 < 3+2), natomiast orbital
3d przed 4p (3+2 = 4+1).
6
2009-11-24
Sposób zapełniania orbitali w
atomie
Kształty orbitali
7
2009-11-24
" n = 2
" l= 0 1
"
m = 0 -1 0 1
"
" Ä… ½ Ä…1/2 Ä…1/2 Ä…1/2
Konfiguracja elektronowa
" Konfiguracja elektronowa (struktura elektronowa)
pierwiastka  uproszczony opis atomu polegajÄ…cy na
rozmieszczeniu elektronów należących do atomów
danego pierwiastka na poszczególnych powłokach,
podpowłokach i orbitalach. Każdy elektron
znajdujÄ…cy siÄ™ w atomie opisywany jest przy pomocy
zbioru liczb kwantowych.
" Na podstawie konfiguracji elektronowej atomu
można określić położenie pierwiastka w układzie
okresowym i opisać jego właściwości chemiczne.
8
2009-11-24
Reguła Hunda:
1. W danej podpowłoce powinna być możliwie
największa liczba niesparowanych elektronów;
2. Niesparowane elektrony zajmujÄ…ce poziomy
orbitalne danej podpowłoki mają identyczny
spin;
3. Pary elektronów tworzą się dopiero po
zapełnieniu wszystkich poziomów orbitalnych
danej podpowłoki przez niesparowane
elektrony.
Regu Hunda:
Elektrony w atomie obsadzają najniższe dostępne
poziomy energetyczne
9
2009-11-24
Zakaz Pauliego
Określony poziom energetyczny atomu
obsadzony może być tylko przez jeden
elektron o takich samych 4 liczbach
kwantowych,
w jednym atomie dwa elektrony muszÄ…
różnić się wartością przynajmniej
jednej liczby kwantowej (np. w
jednym poziomie orbitalnym muszÄ…
mieć przeciwną orientację spinu).
" X: [He]2s22px12py12pz1
7
Zakaz Pauliego
10
2009-11-24
Rdzeń i elektrony walencyjne
" Rdzeń, czyli zrąb atomu, stanowi tę
część atomu, która uczestnicząc w reakcji
chemicznej lub w wielu kolejnych
reakcjach, zachowuje ilość i rodzaj
składników
" rdzeń to jądro wraz z elektronami
niewalencyjnymi.
" Elektrony walencyjne to te elektrony,
które podczas reakcji chemicznej biorą
udział w tworzeniu wiązań chemicznych.
Br 1s22s22p63s23p63d10 4s24p5
35
Elektrony elektrony
rdzenia walencyjne
2 1 jÄ…dro
4
3
11
2009-11-24
Konfiguracja walencyjna
jest to fragment konfiguracji
elektronowej dotyczący elektronów
walencyjnych, np.
Br 1s22s22p63s23p63d10 4s24p5
35
Elektrony rdzenia elektrony
walencyjne
Br [Ar] 3d10 4s24p5
35
Elektrony el