Atom wieloelektronowy: podpow oki i pow oki
maksymalna liczba
elektronów
l orbital
n m ms podpow oka pow oka
1 0 1s 0 +1/2,-1/2 2 2
2 0 2s 0 +1/2,-1/2 2
8
2 1 2p +1,0,-1 +1/2,-1/2 6
3 0 3s 0 +1/2,-1/2 2
3 1 3p +1,0,-1 +1/2,-1/2 6 18
3 2 3d +2,+1,0,-1,-2 +1/2,-1/2 10
4 0 4s 0 +1/2,-1/2 2
4 1 4p +1,0,-1 +1/2,-1/2 6
32
4 2 4d +2,+1,0,-1,-2 +1/2,-1/2 10
4 3 4f +3,+2,+1,0,-1,-2,-3 +1/2,-1/2 14
Maksymalna liczba elektronów na pow oce n wynosi 2n2.
1
Sens fizyczny pow ok elektronowych
Orbital 1s
Atom r [Å]
H 0,53
He 0,26
Li 0,18
Be 0,13
Powodem
B 0,11
kontrakcji pow ok i
orbitali jest
C 0,088
rosn cy adunek
N 0,076
dra atomowego.
O 0,066
F 0,059
Ne 0,058
U 0,0058 Å to jest ok.
100 razy mniej ni H !
2
Zró nicowanie energii orbitali w ramach pow oki
W atomie wieloelektronowym wyst puje zró nicowanie energii
podpow ok w ramach tej samej pow oki. Wynika z tego zale no energii
od liczby kwantowej l.
Powody
1. Energia elektronu zale y od efektywnego adunku j dra Zeff, a ten z kolei
od liczb kwantowych n i l.
W miar oddalania si od j dra ekranuj cy wp yw wewn trznych i s siednich
elektronów wzrasta i pole elektrostatyczne dzia aj ce na dany elektron przestaje
by kulombowskie. J dro wykazuje pewien adunek efektywny eZeff, przy czym
Zeff < Z.
2. Oddzia ywania mi dzyelektronowe:
oddzia ywanie elektrostatyczne
oddzia ywanie wymienne (efekt kwantowomechaniczny)
3
Kolejno zape niania orbitali atomowych
1s 2s 3s 4s 5s 6s 7s
2p 3p 4p 5p 6p 7p
3d 4d 5d 6d
4f 5f
4
Konfiguracja elektronowa atomu wieloelektronowego
Konfiguracja elektronowa:
rozmieszczenie elektronów na orbitalach.
Regu y przewidywania (tworzenia) konfiguracji elektronowej:
1. Kolejno energetyczna (Aufbau principle)
Orbitale s obsadzane elektronami w kolejno ci rosn cej energii.
2. Zakaz Pauliego
W atomie nie mo e by dwóch elektronów, które mia yby te same
warto ci wszystkich czterech liczb kwantowych.
3. Regu a Hunda
Orbitale energetycznie zdegenerowane s zape niane w taki
sposób, a eby sumaryczny spin by maksymalny.
5
Zakaz Pauliego
sparowanie elektronów
W atomie nie mo e by dwóch elektronów, które mia yby
te same warto ci wszystkich czterech liczb kwantowych.
6
Energia
Regu a Hunda
Mo liwe w stanie
wzbudzonym !
Orbitale energetycznie zdegenerowane s zape niane w
stanie podstawowym w taki sposób, a eby sumaryczny
spin by maksymalny.
7
Energia
Konfiguracje elektronowe atomów
Z K
1 H 1s1
m = + 1/2 m = - 1/2
s s
2 He 1s2 L
3 Li 1s2 2s1
4 Be 1s2 2s2 m = -1 0 +1
5 B 1s2 2s2 2p1

6 C 1s2 2s2 2p2

7 N 1s2 2s2 2p3

8 O 1s2 2s2 2p4

9 F 1s2 2s2 2p5

10 Ne 1s2 2s2 2p6 M

11 Na (Ne) 3s1
2p
12 Mg (Ne) 3s2
13 Al (Ne) 3s2 3p1
14 Si (Ne) 3s2 3p2
15 P (Ne) 3s2 3p3
16 S (Ne) 3s2 3p4
17 Cl (Ne) 3s2 3p5
18 Ar (Ne) 3s2 3p6
8
Konfiguracje elektronowe atomów c.d.
Z M N
19 K (Ar) 4s1
20 Ca (Ar) 4s2
21 Sc (Ar) 3d1 4s2
22 Ti (Ar) 3d2 4s2
23 V (Ar) 3d3 4s2
24 Cr (Ar) 3d5 4s1
E4s < E3d < E4p
25 Mn (Ar) 3d5 4s2
26 Fe (Ar) 3d6 4s2
27 Co (Ar) 3d7 4s2
28 Ni (Ar) 3d8 4s2
29 Cu (Ar) 3d10 4s1
30 Zn (Ar) 3d10 4s2
31 Ga (Ar) 3d10 4s2 4p1
32 Ge (Ar) 3d10 4s2 4p2
33 As (Ar) 3d10 4s2 4p3
34 Se (Ar) 3d10 4s2 4p4
35 Br (Ar) 3d10 4s2 4p5
36 Kr (Ar) 3d10 4s2 4p6
9
Konfiguracje elektronowe atomów c.d.
Z N O
37 Rb (Kr) 5s1
38 Sr (Kr) 5s2
39 Y (Kr) 4d1 5s2

E5s < E4d < E5p
48 5s2
Cd (Kr) 4d10
49 In (Kr) 4d10 5s2 5p1

54 (Kr) 4d10 P
Xe 5s2 5p6
55 Cs (Xe) 6s1
56 Ba (Xe) 6s2
57 La (Xe) 5d1 6s2
58 Ce (Xe) 4f 2 5d0 6s2
Lantanowce

14
71 5d1 6s2
Lu (Xe) 4f
14
72 Hf (Xe) 4f 5d2 6s2

14
80 (Xe) 4f 6s2
Hg 5d10
81 Tl (Xe) 4f 14 5d10 6s2 6p1

14
86 (Xe) 4f 5d10
Rn 6s2 6p6
87 Fr (Rn) 7s1
88 Ra (Rn) 7s2
89 Ac (Rn) 6d1 7s2
90 Th (Rn) 5f0 6d2 7s2 Aktynowce
91 Pa
(Rn) 5f2 6d1 7s2
10
Sprz enie Russella-Saundersa (LS). Termy atomowe
Patom
+ =
Porb Pspin


LL 1) SS 1) J(J 1)
( (
Termem nazywamy stan energetyczny atomu scharakteryzowany liczbami
kwantowymi L, S i J.
2S+1
XJ
X Symbol termu:
L = 0 S Multipletowo termu = 2S + 1
L = 1 P
L = 2 D dla L > S od L  S do L + S co jednostk
L = 3 F Zakres J:
L = 4 G dla L < S od S  L do S + L co jednostk
L = 5 H
11
Sprz enie Russella-Saundersa (LS). Termy atomowe c.d.
Rodzaj termu, a wi c i energia atomu, zale y od konfiguracji elektronowej na
zewn trznej pow oce atomowej. Pod uwag bierzemy tylko niezape nion
podpow ok zewn trznej pow oki.
Kolejno energetyczn termów przewiduj nast puj ce regu y Hunda:
1. Najni sz energi ma term o najwy szej multipletowo ci, czyli o najwi kszej
liczbie kwantowej S.
2. Spo ród termów o tej samej multipletowo ci, najni sz energi ma term o
najwi kszej liczbie kwantowej L.
3. Gdy liczby kwantowe S i L dla dwóch termów s takie same, to:
a) dla pdpow oki wype nionej elektronami mniej ni w po owie ni sza energia
odpowiada mniejszej liczbie kwantowej J
b) dla pdpow oki wype nionej elektronami wi cej ni w po owie ni sza energia
odpowiada wi kszej liczbie kwantowej J
12
Termy atomowe dla ró nych konfiguracji elektronowych
Konfiguracja Termy
2
s1 S
s2, p6 oraz d10 1S Podpow oki walencyjne ca kowicie zape nione
2
p1 oraz p5 P
3 1 1
p2 oraz p4 P, D, S Przypadek C: 1s22s22p2
4 2 2
p3 S, D, P
2
d1 oraz d9 D
3 3 1 1 1
d2 oraz d8 F, P, G, D, S
4 4 2 2 2 2 2
d3 oraz d7 F, P, H, G, F, D, P
5 3 3 3 3 3 1 1 1 1
d4 oraz d6 D, H, G, F, D, P, 1I, G, F, D, S
6 4 4 4 2 2 2 2 2 2 2
d5 S, G, 4F, D, P, I, H, G, F, D, P, S
13
Energia termu
Etermu Z2R / n 2
Z - liczba atomowa pierwiastka,
R - sta a Rydberga w jednostkach energii
n - numer pow oki walencyjnej,
- poprawka na ekranowanie i oddzia ywanie mi dzy elektronami
(zale y od n i rodzaju termu)
(n - ) - efektywna liczba kwantowa
Wzór Rydberga
R 1 1
E  > E
Z2
2 2

hc n' ' n" "
n  n

R
110 000 cm-1 1/ liczba falowa
hc
14
Widmo emisyjne sodu
2
P1/2 P3/2 D3/2 D5/2
n S1/2 2 2 2 2
1. Stan podstawowy [Ne] 3s1
5
7
S = 1/2, multipletowo = 2 × 1/2 + 1 = 2; L = 0 6
6
4
S > L, J = S - L = 1/2, J = S + L = 1/2
5
2
term S1/2
5
4
2. Stan wzbudzony [Ne] 3p1
3
S = 1/2, multipletowo = 2 × 1/2 + 1 = 2; L = 1
4
L > S, J = L - S = 1/2, J = L + S = 3/2
2 2
termy P1/2 i P3/2
3. Stan wzbudzony [Ne] 3d1
3
Regu a wyboru
S = 1/2, multipletowo = 2 × 1/2 + 1 = 2; L = 2
L = Ä…1
L > S, J = L - S = 3/2, J = L + S = 5/2
ty dublet Na
2 2 3
+ absorpcja
termy D3/2 i D5/2
589 nm (linia D)
emisja
seria ostra (sharp) nS -> 3P
seria g ówna (principal) nP -> 3S
seria rozmyta (diffuse) nD -> 3P
seria podstawowa (fundamental) nF -> 3D
Widmo w zakresie
widzialnym
15
Energia