INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 ·...
Transcript of INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 ·...
![Page 1: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/1.jpg)
16.12.2018 1
INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA
Wykład X
![Page 2: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/2.jpg)
16.12.2018 2
Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a)
Zasada nieoznaczoności Heisenberga
Mechanika kwantowa opiera się na dwóch prawach
Gęstość prawdopodobieństwa znalezienia elektronu: Kwadrat amplitudy fali de
Broglie’a ll2
p
hλ
p·xh/(4)
![Page 3: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/3.jpg)
16.12.2018 3
Liczby kwantowe
Funkcję falową elektronu,, opisującą rozkład prawdopodobieństwa napotkania elektronu
w jakimkolwiek atomie nazywamy:
ORBITALEM ATOMOWYM
Zaczynamy od atomu wodoru:
Funkcja falowa (r,,f) zależy od trzech parametrów liczbowych n, l, m, co zanotujemy jako nlm(r,,f)
Parametry te zwane liczbami kwantowymi muszą spełniać pewne warunki aby funkcja falowa miała sens:
n= 1,2,3…………
l=0,1,2…………(n-1)
-l, -(l-1),......,l-1,l
Główna liczba kantowa
Orbitalna liczba kwantowa
Magnetyczna liczba kwantowa
![Page 4: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/4.jpg)
16.12.2018 4
Warunki jakie muszą być spełnione aby rozwiązania równania Schrödingera (w części radialnej i kątowej) były funkcjami porządnymi:
1. Energia całkowita elektronu może przyjmować tylko wartości:
2. Moment pędu elektronu może przyjmować tylko wartości:
3. Moment pędu może mieć tylko określone orientacje w przestrzeni; składowa „zetowa” Mz (w kierunku osi z) przyjmować może tylko wartości
O liczbach kwantowych cd
222
o
4
e
n
const
nh2ε
eπmE
h1)l(lM
hmMz
•ciągła,•jednoznaczna,•znikająca w nieskończoności
Kiedy funkcja jest porządna?
2π
hh n=1,2,3…
Główna liczba kwantowa
l=0,1,2…(n-1)
Poboczna liczba kwantowa
m: -l, -(l-1)…0…(l-1), l
Magnetyczna liczba kwantowa
![Page 5: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/5.jpg)
16.12.2018 5
Orbitale atomu wodoru-część radialna
liczba maksimów części radialnej orbitalu wynosi zawsze n-lwysokość maksimów rośnie z r
Prawdopodobieństwo znalezienia elektronu w odległości od jądra zawartej pomiędzy r a r+dr (tj. pomiędzy dwiema współśrodkowymi kulami o promieniach r i r+dr): P=r2R2dr
nlm (r,,f) = Rnl(r)·Ylm(,f)
a0; promień Bohra
Stan podstawowy
Promień Bohra
Radialna gęstość prawdopodobieństwa napotkania elektronu P=r2R2
2s
1s
3s
2p
3p
3d
![Page 6: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/6.jpg)
16.12.2018 6
Orbitale atomu wodoru-część kątowa
nlm(r,,f) = Rnl (r)·Ylm(,f)
1s 2s 3s
![Page 7: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/7.jpg)
16.12.2018 7
Orbitale atomu wodoru (typu p) -część kątowa
![Page 8: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/8.jpg)
16.12.2018 8
Orbitale atomu wodoru (typu d)-część kątowa
![Page 9: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/9.jpg)
16.12.2018 9
Spin elektronu i nowa liczba kwantowa
W rzeczywistości okazało się, że każdy dozwolony poziomenergetyczny dla elektronu w atomie wodoru jestrozszczepiony na dwa leżące blisko siebie poziomy.
George Uhlenbeck i Samuel Goudsmit (w 1926r) stwierdzili, że elektron posiada własne pole magnetyczne zachowując się jak elementarny magnes.
Elektron (proton, neutron) posiada SPIN
Istnienie spinu zostało wykryte w doświadczeniu Sterna-Gerlacha (1921)
Pole
magnetyczne
Pole
magnetyczne
Wiązka
atomów AgŹródło
atomów Ag
![Page 10: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/10.jpg)
16.12.2018 10
Energia całkowita Ec w równaniu Schrödingera
to
Magnetyczna spinowa liczba kwantowa ms przyjmuje dwie wartości: +1/2, -1/2
Spinorbital - funkcja falowa która zależy od czterech parametrów n, l, m, ms.
ΨEΨH c
Ec = Ekin + Epot
Energia kinetyczna związana z ruchem elektronu
Energia potencjalna związana z energią oddziaływań elektrostatycznych i magnetycznych
![Page 11: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/11.jpg)
ORBITALE i SPINOORBITALE ’
Jednemu ORBITALOWI odpowiadają dwa SPINOORBITALE (ms=1/2)
Funkcja spinowa nie zawiera współrzędnych r,,f zatemnie ma wpływu na symetrię rozkładu prawdopodobieństwanapotkania elektronu w przestrzeni wokół jądra atomu
Funkcja spinowa (s) wnosi tylko ok. 1% poprawkę dowartości liczbowych prawdopodobieństwa napotkaniaelektronu
O rozkładzie prawdopodobieństwa napotkania elektronuw przestrzeni wokół jądra atomu decyduje postaćorbitalu atomowego
16.12.2018 11
‘nlms (r,,f) = nlm (r,,f) (s)
SPINOORBITALORBITAL FUNKCJA SPINOWA
![Page 12: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/12.jpg)
16.12.2018 12
Orbitale w atomie wieloelektronowym
W tym przypadku układ, dla którego ma być rozwiązane równanie falowe jest skomplikowany:
• Energia potencjalna elektronu - oddziaływanie elektronu z jądrem atomowym oraz oddziaływanie z wszystkimi innymi elektronami
• Energia kinetyczna – wynika wyłącznie z ruchu elektronów (jadro jest nieruchome)
Liczba oddziaływań rośnie wraz ze wzrostem liczby elektronów:
Z=1 1
Z=3 6
Z=10 55
Z=50 275
Z-liczba atomowa
Można napisać równanie Schrödingera dla atomu wieloelektronowego ale nie można go rozwiązać.
![Page 13: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/13.jpg)
16.12.2018 13
Przybliżenie jednoelektronowe
Każdemu elektronowi w rozpatrywanym układzie wieloelektronowym przyporządkowuje się funkcję falową, tzw. jednoelektronową zwaną spinorbitalem.
Funkcja ta zależy tylko od współrzędnych przestrzennych i od spinu jednego elektronu poruszającego się w polu elektrostatycznym wywołanym przez dodatni ładunek jądra i uśredniony ujemny ładunek pochodzący od pozostałych elektronów.
![Page 14: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/14.jpg)
16.12.2018 14
Przybliżenie jednoelektronowe cd
Energia atomu jest sumą energii elektronów
Funkcja falowa całego atomu jest iloczynem wszystkich "jednoelektronowych" funkcji falowych
Dla atomu wodoru o energii elektronu decyduje tylko główna liczba kwantowa n, natomiast w przypadku atomu wieloelektronowego energia elektronu zależy również od pobocznej liczby kwantowej l
![Page 15: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/15.jpg)
16.12.2018 15
Atom wodoru a atom wieloelektronowy
W atomie wodoru podpowłoki o takiej samej wartości głównej liczby kwantowej n mają taką samą energię
W atomie wieloektronowym poziom elektronowy rozszczepia się na l (odpowiadających danej liczbie n) poziomów blisko położonych siebie.
![Page 16: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/16.jpg)
16.12.2018 16
Kolejność zapełniania orbitali
EN
ER
GIA
Powłoki Podpowłoki
![Page 17: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/17.jpg)
16.12.2018 17
Kolejność zapełniania orbitali
![Page 18: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/18.jpg)
16.12.2018 18
Orbitale w atomie wieloelektronowym
Stan każdego elektronu w atomie określa się w oparciu o znajomość 4 liczb (bo spin jest stały) - n, l, m i ms.
Liczby te określają energię elektronu i jego jednoelektronowy orbital
W stanie podstawowym atomu jego energia jest minimalna, czyli wszystkie elektrony mają minimalne (najniższe z możliwych) energie,
Wszystkie orbitale, o takiej samej głównej liczbie kwantowej n tworzą powłokę elektronową, a orbitale o takiej samej wartości liczb n i l - podpowłokę elektronową.
![Page 19: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/19.jpg)
16.12.2018 19
Dla atomu helu Z=2
1s2
1s
Struktura elektronowa atomu-zapis
Dwa sposoby zapisywania konfiguracji
Dla atomu helu Z=2
1s2Liczba elektronów
Wartość n Wartość l
Strzałki wskazują na spin elektronuPierwszy elektron opisany jest poprzez:
n=1, l=0, m=0, ms=+1/2
Drugi elektron opisany jest poprzez:
n=1, l=0, m=0, ms=-1/2
![Page 20: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/20.jpg)
16.12.2018 20
Reguły zapełniania powłok elektronowych
1. W stanie podstawowym poziomy energetyczne są obsadzane według wzrastającej energii
2. W danym atomie nie mogą występować dwa elektrony opisywane przez identyczną czwórkę liczb n, l, m, ms (ZAKAZ PAULIEGO)
3. Wypadkowy spin elektronowy w atomie przyjmuje maksymalną wartość (REGUŁA HUNDA)-
Atom w stanie podstawowym przyjmuje konfigurację o największej liczbie niesparownych elektronów
![Page 21: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/21.jpg)
16.12.2018 21
Lit, Li, Z=3 1s22s1
1s
2s
3s
3p
2p
Beryl,Be, Z=4 1s22s2
Bor, B, Z=5 1s22s22p1
1s
2s
3s
3p
2p
Konfiguracja elektronowa pierwiastków
![Page 22: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/22.jpg)
16.12.2018 22
Węgiel, C, Z=6 1s22s22p2
Azot, N, Z=7 1s22s22p3
1s
2s
3s
3p
2p
1s
2s
3s
3p
2p
A dlaczego nie tak?
Konfiguracja węgla jest przykładem stosowania reguły Hunda
Konfiguracja elektronowa pierwiastków
![Page 23: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/23.jpg)
16.12.2018 23
Tlen, O, Z=8 1s22s22p4
1s
2s
3s
3p
2p
Fluor, F, Z=9 1s22s22p5
Neon, Ne, Z=10 1s22s22p6
1s
2s
3s
3p
2p
1s
2s
3s
3p
2p
Uwaga:2-ga powłoka została zapełniona
Konfiguracja elektronowa pierwiastków
![Page 24: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/24.jpg)
Im wyższa jest energia elektronów, tym bardziej maksimum prawdopodobieństwa ich napotkania oddala się od jadra
Elektrony w atomie dzielimy na dwie grupy:
16.12.2018 24
Ne: 1s2 2s22p6
Rdzeń atomowy
Elektrony walencyjne
Konfiguracja elektronowa pierwiastków
![Page 25: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/25.jpg)
16.12.2018 25
Konfiguracja elektronowa pierwiastków
Dla neonu orbitale n=1 i n=2 są całkowicie zapełnione (10e’) Ne: 1s22s22p6
• elektrony rdzenia - elektrony wewnętrznychpoziomów kwantowych w atomie
• elektrony walencyjne - elektrony powłoki zewnętrznej atomów pierwiastków grup głównych (W atomach pierwiastków bloków d i f są to również elektrony odpowiednich powłok d oraz d i f).
• Elektrony walencyjne podczas reakcji chemicznej biorą udział w tworzeniu wiązań chemicznych. Mają najwyższą energię i są słabo związane z atomem. Mają wpływ na właściwości chemiczne pierwiastków
![Page 26: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/26.jpg)
16.12.2018 26
Konfiguracja elektronowa pierwiastkówZapis skrócony Na: 1s22s22p63s1
Następny pierwiastek Na ma 11 elektronów: pierwszych 10 e’ zajmuje powłoki 1s, 2s i 2p odpowiednio, 11-ty e’ musi zająć miejsce na powłoce n=3, 3s
Na: 1s22s22p63s1 ( Ile jest elektronów walencyjnych?)
Konfiguracja dla Na: 1s22s22p63s1 czyli skrótowo [Ne]3s1
Jedynie konfigurację elektronową gazów szlachetnych można zastosować do skróconego zapisu (wybieramy bezpośrednio poprzedzający gaz szlachetny)
Ne Elektrony rdzenia
![Page 27: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/27.jpg)
16.12.2018 28
Konfiguracja elektronowa jonów
Tworzenie kationu: usunięcie 1e’ (lub więcej e’) z podpowłoki o najwyższym n (lub najwyższym n+l)
P [Ne] 3s2 3p3 - 3e- P3+ [Ne] 3s2 3p0
1s
2s
3s
3p
2p
1s
2s
3s
3p
2p
![Page 28: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/28.jpg)
16.12.2018 29
Konfiguracja elektronowa jonów (2)
Jony metali przejściowych:
usuwamy elektrony z powłoki ns a następnie elektrony z powłoki (n-1)d
Fe [Ar] 4s2 3d6 oddaje 2 e’ Fe2+ [Ar] 4s0 3d6
4s3d 3d
4s
Fe Fe2+
3d4s
Fe3+E4s ~ E3d – dokładna energia orbitali zależy od całej konfiguracji
![Page 29: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/29.jpg)
Struktura atomu ATOM=jądro + elektron Ładunek: elektron (-), prototon (+), (1.6∙10-19 C)
neutron (elektrycznie obojętny) Masa: elektrony – 9.11 x 10-31 kg
protonyneutrony
Liczba atomowa Z# protonów=# elektronów w obojętnym atomie Liczba masowa Aliczba nukleonów (protonów i neutronów)w jądrze atomu (nuklidzie) danego izotopu danego pierwiastka Masa atomowa
Atomowa jednostka masy= 1/12 masy 12C
} 1.67 x 10-27
kg
![Page 30: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/30.jpg)
16.12.2018 31
Układ okresowy pierwiastków
Układ okresowy pierwiastków - zestawienie wszystkichpierwiastków chemicznych według ich rosnącej liczbyatomowej, grupujące pierwiastki według ich cykliczniepowtarzających się podobieństw
Liczba atomowa Z: liczba protonów w jądrze danegoatomu.
Liczba masowa A: liczbę nukleonów (czyli protonów ineutronów) w jądrze atomu ( nuklidzie) danego izotopudanego pierwiastka X.
Z faktu, że liczba atomowa określa liczbę protonówwystępujących w jądrze atomu oraz liczbę elektronówatomu w stanie obojętnym (która ma decydujący wpływna ich własności chemiczne) wynika prawo okresowościMendelejewa- właściwości pierwiastków sąperiodycznie zależne od ich mas atomowych
XA
ZO16
8
![Page 31: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/31.jpg)
16.12.2018 32
Układ okresowy (2)
![Page 32: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/32.jpg)
16.12.2018 33
Konfiguracje elektronowe pierwiastków (cd)
Blok elektronów s
Blok elektronów p
Blok elektronów d
Blok elektronów f
Numer okresu:Liczba całkowicie lub częściowo zapełnionych powłok elektronowychNumer grupy:Konfiguracja elektronowa ostatniej powłoki (powłoki walencyjnej)
s1 s2 p1 p2 p3 p4 p5 p6
d1-d10
f1-f14
![Page 33: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/33.jpg)
16.12.2018 34
Anomalne konfiguracje elektronowe
Okres Z Pierwia-stek
konfiguracja
4 24 Cr [Ar]4s13d5
4 29 Cu [Ar]4s13d10
5 41 Nb [Kr]5s13d4
5 42 Mo [Kr]5s13d5
5 44 Ru [Kr]5s13d7
5 45 Rh Kr]5s13d8
5 46 Pd [Kr]4d10
5 47 Ag [Kr]5s13d10
6 57 La [Xe]6s25d1
6 58 Ce [Xe]6s24f15d1
6 64 Gd [Xe]6s24f75d1
6 67 Pt [Xe]6s24f145d9
Wanad V:
1s22s2p63s2p6d3 4s2
Chrom Cr:
powinno być 1s22s2p63s2p6d44s2
a jest
1s22s2p63s2p6d54s1
![Page 34: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/34.jpg)
16.12.2018 35
„Trendy” układu okresowego
Wiele zmian w własnościach fizycznych
i chemicznych można wyjaśnić w oparciu o konfigurację elektronową atomów:
promień atomowy
promień jonowy
energia jonizacji
powinowactwo elektronowe
![Page 35: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/35.jpg)
16.12.2018 36
Promień atomowy
W poszczególnych okresach największy promień atomowy wykazują pierwiastki I grupy. Ze wzrostem liczby atomowej Z w danym okresie promień atomowy maleje a w ramach grupy rośnie
•Im większy ładunek jadra tym silniejsze przyciąganie elektronów wszystkich powłok przy tej samej ilości powłok•Wzrost ilości powłok decyduje o wzroście promienia atomowego
![Page 36: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/36.jpg)
16.12.2018 37
Promienie jonowe
Promień jonowy - to odległość najbardziej oddalonych elektronów od jadra atomu w przypadku jonów utworzonych z jednego atomu, lub też od geometrycznego centrum jonów złożonych z większej liczby atomów
Kationy:
•Promienie jonowe anionów są większe niż atom od którego pochodzą. •Im większy ładunek ujemny posiada dany anion, tym jego promień jest większy.•Oddziaływanie elektron/proton maleje to promień jonu rośnie
+
Li, 152 pm
3e’, 3p
Li+, 60 pm
2e’, 3p
•Promienie jonowe kationów są mniejsze od promieni atomu od którego pochodzą. •Im większy ładunek dodatni ma kation, tym jego promień jest mniejszy•Oddziaływanie elektron/proton rośnie to promień jonu maleje
Aniony:
-
F, 64 pm
9e’, 9p
F-, 136 pm
10e’, 9p
![Page 37: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/37.jpg)
16.12.2018 38
Promienie jonowe cd
ANIONYKATIONY
Takie same trendy w jak w promieniach atomowych
(59 pm)
(207 pm)
Promienie jonowe
![Page 38: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/38.jpg)
16.12.2018 39
Energia jonizacji i elektroujemność
Dlaczego metale „oddają” elektrony w reakcjach?
Dlaczego magnez tworzy jony Mg2+ a nie Mg3+?
Dlaczego niemetale „pobierają” elektrony?
…….związane z energią jonizacji i elektroujemnością
![Page 39: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/39.jpg)
16.12.2018 40
Energia jonizacji
Mg(g) atom [Ne]2s2
Mg(g) Mg+(g) + e- + 735 kJ [Ne]2s1
Mg+(g) Mg2+
(g) + e- + 1451 kJ [Ne]2s0
Mg2+(g) Mg3+
(g) + e- + 7733 kJ [He]2s22p5
Mg
Mg3+
Mg2+
Mg+
•„Koszt energetyczny” jest bardzo wysoki w przypadku usuwania elektronów z wewnętrznych powłok
•Stopień utlenienia = numer grupy-10
Energia jonizacji-energia potrzebna do usunięcia elektronu z atomu pierwiastka
![Page 40: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/40.jpg)
16.12.2018 41
Energia jonizacji
O energii jonizacji (przede wszystkim) decyduje:odległość tego elektronu od jadra:im mniejsza odległość elektronu od jadra tym większa energia potrzebna do jego usunięcia (przy innych czynnikach bez zmian)efektywny ładunek jądra - to efektywny ładunek elektronu, "odczuwany" przez jądro - wynikający z jego nominalnego ładunku e oraz całkowitego ładunku wszystkich elektronów w atomie, który ekranuje działanie jądra na elektrony walencyjne
2ef
r
ZeF
r - to odległość między elektronami walencyjnymi (tj. znajdującymi się na najbardziej zewnętrznej powłoce w atomie) a jądrem atomu
e·Zef- efektywny ładunek jądra
![Page 41: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/41.jpg)
16.12.2018 42
Energia jonizacji cd.
W poszczególnych okresach najniższe wartości pierwszej energii jonizacji występują dla pierwiastków o największym promieniu atomowym
W obrębie poszczególnych grup układu okresowego następuje spadek energii jonizacji ze wzrostem liczby atomowej
Ponieważ promień atomowy (jonowy) rośnie, zdolność redukcji generalnie rośnie w ramach grupy (np. Li, Na, K)
![Page 42: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/42.jpg)
16.12.2018 43
Elektroujemność
Elektroujemność jest to miara tendencji do przyciągania elektronów w wiązaniu (Mullikan 1935)
E ~ I + Pe
I - pierwsza energia jonizacjiPe - powinowactwo elektronowe
Względna skala elektroujemności pozwala określić, który z atomów tworzących wiązanie będzie silniej przyciągać wspólne elektrony
Wszystkie skale opierają się na własnościach pierwiastków, a przede wszystkim własnościach tworzonych przez nie wiązań:
Najbardziej znane skale:- Mullikana- Paulinga- Alfreda - Rochowa- Görlicha ...
![Page 43: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/43.jpg)
16.12.2018 44
Elektroujemność,
Elektroujemność jest to zdolność atomu do przyciągania elektronu.
Elektroujemność wzrasta w okresach od metali do niemetali. Wzrost ten jest najsilniejszy wśród grup głównych.
W grupach głównych elektroujemność obniża się przy przejściu od pierwiastków lżejszych do cięższych
Różnice pomiędzy elektroujemnością pierwiastków mają wpływ na rodzaj wiązania pomiędzy nimi…
Ale o tym będziemy mówić przy okazji wiązań
![Page 44: INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA Wykład Xhome.agh.edu.pl/~radecka/doc/IB_wykX_18.pdf · 2018-12-15 · Wykład X. 16.12.2018 2 Dualizm korpuskularno-falowy (de Broglie’a) Zasada nieoznaczoności](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042613/5fa517b2ce04176e4537d293/html5/thumbnails/44.jpg)
16.12.2018 45
Układ okresowy a własności związków chemicznych
W głównych grupach metale stają się bardziej reaktywne jeżeli „idziemy w dół”
Reaktywność niemetali wzrasta jeżeli „idziemy w górę”
Metale przejściowe stają się mniej reaktywne jeżeli „idziemy w dół”
Energia jonizacji
Elektroujemność
Ele
ktr
ouje
mność
Energ
ia joniz
acji
Pro
mie
ń a
tom
ow
y
Promień atomowy