Η δοµή του ατόµου. Ηλεκτρονική δόµηση. Από τον Δ ηµόκριτο µέχρι το σύγχρονο κβαντικό άτοµο. W. Heisenberg. E. Schrödinger W. Pauli. N. Bohr. M.

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Η δοµή του ατόµου. Ηλεκτρονική δόµηση. Από τον Δ ηµόκριτο µέχρι το σύγχρονο κβαντικό άτοµο. W. Heisenberg. E. Schrödinger W. Pauli. N. Bohr. M."

Ήλιόδωρος Μιχαηλίδης
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Η δοµή του ατόµου Ηλεκτρονική δόµηση E. Schrödinger W. Pauli W. Heisenberg N. Bohr M. Planck Από τον Δ ηµόκριτο µέχρι το σύγχρονο κβαντικό άτοµο 1

2 Αρχές ηλεκτρονικής δόµησης Η ηλεκτρονική δόµηση βασίζεται σε τρεις αρχές. Απαγορευτική αρχή του Pauli Αρχή ελάχιστης ενέργειας. Κανόνας του Hund. 2

3 Απαγορευτική αρχή του Pauli Στο ίδιο άτοµο δεν µπορούν υπάρξουν ηλεκτρόνια µε ίδιους και τους τέσσερις κβαντικούς αριθµούς. Στο ίδιο τροχιακό µπορεί να υπάρχουν µόνο δύο ηλεκτρόνια µε αντιπαράλληλα spin. H απαγορευτική αρχή του Pauli καθορίζει ένα µέγιστο αριθµός ηλεκτρονίων σε κάθε τροχιακό, υποστιβάδα και στιβάδα. 3

4 Δ υνατοί διαφορετικοί συνδυασµοί κβαντικών αριθµών n, l, m l και m s n l m l m s τροχιακά 1s 2s 2p y 2p z 2p x 3s 3p y 3p z 3p x 3d 3d 3d 3d 3d υποστιβάδες 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 στιβάδες Κ 2 L 8 M 18 Υπόµνηµα -, + 4

5 Ο µέγιστος αριθµός ηλεκτρονίων (ανά τροχιακό, υποστιβάδα και στιβάδα). Σε κάθε τροχιακό: Σε υποστιβάδα: s 2 p 6 d 10 f 14 ηλεκτρόνια ανά υποστιβάδα Σε στιβάδα: K 2 L 8 M 18 N 32 ηλεκτρόνια ανά στιβάδα

6 Αρχή ελάχιστης ενέργειας. (κανόνας δόµησης aufbau) Στη θεµελιώδη (σταθερότερη δυνατή) κατάσταση του ατόµου τα ηλεκτρόνια τοποθετούνται µε τέτοια σειρά ώστε να συµπληρώνονται πρώτα τα τροχιακά που έχουν την µικρότερη ενέργεια. Όσο µικρότερο είναι το άθροισµα (n+l) τόσο µικρότερη είναι η ενεργειακή στάθµη του τροχιακού. Αν δύο τροχιακά έχουν το ίδιο (n+l), τότε µικρότερη ενεργειακή στάθµη έχει το τροχιακό µε το µικρότερο 1ο κβαντικό αριθµό (n). Τα τροχιακά στην ίδια υποστιβάδα έχουν την ίδια ένέργεια (εκφυλισµένα τροχιακά) 6

7 Παράδειγµα κατάταξης τροχιακών µε αύξουσα ενέργεια 2s n+l=2+0=2 3p n+l=3+1=4 4s n+l=4+0=4 3d n+l=3+2=5 Άρα για τα τροχιακά αυτά η σειρά αυξανόµενης ενέργειας είναι: 2s < 3p < 4s < 3d 7

8 Διαγράµµατα αυξανόµενης ενέργειας τροχιακών Σειρά πλήρωσης τροχιακών: 1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s,4f,5d,6p,7s,5f,6d,7p,8s,5g,6f,... 8

9 E Διαγράµµατα αυξανόµενης ενέργειας τροχιακών. 4s 4p 3d 3s 3p 2s 1s 2p 1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s,4f,5d,6p,7s,5f,6d,7p,8s,5g,6f,... 9

10 Παραδείγµατα ηλεκτρονικής δόµησης (κατά αύξουσα ενέργεια υποστιβάδας) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10 6p 6 Ne (Z=10) 1s 2 2s 2 2p 6 Al (Z=13) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 [Νe]3s 2 3p 1 Fe (Z=26) [Ne] 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 [Ar] [Ar] 4s 2 3d 6 10

11 1 η παρατήρηση στην ενέργεια των τροχιακών. Στο άτοµο του υδρογόνου η ενέργεια εξαρτάται µόνο από τον 1ο κβαντικό αριθµό n. Έτσι τα τροχιακά της ίδιας στιβάδας του υδρογόνου έχουν την ίδια ενέργεια (εκφυλισµένα) και δεν διαφοροποιούνται ενεργειακά όπως τα τροχιακά των πολυηλεκτρονικών ατόµων. άτοµο Η (z=1) άτοµο Νa (Z=11) ενέργεια 11

12 2 η παρατήρηση στην ενέργεια των τροχιακών. Από τους κανόνες δόµησης είδαµε ότι το ns τροχιακό έχει µικρότερη ενέργεια από τα (n-1)d τροχιακά και γι αυτό συµπληρώνεται πρώτα το ns και µετά τα (n-1)d. Όταν όµως τοποθετούνται τα ηλεκτρόνια στα (n-1)d τροχιακά, αυτά αποκτούν µικρότερη ενέργεια από τα ηλεκτρόνια στο ns. (n-1)d ns ns Τα εσωτερικά ηλεκτρόνια (n-1)d εξασκούν απωστικές δυνάµεις στα εξωτερικά ns µε αποτέλεσµα τα ns ηλεκτρόνια να αυξάνουν την ενέργειά τους. (n-1)d 12

13 3 η παρατήρηση στην ηλεκτρονική δόµηση. Σύµφωνα µε την προηγούµενη (2 η ) παρατήρηση είναι δυνατόν να γράφουµε της ηλεκτρονικές διαµορφώσεις µε δύο τρόπους: π.χ. Fe (Z=26) Με αύξουσα ενέργεια τροχιακών 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 Με αύξουσα ενέργεια ηλεκτρονίων 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 % Πρέπει να είµαστε προσεκτικοί όταν µας ζητείται µία ηλεκτρονική διαµόρφωση και πάντα να γίνεται διευκρίνιση για την διαµόρφωση που γράφουµε. % Καλό είναι να γράφουµε την ηλεκτρονική διαµόρφωση µε αύξουσα ενέργεια ηλεκτρονίων γιατί διευκολύνει στην διαµόρφωση των κατιόντων: π.χ. για τον Fe 2+ γράφουµε: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 ενώ για τον Fe 3+ γράφουµε: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 13

14 4 η παρατήρηση στην ενέργεια των τροχιακών. Η σταθερότητα συµπληρωµένων και ηµισυµπληρωµένων υποστιβάδων Την αρχή της µεγίστης σταθερότητας των συµπληρωµένων και ηµισυµπληρωµένων υποστιβάδων σύµφωνα µε την οποία αυξηµένη σταθερότητα επιδεικνύουν οι συµπληρωµένες και ηµισυµπληρωµένες υποστιβάδες. Cr: [Ar]3d 5 4s 1 και όχι [Ar]3d 4 4s 2 Cu: [Ar]3d 10 4s 1 και όχι [Ar]3d 9 4s 2 14

15 Κανόνας του Hund. Τα ηλεκτρόνια της ίδιας υποστιβάδας, τοποθετούνται σε τροχιακά έτσι ώστε να έχουν κατά προτίµηση παράλληλα spin. Τα ηλεκτρόνια της ίδιας υποστιβάδας τοποθετούνται σε τροχιακά έτσι ώστε να έχουν το µέγιστο συνολικό spin. π. χ. στο άτοµο του οξυγόνου µε δοµή 1s 2, 2s 2, 2p 4, τα 4 ηλεκτρόνια στην υποστιβάδα (2p) έχουν δυνατότητα να έχουν δύο διαµορφώσεις: 2p 2 2p 2 x y 2p z 2p 1 2p 2 x y 2p z 1 λάθος διαµόρφωση. σωστή διαµόρφωση. 15

Σχετικά έγγραφα

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑΚΗ ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΑΤΟΜΩΝ Η ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ V. ΑΡΧΕΣ ΔΟΜΗΣΗΣ ΤΩΝ ΠΟΛΥΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑΚΩΝ ΑΤΟΜΩΝ

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑΚΗ ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΑΤΟΜΩΝ Η ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ V. ΑΡΧΕΣ ΔΟΜΗΣΗΣ ΤΩΝ ΠΟΛΥΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑΚΩΝ ΑΤΟΜΩΝ Ν. ΜΠΕΚΙΑΡΗΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στο άτομο του υδρογόνου, το μοναδικό ηλεκτρόνιο τοποθετείται στο τροχιακό 1s. Στην περίπτωση