Ατομική και ηλεκτρονιακή δομή των στερεών

Σχετικά έγγραφα
Εισαγωγή σε προχωρημένες μεθόδους υπολογισμού στην Επιστήμη των Υλικών

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Σύγxρονη Φυσική II. Μοριακή Δομή Ι Διδάσκων : Επίκ. Καθ. Μ. Μπενής

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΚΑ ΥΛΙΚΑ. Ενότητα 1: ΑΤΟΜΑ ΚΑΙ ΔΕΣΜΟΙ ΛΙΤΣΑΡΔΑΚΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΤΗΜΜΥ

Εισαγωγή σε προχωρημένες μεθόδους υπολογισμού στην Επιστήμη των Υλικών

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Σύγxρονη Φυσική II. Το άτομο του Υδρογόνου Διδάσκων : Επίκ. Καθ. Μ. Μπενής

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Υλικά Ηλεκτρονικής & Διατάξεις

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ & ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ

Κεφάλαιο 2 Χημικοί Δεσμοί

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Σύγxρονη Φυσική II. Ατομική Δομή ΙΙΙ Διδάσκων : Επίκ. Καθ. Μ. Μπενής

Διάλεξη 7: Μοριακή Δομή

Τίτλος Μαθήματος: Βασικές Έννοιες Φυσικής. Ενότητα: Στερεά. Διδάσκων: Καθηγητής Κ. Κώτσης. Τμήμα: Παιδαγωγικό, Δημοτικής Εκπαίδευσης

ΑΤΟΜΙΚΑ ΤΟΜΙΚΑ ΠΡΟΤΥΠΑ

Κεφάλαιο 1 Χημικός δεσμός

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Σύγxρονη Φυσική II. Κεντρικά Δυναμικά Διδάσκων : Επίκ. Καθ. Μ. Μπενής

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

Ατομική και ηλεκτρονιακή δομή των στερεών

ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ 1

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Σύγxρονη Φυσική II. Ατομική Δομή ΙΙ Διδάσκων : Επίκ. Καθ. Μ. Μπενής

κυματικής συνάρτησης (Ψ) κυματική συνάρτηση

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

Περιοδικό Σύστημα Ιστορική Εξέλιξη

1 η ΕΝΟΤΗΤΑ ΔΟΜΙΚΑ ΥΛΙΚΑ (ΕΙΣΑΓΩΓΗ)

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΧΗΜΕΙΑ Α ΛΥΚΕΙΟΥ

Κβαντικοί αριθμοί τρεις κβαντικοί αριθμοί

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ I Ασκήσεις

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Κβαντική Θεωρία ΙΙ. Σωμάτιο σε Ηλεκτρομαγνητικό Πεδίο Διδάσκων: Καθ. Λέανδρος Περιβολαρόπουλος

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Κβαντική Θεωρία ΙΙ. Κεντρικά Δυναμικά Διδάσκων: Καθ. Λέανδρος Περιβολαρόπουλος

Φυσική ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑ. Ενότητα 2: Κρυσταλλική Δομή των Μετάλλων. Γρηγόρης Ν. Χαϊδεμενόπουλος Πολυτεχνική Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών

ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Ενότητα:

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών. Χημεία. Ενότητα 5: Ιοντικός δεσμός. Τόλης Ευάγγελος

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Σύγxρονη Φυσική II. Κβαντομηχανική σε τρεις διαστάσεις Διδάσκων : Επίκ. Καθ. Μ.

Ανόργανη Χημεία. Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ενότητα 5 η : Ομοιοπολικοί δεσμοί & μοριακή δομή. Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής

Ανόργανη Χημεία. Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ενότητα 4 η : Ιοντικοί Δεσμοί Χημεία Κύριων Ομάδων. Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

Μαγνητικά Υλικά Υπεραγωγοί

Δρ. Ιωάννης Καλαμαράς, Διδάκτωρ Χημικός. 100 Ερωτήσεις τύπου Σωστού Λάθους Στο τέλος οι απαντήσεις

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑΚΗ ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΑΤΟΜΩΝ Η ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ IV. ΟΙ ΚΒΑΝΤΙΚΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ ΚΑΙ ΤΑ ΤΡΟΧΙΑΚΑ

Ca. Να μεταφέρετε στην κόλλα σας συμπληρωμένο τον παρακάτω πίνακα που αναφέρεται στο άτομο του ασβεστίου: ΣΤΙΒΑΔΕΣ νετρόνια K L M N Ca 2

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Κβαντική Θεωρία ΙΙ. Συστήματα Πολλών Σωματίων Διδάσκων: Καθ. Λέανδρος Περιβολαρόπουλος

ΟΡΥΚΤΟΛΟΓΙΑ ΤΟΜΕΑΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΕΤΑΛΛΕΙΩΝ - ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΩΝ ΜΑΘΗΜΑ 2. ΟΡΥΚΤΑ - ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Κβαντική Θεωρία ΙΙ. Θεωρία Διαταραχών Διδάσκων: Καθ. Λέανδρος Περιβολαρόπουλος

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

Spin του πυρήνα Μαγνητική διπολική ροπή Ηλεκτρική τετραπολική ροπή. Τάσος Λιόλιος Μάθημα Πυρηνικής Φυσικής

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Κβαντική Θεωρία ΙΙ. Πρόσθεση Στροφορμών Διδάσκων: Καθ. Λέανδρος Περιβολαρόπουλος

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Κβαντική Θεωρία ΙΙ. Εφαρμογές Θεωρίας Διαταραχών Διδάσκων: Καθ. Λέανδρος Περιβολαρόπουλος

Εξαιρέσεις στις ηλεκτρονιακές διαμορφώσεις

ΧΗΜΙΚΟΙ ΔΕΣΜΟΙ. Να δίδουν τον ορισμό του χημικού δεσμού. Να γνωρίζουν τα είδη των δεσμών. Να εξηγούν το σχηματισμό του ιοντικού ομοιοπολικού δεσμού.

Κατανομή μετάλλων και αμετάλλων στον Π.Π.

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών. Χημεία. Ενότητα 8: Η θεωρία δεσμού σθένους. Τόλης Ευάγγελος

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών. Χημεία. Ενότητα 3: Ηλεκτρονική διαμόρφωση των ατόμων

ηλεκτρόνια που αποβάλλονται από τα 2 άτομα του Na τα παίρνει το S και γίνεται S 2-.

Ατομική και Μοριακή Φυσική

ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΟΔΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΑΤΟΜΙΚΗ ΑΚΤΙΝΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΙΟΝΤΙΣΜΟΥ

Διάλεξη 3: Το άτομο του Υδρογόνου. Αναζητούμε λύσεις της χρονοανεξάρτητης εξίσωσης Schrödinger για το κεντρικό δυναμικό

Μεταλλικός δεσμός - Κρυσταλλικές δομές Ασκήσεις

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ I Ασκήσεις

Ατομική και ηλεκτρονιακή δομή των στερεών

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

ΥΛΙΚΑ ΠΑΡΟΝ ΚΑΙ ΜΕΛΛΟΝ

Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ανόργανη Χημεία. Ενότητα 8 η : Υγρά, Στερεά & Αλλαγή Φάσεων. Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής.

Μοριακή δομή. Απλοϊκή εικόνα του μορίου του νερού. Ηλεκτρονιακοί τύποι κατά Lewis. Δημόκριτος π.χ.

ΙΟΝΤΙΚΟΣ ΚΑΙ ΟΜΟΙΟΠΟΛΙΚΟΣ ΔΕΣΜΟΣ ΙΟΝΤΙΚΟΣ Ή ΕΤΕΡΟΠΟΛΙΚΟΣ ΔΕΣΜΟΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Σύγxρονη Φυσική II. Στατιστική Φυσική Διδάσκων : Επίκ. Καθ. Μ. Μπενής

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Κβαντική Θεωρία ΙΙ. Spin Διδάσκων: Καθ. Λέανδρος Περιβολαρόπουλος

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΧΗΜΕΙΑ A ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: 1 ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: Μαρίνος Ιωάννου, Σταυρούλα Γκιτάκου

H περιοδικότητα των ιδιοτήτων των ατόμων των στοιχείων-iοντικός Δεσμός. Εισαγωγική Χημεία

Κεφάλαιο 39 Κβαντική Μηχανική Ατόμων

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

Η Ψ = Ε Ψ. Ψ = f(x, y, z, t, λ)

ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΚΑ Υλικα. Θεωρητικη αναλυση

ΘΕΩΡΙΑ ΔΕΣΜΟΥ ΣΘΕΝΟΥΣ ΘΕΩΡΙΑ ΜΟΡΙΑΚΩΝ ΤΡΟΧΙΑΚΩΝ

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

Μαγνητικά Υλικά Υπεραγωγοί

Στοιχεία Φυσικής Ημιαγωγών (ΕΤΥ481)

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

ΘΕΜΑ 1 ο 1. Πόσα ηλεκτρόνια στη θεµελιώδη κατάσταση του στοιχείου 18 Ar έχουν. 2. Ο µέγιστος αριθµός των ηλεκτρονίων που είναι δυνατόν να υπάρχουν

Καταστάσεις της ύλης. Αέρια: Παντελής απουσία τάξεως. Τα µόρια βρίσκονται σε συνεχή τυχαία κίνηση σε σχεδόν κενό χώρο.

Αναπληρωτής Καθηγητής Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων και Έργων Τέχνης Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής - ΣΑΕΤ

Εργαστήριο Υλικών ΙΙ (Κεραμικά & Σύνθετα Υλικά)

ΥΛΙΚΑ ΠΑΡΟΝ ΚΑΙ ΜΕΛΛΟΝ

ΧΗΜΕΙΑ Ι Ενότητα 10: Χημικός Δεσμός

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Κβαντική Θεωρία ΙΙ. Σκέδαση Διδάσκων: Καθ. Λέανδρος Περιβολαρόπουλος

Θεωρία Μοριακών Τροχιακών (ΜΟ)

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Θερμοδυναμική. Θερμική διαστολή (εφαρμογές)- Επιφανειακή τάση. Διδάσκων : Καθηγητής Γ.

Κύριος κβαντικός αριθμός (n)

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΥΛΙΚΩΝ ΜΑΘΗΜΑ 1 Ο ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΥΛΙΚΩΝ. Δρ. M.Χανιάς Αν.Καθηγητής Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών ΤΕ, ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης

Διάλεξη 6: Ατομική Δομή Συμμετρία Εναλλαγής

Δρ. Ιωάννης Καλαμαράς, Διδάκτωρ Χημικός. Όλα τα Θέματα της Τράπεζας στη Χημεία που σχετίζονται με το Χημικό Δεσμό

Το άτομο του Υδρογόνου- Υδρογονοειδή άτομα

John Bardeen, William Schockley, Walter Bratain, Bell Labs τρανζίστορ σημειακής επαφής Γερμανίου, Bell Labs

Πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια. πρωτόνιο 1 (1,67X10-24 g) +1 νετρόνιο 1 0 1,6X10-19 Cb ηλεκτρόνιο 1/1836 (9X10-28 g) -1

1.12 Ηλεκτρονιακά κύματα και χημικοί δεσμοί

1o Kριτήριο Αξιολόγησης

Από τι αποτελείται το Φως (1873)

1.12 Ηλεκτρονιακά κύματα και χημικοί δεσμοί

ΗΜΙΑΓΩΓΑ ΥΛΙΚΑ: ΘΕΩΡΙΑ-ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ

5. Να βρείτε τον ατομικό αριθμό του 2ου μέλους της ομάδας των αλογόνων και να γράψετε την ηλεκτρονιακή δομή του.

Σχ. 1: Τυπική μορφή μοριακού δυναμικού.

Transcript:

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Ατομική και ηλεκτρονιακή δομή των στερεών Εισαγωγή Διδάσκων : Επίκουρη Καθηγήτρια Χριστίνα Λέκκα

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Common. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς.

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΥΛΙΚΩΝ Εισαγωγή Ατομική και ηλεκτρονιακή δομή των στερεών Χ.Ε. Λέκκα Επίκουρος Καθηγήτρια cml.material.uoi.gr/lekka

Κεφάλαιο Ατομική και ηλεκτρονιακή δομή των στερεών ασχολείται με τις ιδιότητες των στερεών Γιατί υπάρχουν τα στερεά ; (δεσμοί μεταξύ των ατόμων) Ποια είναι η δομή τους ; (Κρύσταλλοι, άμορφα συσσωματώματα) Ποια είναι η συμπεριφορά τους ; (ηλεκτρικές, μαγνητικές, οπτικές και μηχανικές ιδιότητες)

Ατομική και ηλεκτρονιακή δομή των στερεών Κεφάλαιο Αφετηρία Αντικείμενο και Μεθοδολογία (Πώς γίνεται η μελέτη ;) Τέρμα Άτομα Ιόντα Ηλεκτρόνια Δυνάμεις Μικροκοπικές κινήσεις Μακροκοπικές κινήσεις Στερεά σώματα ΗΜ ΚΜ ΣΜ ηλεκτρομαγνητισμός κβαντομηχανική Στατιστική μηχανική 3 Li 3

Κεφάλαιο Ηλεκτρομαγνητισμός Κβαντομηχανική Κύματα Μηχανική Ατομική και ηλεκτρονιακή δομή των στερεών Θεωρία ελαστικότητας Θερμοδυναμική Στατιστική Μηχανική 4

Επανάληψη σε βασικά σημεία της Κβαντομηχανικής 5

Βασικά σημεία Κβαντομηχανική Η στάσιμη εξίσωση του Schrödinger Κεφάλαιο Η χρόνο-ανεξάρτητη εξίσωση του Schrödinger είναι: H,, E,, εξίσωση ιδιοτιμών οι τιμές των Ε και ψ της εξίσωσης ιδιοτιμών εξαρτώνται από το ατομικό σύστημα και ιδιαίτερα από την επιλογή του δυναμικού V(,,) Το τελικό ζητούμενο είναι η εύρεση των ιδιοτιμών Ε και ιδιοσυναρτήσεων ψ της Χαμιλτονιανής Η H m V ( r) 6

Βασικά σημεία Κβαντομηχανικής Το άτομο του υδρογόνου Κεφάλαιο Για άτομα και μόρια (ή ιόντα) με ένα ηλεκτρόνιο οι ψ των τροχιακών είναι ίδιες με τις ολικές Ψ των ηλεκτρονίων Μ, e + Για τέτοια συστήματα η εξίσωση του Schrödinger λύνεται ακριβώς m, e - 7

Κβαντομηχανική Το άτομο του υδρογόνου Κεφάλαιο Η λύση της εξίσωσης Schrödinger είναι της μορφής : Ακτινικό μέρος Γωνιακό μέρος Σφαιρικές αρμονικές ( r,, ) R ( r) Y (, ) n m n m n : κύριος κβαντικός αριθμός, n=,, 3, περιγράφει την ενεργειακή κατάσταση του e - l : κβαντικός αριθμός γωνιακής στροφορμής, l=0,,,, n-, περιγράφει πόσο γρήγορα κινείται το e - στο τροχιακό του (angular momentum) και σχετίζεται με το σχήμα του τροχιακού. m: μαγνητικός κβαντικός αριθμός, m=0, +, +,, περιγράφει την κατεύθυνση του στο χώρο Περιοριστική συνθήκη κβαντικών αριθμών: m < l < n- Οι καταστάσεις που αντιστοιχούν στις τιμές l=0,,,3, συμβολίζονται με,, d,. 8

Κβαντομηχανική ( r,, ) R ( r) Y (, ) n m n m Το άτομο του υδρογόνου Κεφάλαιο Οι σφαιρικές αρμονικές συναρτήσεις δίδουν το ανισοτροπικό χαρακτήρα της Ψ (εφόσον η R(r) είναι σφαιρικά συμμετρική) περιγράφουν τη γωνιακή συμπεριφορά της Ψ(r,θ,φ) είναι κανονικοποιημένες και μπορούμε να πούμε ότι καθορίζουν το σχήμα των τροχιακών. Μερικές από τις πρώτες σφαιρικές αρμονικές : Y0,0 l,m 4 Y,0 3 co 4 Η Υ 00 που αντιστοιχεί στα τροχιακά (l=0 και m=0) είναι σφαιρικά συμμετρική και σταθερή Tα τροχιακά (n=, l= και m=0,+) περιγράφονται με γραμμικό συνδυασμό τους π.χ. (~Y, +Y,- )~inθcoφ~/r Σφαιρικές πολικές συντεταγμένες =rinθcoφ, =rinθinφ, =rcoθ Y, e 3 i 8 in + 9

Κβαντομηχανική Το άτομο του υδρογόνου Κεφάλαιο Ατομικά τροχιακά Πυκνότητα πιθανότητας εύρεσης e - Μικρή πιθανότητα Μεγάλη πιθανότητα 0

Ατομική δομή των κρυστάλλων Κεφάλαιο. Χτίζοντας τους κρυστάλλους από άτομα. Άτομα με συμπληρωμένους εξωτερικούς φλοιούς. Άτομα με εξωτερικά ηλεκτρόνια τύπου 3. Άτομα με εξωτερικά ηλεκτρόνια τύπου και 4. Άτομα με εξωτερικά ηλεκτρόνια τύπου και d 5. Άτομα με εξωτερικά ηλεκτρόνια τύπου, d και f 6. Στερεά με δύο είδη ατόμων 7. Δεσμοί Υδρογόνου 8. Στερεά που αποτελούνται από πολλά είδη ατόμων. Είδη δεσμών

Χτίζοντας τους κρυστάλλους από άτομα Κεφάλαιο 3 Μελέτη της δομής των κρυστάλλων με βάση τη συμπεριφορά και τις ιδιότητες των ατόμων που τους αποτελούν Li

Χτίζοντας τους κρυστάλλους από άτομα Κεφάλαιο Μπορούμε να διαχωρίσουμε τις κατηγορίες ανάλογα με τη φύση των ηλεκτρονίων η συμμετοχή των οποίων είναι καθοριστική για τη δημιουργία του στερεού. 3 Li 4 5 6 7 N 8 9 F e C O electro negativit Τα ηλεκτρόνια της εξωτερικής στοιβάδας (σθένους) αλληλεπιδρούν με τα ηλεκτρόνια των γειτονικών ατόμων ενώ τα υπόλοιπα είναι στενά συνδεδεμένα με το πυρήνα: γι αυτό δίνουμε κυρίως σημασία στη συμπεριφορά και τις ιδιότητες των e - σθένους 3

Χτίζοντας τους κρυστάλλους από άτομα Κεφάλαιο Ο αριθμός των e - σθένους ενός ουδέτερου ατόμου είναι ίσος με τον αριθμό της ομάδας του ατόμου. 3 4 5 6 7 4

Van der Wall δεσμός Κεφάλαιο Άτομα με συμπληρωμένους εξωτερικούς φλοιούς He, Ne, r, Kr, Xe Στην αέρια κατάσταση : χημικά αδρανή Τα e- σθένους είναι ουσιαστικά εσωτερικά e- Μικρή πολωσιμότητα της ηλεκτρονιακής Ψ Ασθενής αλληλεπίδραση Τα άτομα συμπεριφέρονται σα «σκληρές σφαίρες» που έλκονται με ασθενείς δυνάμεις Για να «καταφέρουν» να σχηματίσουν στερεό χρειάζονται όσο το δυνατό περισσότερους γείτονες μεγιστοποιώντας έτσι τη συνοχή.. γείτονες fcc hc 4 γείτονες διαμαντιού ( fcc), wurtite ( hc) 5

Μεταλλικός δεσμός Άτομα με εξωτερικά e - τύπου Κεφάλαιο : Li, Na, K, Rb, C : e, Mg, Ca, Sr, a Οι καταστάσεις έχουν σφαιρική συμμετρία: οι κυματοσυναρτήσεις Ψ δεν έχουν προτίμηση στη διεύθυνση (orientation) ως προς τους κοντινούς γείτονες Οι Ψ επεκτείνονται μακρύτερα του πυρήνα: Ισχυρή συνεισφορά-επικάλυψη (overlaing) όλων των ελεύθερων e - (κοινή για όλα τα άτομα στο στερεό) σχηματίζοντας μια θάλασσα (νέφος) αρνητικού φορτίου στην οποία είναι βυθισμένα τα ιόντα. Τελική δομή εκείνη που ελαχιστοποιεί την ηλεκτροστατική άπωση των θετικά φορτισμένων φορτίων με την έλξη της θάλασσας των ηλεκτρονίων : bcc (8 γείτονες) : fcc, hc ( γείτονες) 6

Ομοιοπολικός / Μεταλλικός δεσμός Άτομα με εξωτερικά e - τύπου και Κεφάλαιο, C, N, O, l, Si, P Σφαιρικά συμμετρική Προεξάρχουσα διεύθυνση (προσανατολισμό) Ο συνδυασμός των και καταστάσεων αυτών των ατόμων μπορεί να οδηγήσει σε νέες προσανατολισμένες καταστάσεις. 7

Άτομα με εξωτερικά e- τύπου και Ο συνδυασμός των και καταστάσεων αυτών των ατόμων μπορεί να οδηγήσει σε νέες καταστάσεις με προεξάρχουσα διεύθυνση. Κεφάλαιο + - και τροχιακό τροχιακό + - Η επικάλυψη των νέων καταστάσεων (+ ) με τις γειτονικές ιδίου τύπου Ψ μπορούν να οδηγήσουν σε νέους τρόπους σύνδεσης των ατόμων για το σχηματισμό μιας νέας σταθερής κρυσταλλικής δομής επικάλυψη... χωρίς επικάλυψη 8

9 Άτομα με εξωτερικά e- τύπου και Για ένα άτομο Α με καταστάσεις οι οποίες είναι ορθοκανονικές, θεωρούμε το γραμμικό τους συνδυασμό ( )και κατασκευάζουμε έτσι μια νέα ορθοκανονική βάση των ατομικών τροχιακών : 3 3 6 3 6 3 3 4 φ φ 3 φ 4 φ Θεωρούμε ένα δεύτερο όμοιο άτομο Β, με τις αντίστοιχες καταστάσεις των γραμμικών συνδυασμών 3 3 6 3 6 3 3 4 Τα τροχιακά φ, φ, φ 3, φ 4 βρίσκονται και αυτά κατά μήκος τριών διευθύνσεων στο επίπεδο σχηματίζοντας 0 ο γωνία μεταξύ τους, αλλά είναι στραμμένα κατά 80 ο ως προς εκείνα του ατόμου Α π/3 π/3 hbrid orbital angle 0 Κεφάλαιο

Άτομα με εξωτερικά e- τύπου και άτομo άτομο Β Κεφάλαιο Τοποθετούμενα τα άτομα Α και Β κατά τη διεύθυνση σε απόσταση α την οποία επιλέγουμε έτσι ώστε να υπάρχει επικάλυψη των τροχιακών φ Α και φ Β. Σχηματίζουμε ένα γραμμικό συνδυασμό των τροχιακών: + και τροχιακό χ τροχιακό + - φ Α 3 3 φ Β άτομo 3 3 άτομo φ Β Ψ b επικάλυψη. άτομo Α φ Α b ( ) ( ) μεγιστοποιεί την επικάλυψη ελαχιστοποιεί την επικάλυψη (κόμβος) Συμμετρικός γραμμικός συνδυασμός των τροχιακών Αντισυμμετρικός γραμμικός συνδυασμός των τροχιακών 0 δέσμια κατάσταση αντιδέσμια κατάσταση a

Άτομα με εξωτερικά e- τύπου και Κεφάλαιο Η ακριβής ενέργεια των δεσμικών και αντιδεσμικών καταστάσεων εξαρτώνται από την επικάλυψη των τροχιακών φ Α και φ Β των ίδιων ατόμων Α και Β. 4 4 3 4 3 b 4 3 Άτομο Β b b b 3 Άτομο Α Ομοιοπολικός σ δεσμός hbrid orbital angle 0

Άτομα με εξωτερικά e- τύπου και «Χτίζοντας» το εξάγωνο του γραφίτη Κεφάλαιο

Άτομα με εξωτερικά e- τύπου και Κεφάλαιο Επαναλαμβάνουμε τη διαδικασία παίρνοντας ένα δεύτερο άτομο Α τα τροχιακά του οποίου είναι γραμμικοί συνδυασμοί με το Α και το τοποθετούμε σε απόσταση α κατά μήκους της διεύθυνσης 3, (ίδια απόσταση μεταξύ των Α και Β). Εξαιτίας της επιλογής των τροχιακών τα φ Α και φ Β είναι αντιδιαμετρικά. Έτσι μπορούμε με βάση αυτά να σχηματίσουμε συμμετρικούς και αντισυμμετρικούς συνδυασμούς. Μπορούμε να καλύψουμε το συμμετρικό (που έχει χαμηλότερη ενέργεια) με δύο ηλεκτρόνια και να δημιουργήσουμε ένα δεύτερο δεσμό σ ανάμεσα στα άτομα Β και Α. 3 Στη συνέχεια επαναλαμβάνουμε τη διαδικασία με ένα τρίτο άτομο Α στην διεύθυνση σχηματίζοντας τρίτο δεσμό σ ανάμεσα στα Β και Α (καταλήγοντας πάλι σε συμμετρικούς και αντισυμμετρικούς γραμμικούς συνδυασμούς των τροχιακών φ Α 3 και φ Β 3 ). Άτομο Α σ σ σ Άτομο Α '' Άτομο παρατηρούμε ότι οι τρεις του γείτονες Α, Α και Α του ατόμου Β είναι ισοδύναμοι, οπότε θα μπορούσαμε να θεωρήσουμε τα μεταξύ τους διανύσματα ως τα επαναλαμβανόμενα διανύσματα τα οποία θα δώσουν τα ισοδύναμα άτομα ενός κρυστάλλου Δομή γραφίτη -> μια από τις πιο σταθερές δομές ' Άτομο Α 3

Άτομα με εξωτερικά e- τύπου και Τι συμβαίνει με τα τροχιακά ; π δεσμός Κεφάλαιο Εάν κάθε άτομο είχε τρία ελεύθερα ηλεκτρόνια, τότε τα τροχιακά αυτά θα ήταν μη κατειλημμένα μιας έχουν μεγαλύτερη ενέργεια από τα τροχιακά τα οποία είναι γραμμικοί συνδυασμοί των και τροχιακών (σημειώνεται ότι τα έχουν χαμηλότερη ενέργεια από τα ). Τα «περισσευούμενα» αυτά ηλεκτρόνια των ατόμων π.χ. του C( ) παραμένουν στα τροχιακά. Συμμετρικοί και αντισυμμετρικοί συνδυασμοί των γειτονικών και τροχιακών μπορούν να σχηματιστούν, η ενέργεια των οποίων είναι χαμηλότερη στη πρώτη περίπτωση. Στη περίπτωση αυτή η επικάλυψη μεταξύ γειτονικών τροχιακών είναι σημαντικά μικρότερη και το αντίστοιχο κέρδος στην ενέργεια είναι αξιοσημείωτο σε σχέση με στις σ δεσμούς. Ο δεσμός αυτός ονομάζεται π δεσμός και είναι ασθενέστερος από τον σ δεσμό. Α + Β = Α Β Μικρή επικάλυψη + = Δεν υπάρχει επικάλυψη 4

5 Άτομα με εξωτερικά e- τύπου και Θα μπορούσε κανείς να θεωρήσει έναν διαφορετικό τρόπο για το σχηματισμό των δεσμών ανάμεσα στα άτομα C. Έστω ο ακόλουθος γραμμικός συνδυασμός των και ατομικών τροχιακών του ατόμου Α: 3 4 Οι νέες καταστάσεις είναι συνδυασμός στις και τριών τροχιακών και ονομάζονται 3 τροχιακά. Τα τροχιακά αυτά βρίσκονται κατά μήκος της διεύθυνσης που ορίζεται από το κέντρο προς τις γωνίες του κανονικού τετραέδρου και σχηματίζουν γωνία 09.5 ο 3 4 άτομο Β άτομο Α 4 3 4 3 4 3 b b b b 4 3 Δομή διαμαντιού 3 Άτομο Α Άτομο Β Κεφάλαιο

Άτομα με εξωτερικά e- τύπου και Δομή διαμαντιού Μπορούμε τώρα να φανταστούμε ότι τοποθετούμε άτομα Β, Β, Β, Β στις γωνίες του τετραέδρου με τα οποία θεωρούμε γραμμικούς συνδυασμούς των και ατομικών τροχιακών παρόμοιων με του ατόμου Α. Με βάση αυτά τα τροχιακά μπορούμε να σχηματίσουμε μια συμμετρική και αντισυμμετρική κατάσταση, δημιουργώντας τέσσερις σ δεσμούς γύρω από κάθε άτομο Α (αντίστοιχα Si και Ge). Κεφάλαιο Άτομο Β Άτομο Α Άτομο Β Άτομο Β Άτομο Β 3 6

Κεφάλαιο 3 hbrid orbital angle 09.5 Organic Chemitr: www.inc.unb.edu/cla/che4/ 7

Μεταλλικός δεσμός Άτομα με εξωτερικά e - τύπου και d Κεφάλαιο Κυρίως άτομα από τις στήλες VII, VIII, I Mn, Ni, Cu Σφαιρικά συμμετρική d r r ~ d ~, d ~, d ~ d ~ r 3 r προσανατολισμό όπως και τα τροχιακά r 8 r 3 r

Άτομα με εξωτερικά e- τύπου και d Κεφάλαιο Δύσκολο να φτιάξουμε γραμμικούς συνδυασμούς των d με τα τροχιακά στις τρεις διαστάσεις για να δώσουν σ δεσμούς Τα d ελεύθερα τροχιακά μπορούν να κάνουν ισχυρούς δεσμούς με τα τροχιακά άλλων ατόμων Έτσι τα στοιχεία με και d ελεύθερα τροχιακά σχηματίζουν στερεά στα οποία τα ηλεκτρόνια μοιράζονται ανάμεσα στα άτομα του πλέγματος όπως τα στοιχεία με ή ελεύθερα ηλεκτρόνια, κρυσταλλώνονται λοιπόν κυρίως σε fcc, hc και bcc. Εξαίρεση το Μn (πολύπλοκη δομή στο κυβικό πλέγμα) και το Hg (ρομβοεδρική δομή) fcc hc bcc 9

Μεταλλικός δεσμός Άτομα με εξωτερικά e - τύπου, d και f Κεφάλαιο Στη κατηγορία αυτή ανήκουν οι λανθανίδες (ατομικός αριθμός 58-7) και οι ακτινίδες (ατομικός αριθμός 90 και πάνω). Τα f τροχιακά έχουν κατευθυντικό χαρακτήρα ο οποίος είναι πολύ πιο πολύπλοκος από τα ή τα d τροχιακά. Τα στερεά που σχηματίζονται από τα στοιχεία είναι συνήθως κλειστής συμμετρίας δομές όπως fcc και hc με μερικές εξαιρέσεις (Sm ρομβοεδρικό, Eu bcc). Είναι μεταλλικά με υψηλή ατομική πυκνότητα. Παρόλα αυτά μεγαλύτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν δομές που προκύπτουν από το συνδυασμό των στοιχείων αυτών με άλλα στοιχεία του περιοδικού πίνακα. 30

Ιοντικός ή ετεροπολικός δεσμός Στερεά με δύο είδη ατόμων Κεφάλαιο Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι τα στερεά που συνθέτονται από άτομα της πρώτης στήλης ΙΑ και της έβδομης VΙΙΑ στήλης. Αυτά τα στερεά ονομάζονται αλκάλια. Άτομο από στήλη ΙΑ e - e - + e - e - e - e - e - Άτομο από στήλη VIΙΑ e - Προσφορά e - Θετικά φορτισμένο ιόν e - e - + - e - e - e - e - e - e - Αρνητικά φορτισμένο ιόν Από τις πιο γνωστές δομές : NaCl ZnS 3

Δεσμοί Υδρογόνου Κεφάλαιο Το υδρογόνο Η αποτελεί μια πολύ ενδιαφέρουσα περίπτωση μιας και δεν έχει εσωτερικά ηλεκτρόνια. Η αλληλεπίδραση του μοναδική γιατί εάν μοιραστεί το ένα του ηλεκτρόνιο, αυτό που απομένει είναι ένα πρωτόνιο παρά ένας πυρήνας με εσωτερικά ηλεκτρόνια. Το πρωτόνιο είναι ένα ιόν πολύ μικρότερο (0-5 m) από τα άλλα χαρακτηριστικά ιόντα (Å) και επειδή η μάζα του είναι επίσης πολύ μικρή υφίσταται σημαντικές τοπικές κινήσεις (ero-oint motion) για το λόγο αυτό είναι απαραίτητη η περιγραφή του χρησιμοποιώντας κβαντομηχανική. Χαρακτηριστικό του Η είναι ο ισχυρός δεσμός του ηλεκτρονίου με το πυρήνα (ενέργεια ιονισμού 3.6eV) ενώ αντίστοιχες ενέργειες άλλων ελεύθερων ηλεκτρονίων είναι -ev. Εξαιτίας αυτού του χαρακτηριστικού το Η σχηματίζει ένα ειδικό δεσμό ο οποίος ονομάζεται «δεσμός υδρογόνου». 3

Δεσμοί Υδρογόνου Ενέργεια Κεφάλαιο H.. H Ενέργεια δεσμού H H (απόσταση ανάμεσα στα άτομα H) 33

Κεφάλαιο Είδη δεσμών ) Van der Wall δεσμός, ο οποίος σχηματίζεται από άτομα που δεν έχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια (ευγενή αέρια), είναι ασθενής δεσμός έτσι τα στερεά που δημιουργούνται δεν είναι ιδιαίτερα σταθερά. ) Μεταλλικός δεσμός, ο οποίος σχηματίζεται όταν τα ηλεκτρόνια «μοιράζονται» σε ολόκληρο το στερεό, δημιουργώντας μια θάλασσα αρνητικού φορτίου. Τα στερεά αυτά είναι τα συνήθη μέταλλα. 3) Ομοιοπολικός δεσμός σχηματίζεται όταν τα τροχιακά των ηλεκτρόνιων έχουν αυστηρά καθορισμένη διεύθυνση και αποτελούν γραμμικούς συνδυασμούς των αρχικών ατομικών τροχιακών, έχοντας σημαντική επικάλυψη με τα ίδια τροχιακά των γειτονικών ατόμων. Τα στερεά αυτά είναι κυρίως ημιαγωγοί και μονωτές. 4) Ιοντικός δεσμός, δημιουργείται όταν δύο είδη ατόμων συνδυάζονται: το ένα δίδει τα ελεύθερα του ηλεκτρόνια και γίνεται θετικά φορτισμένο ιόν και το άλλο παίρνει ηλεκτρόνια από τα άλλα άτομα και γίνεται αρνητικά φορτισμένο ιόν. Συνδυασμός τέτοιων στοιχείων αποτελούν οι ομάδες I-VII, II-VI, και III-V. Στη πρώτη περίπτωση ο δεσμός είναι καθαρά ιοντικός και στις υπόλοιπες υπάρχει ένας βαθμός ομοιοπολικού δεσμού. 5) Δεσμός Υδρογόνου, ο οποίο σχηματίζεται όταν υπάρχει Η, λόγω τις έλλειψης εσωτερικών ηλεκτρονίων, της μικρής μάζας του ηλεκτρονίου και της υψηλής ενέργεια ιονισμού. 34

Τέλος Ενότητας

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

Σημειώματα

Σημείωμα Ιστορικού Εκδόσεων Έργου Το παρόν έργο αποτελεί την έκδοση.0. Έχουν προηγηθεί οι κάτωθι εκδόσεις: Έκδοση.0 διαθέσιμη εδώ. htt://ecoure.uoi.gr/coure/view.h?id=0.

Σημείωμα Αναφοράς Coright Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων, Διδάσκων : Επίκουρη Καθηγήτρια Χριστίνα Λέκκα. «Ατομική και ηλεκτρονιακή δομή των στερεών. Εισαγωγή». Έκδοση:.0. Ιωάννινα 04. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: htt://ecoure.uoi.gr/coure/view.h?id=0.

Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Common Αναφορά Δημιουργού - Παρόμοια Διανομή, Διεθνής Έκδοση 4.0 [] ή μεταγενέστερη. [] htt://creativecommon.org/licene/b-a/4.0/.