Αληηδξάζεηο νμείδσζεο-αλαγσγήο

Αληηδξάζεηο νμείδσζεο-αλαγσγήο Αληηδξάζεηο όπνπ έρνπκε κεηαθνξά ειεθηξνλίσλ από κηα νληόηεηα ζε άιιε: Cu(s) + 2AgNO 3 (aq) Cu(NO 3 ) 2 (aq) + 2Ag(s) ή Σειηθή ηνληηθή εμίζσζε: Cu(s) + 2Ag + (aq) Cu 2+ (aq) + 2Ag(s) Αληίδξαζε ραιθνύ ζε πδαηηθό δηάιπκα ληηξηθνύ 0 +2 Αξηζκόο νμείδσζεο (ή θαηάζηαζε νμείδσζεο) αηόκνπ νξίδεηαη ην πξαγκαηηθό θνξηίν ηνπ αηόκνπ αλ ην άηνκν εκθαλίδεηαη ζηελ έλσζε σο κνλαηνκηθό ηόλ ή ην ππνζεηηθό θνξηίν πνπ απνδίδεηαη ζην άηνκν βάζεη θάπνησλ απιώλ θαλόλσλ. Αληίδξαζε νμεηδναλαγσγήο: εθείλε όπνπ ηα άηνκα αιιάδνπλ αξηζκό νμείδσζεο Αύμεζε αξηζκνύ νμείδσζεο: Ομείδσζε Διάηησζε αξηζκνύ νμείδσζεο: Αλαγσγή

Καλόλεο γηα ηελ απόδνζε αξηζκώλ νμείδσζεο

Άζθεζε 4.7 Βξείηε ηνπο αξηζκνύο νμείδσζεο ησλ αηόκσλ ζε θαζέλα από ηα αθόινπζα: (α) δηρξσκηθό θάιην, K 2 Cr 2 O 7, (β) ππεξκαγγαληθό ηόλ, MnO 4 (γ) ηεηξαϋδξηθό ηόλ ραιθνύ, [Cu(H 2 O) 4 ] 2+

αλαγσγ Πεξηγξαθή αληηδξάζεσλ νμείδσζεο-αλαγσγήο Δηδηθή ε νξνινγία γηα πεξηγξαθή αληηδξάζεσλ νμείδσζεο-αλαγσγήο: Ζκηαληίδξαζε: έλα από ηα δπό κέξε κηαο αληίδξαζεο νμεηδναλαγσγήο ηεο νπνίαο ην έλα κέξνο πεξηιακβάλεη ηελ απώιεηα ειεθηξνλίσλ από κηα νληόηεηα (νμείδσζε-αύμεζε αξηζκνύ νμείδσζεο) θαη ην άιιν ηελ απόθηεζε ειεθηξνλίσλ (αλαγσγή-ειάηησζε αξηζκνύ νμείδσζεο) Cu Cu 2+ + 2e (εκηαληίδξαζε νμείδσζεο) Ag + + e Ag (εκηαληίδξαζε Ομεηδσηηθό κέζν: αλαγσγήο) νληόηεηα πνπ νμεηδώλεη άιιε νληόηεηα ελώ ε ίδηα αλάγεηαη Αλαγσγηθό κέζν: νληόηεηα πνπ αλάγεη άιιε νληόηεηα ελώ ε ίδηα νμεηδώλεηαη νμείδσζε 0 +1 +2 0 Cu(s) + 2Ag + (aq) Cu 2+ (aq) + 2Ag(s) αλαγσγηθ ό κέζν νμεηδσηηθ ό κέζν

Κνηλέο αληηδξάζεηο νμείδσζεο-αλαγσγήο 1. Αληηδξάζεηο ζπλδπαζκνύ: όπνπ δύν νπζίεο ζπλδπάδνληαη γηα ην ζρεκαηηζκό κηαο ηξίηεο: 2Νa(s) + Cl 2 (g) 2NaCl(s) 2. Αληηδξάζεηο δηάζπαζεο: όπνπ κία θαη κόλν έλσζε αληηδξά δίλνληαο δύν ή πεξηζζόηεξεο νπζίεο: 2KClO 3 (s) Γ Mn O 2 2KCl(s) + 3O 2 (g) 3. Αληηδξάζεηο θαύζεο: όπνπ κηα νπζία αληηδξά κε νμπγόλν, ζπλήζσο ππό ηαρεία έθιπζε ζεξκόηεηαο, ηθαλήο λα παξάγεη θιόγα: 2C 4 H 10 (g) + 13O 2 (g) 8CO 2 (g) + 10H 2 O(g) ΠΡΟΟΥΖ: Δμεηάζηε ηνπο αξηζκνύο νμείδσζεο γηα επαιήζεπζε νμεηδναλαγσγήο!!!

Κνηλέο αληηδξάζεηο νμείδσζεο-αλαγσγήο 4. Αληηδξάζεηο αληηθαηάζηαζεο (απιήο): όπνπ έλα ζηνηρείν αληηδξά κε κηα έλσζε αληηθαζηζηώληαο έλα από ηα ζηνηρεία ηεο Zn(s) + 2HCl (aq) ZnCl 2 (aq) + H 2 (g) εηξά δξαζηηθόηεηαο ησλ ζπλεζέζηεξσλ κεηάιισλ Αληηδξνύλ κε νμέα παξάγνληαο Ζ 2 Γελ αληηδξνύλ κε νμέα παξάγνληαο Ζ 2 Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H 2, Cu, Hg, Ag, Au Αληηδξνύλ δσεξά κε όμηλα δηαιύκαηα θαη Αληηδξνύλ αξγά κε λεξό (πγξό) αιιά κε πδξαηκνύο αληηδξνύλ ακέζσο

Ηζνζηάζκηζε απιώλ εμηζώζεσλ νμείδσζεο-αλαγσγήο Δθαξκνγή ηεο κεζόδνπ ησλ εκηαληηδξάζεσλ ζε απιέο εμηζώζεηο νμείδσζεο-αλαγσγήο 0 +1 +2 0 Cu(s) + Ag + (aq) Cu 2+ (aq) + Ag(s) 1. Γξάθνπκε ηηο εκηαληηδξάζεηο ζε κε ηζνζηαζκηζκέλε κνξθή: Cu Cu 2+ Ag + Ag (νμείδσζε) (αλαγσγή) 2. Δμηζώλνπκε ηα θνξηία πξνζζέηνληαο ειεθηξόληα δεκηνπξγώληαο ηζνζηαζκηζκέλεο εκηαληηδξάζεηο Cu Cu 2+ + 2e (εκηαληίδξαζε νμείδσζεο) Ag + + e Ag (εκηαληίδξαζε αλαγσγήο)

3. Πνιιαπιαζηάδνπκε κε ηνπο θαηάιιεινπο αξηζκνύο (ώζηε λα απαιείθνληαη ηα ειεθηξόληα) θαη πξνζζέηνπκε ηηο δπν εκηαληηδξάζεηο: 1 x (Cu Cu 2+ + 2e ) 2 x (Ag + + e Ag) Cu + 2Ag + + 2e Cu 2+ + 2Ag + 2e 4. Καη ε ηειηθή ηζνζηαζκηζκέλε εμίζσζε νμεηδναλαγσγήο είλαη: Cu(s) + 2Ag + (aq) Cu 2+ (aq) + 2Ag(s) Άζθεζε 4.8 Να ρξεζηκνπνηήζεηε ηε κέζνδν ησλ εκηαληηδξάζεσλ γηα λα ηζνζηαζκίζεηε ηελ εμίζσζε: Ca(s) + Cl 2 (g) CaCl 2 (s)

Κβαληηθνί αξηζκνί Κβαληηθνί αξηζκνί (Κ.Α.): ηέζζεξηο δηαθνξεηηθνί αξηζκνί νη νπνίνη, ζύκθσλα κε ηελ Κβαληνκεραληθή, απαηηνύληαη γηα ηελ πεξηγξαθή θάζε e ζε έλα άηνκν. Οη ηξεηο από απηνύο (νη n, θαη m ) πξνθύπηνπλ από ηε καζεκαηηθή επίιπζε ηεο εμίζσζεο ηνπ Schrödinger. Πώο ραξαθηεξίδνληαη νη Κ.Α.; Κύξηνο θβαληηθόο αξηζκόο (n) Γεπηεξεύσλ (ή αδηκνπζηαθόο) θβαληηθόο αξηζκόο ( ) Μαγλεηηθόο θβαληηθόο αξηζκόο (m ) Κβαληηθόο αξηζκόο ηνπ spin (m s )

Πνηα είλαη ε ζεκαζία ησλ Κ.Α. Κύξηνο θβαληηθόο αξηζκόο (n) Δπηηξεπηέο ηηκέο: 1, 2, 3, Καζνξίδεη ηελ ελέξγεηα ηνπ e θαη ην κέγεζνο ηνπ ηξνρηαθνύ. Φινηόο ή ζηηβάδα: ηξνρηαθά κε ηνλ ίδην n. Γεπηεξεύσλ (ή αδηκνπζηαθόο) θβαληηθόο αξηζκόο ( ) Δπηηξεπηέο ηηκέο: 0, 1, 2, (n 1) Καζνξίδεη ην ζρήκα ηνπ ηξνρηαθνύ. (Τπνθινηόο ή ππνζηηβάδα): ηξνρηαθά κε ηνλ ίδην. Υαξαθηεξηζκόο ππνθινηώλ: ηηκή ηνπ 0, 1, 2, 3, 4, 5, ραξαθηεξηζκόο ππνθινηνύ s, p, d, f, g, h, Μαγλεηηθόο θβαληηθόο αξηζκόο (m ) Δπηηξεπηέο ηηκέο: από έσο + Καζνξίδεη ηνλ πξνζαλαηνιηζκό ηνπ ηξνρηαθνύ ζην ρώξν. Κβαληηθόο αξηζκόο ηνπ spin (m s ) Γίλεη ηνπο δύν δπλαηνύο πξνζαλαηνιηζκνύο ηνπ άμνλα απηνζηξνθήο (spin) ελόο ειεθηξνλίνπ. Δπηηξεπηέο ηηκέο: +1/2 θαη 1/2

Δπηηξεπηέο ηηκέο θβαληηθώλ αξηζκώλ θαη αηνκηθά ηξνρηαθά n Τπνθινηόο m Αξηζκόο ηξνρηαθώλ ζε έλαλ ππνθινηό πλνιηθόο αξηζκόο ηξνρηαθώλ ζε έλαλ θινηό 1 0 1s 0 1 1 2 0 2s 0 1 2 1 2p -1, 0, +1 3 4 3 0 3s 0 1 3 1 3p -1, 0, +1 3 3 2 3d -2, -1, 0, +1, +2 5 9 4 0 4s 0 1 4 1 4p -1, 0, +1 3 4 2 4d -2, -1, 0, +1, +2 5 4 3 4f -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 7 16

Άζθεζε 7.5α ρέζε κεηαμύ ησλ ηηκώλ ησλ θβαληηθώλ αξηζκώλ Δμαθξηβώζηε πνηεο από ηηο παξαθάησ ηξηάδεο θβαληηθώλ αξηζκώλ ζα ήηαλ επηηξεπηέο θαη πνηεο όρη γηα έλα ειεθηξόλην αηόκνπ. (α) n = 0, = 0, m = 0 (β) n = 1, = 1, m = 0 (γ) n = 1, = 0, m = 0 (δ) n = 2, = 1, m = 1

Άζθεζε 7.7 Δθαξκνγή ησλ θαλόλσλ γηα ηνπο θβαληηθνύο αξηζκνύο Δμεγήζηε γηαηί θαζεκηά από ηηο παξαθάησ ηεηξάδεο θβαληηθώλ αξηζκώλ δελ είλαη επηηξεπηή γηα έλα ηξνρηαθό. (α) n = 0, = 1, m = 0, m s = +1/2 (β) n = 2, = 3, m = 0, m s = 1/2 (γ) n = 3, = 2, m = +3, m s = +1/2 (δ) n = 3, = 2, m = +2, m s = 0

Σα ζρήκαηα ησλ αηνκηθώλ ηξνρηαθώλ Γηαηνκέο ηεο θαηαλνκήο ειεθηξνληθήο πηζαλόηεηαο γηα s ηξνρηαθά Πεξίγξακκα 99% Πεξίγξακκα 99% Σξνρηαθό 1s Σξνρηαθό 2s ε έλα ηξνρηαθό 1s ε θαηαλνκή ειεθηξνληθήο πηζαλόηεηα είλαη κέγηζηε θνληά ζηνλ ππξήλα. ε έλα ηξνρηαθό 2s, ε ελ ιόγσ θαηαλνκή είλαη κέγηζηε ζε έλαλ ζθαηξηθό θινηό γύξσ από ηνλ ππξήλα. Δπηπιένλ, ζην 2s ππάξρεη θαη πεξηνρή κεδεληθήο πηζαλόηεηαο (ιεπθόο θύθινο). Παξαηεξνύκε ην ζρεηηθό "κέγεζνο" ησλ ηξνρηαθώλ, ην νπνίν νξηνζεηείηαη από ηα πεξηγξάκκαηα 99%.

Γηαγξάκκαηα απνθνπήο πνπ δείρλνπλ ην ζθαηξηθό ζρήκα ησλ ηξνρηαθώλ s ηξνρηαθό 1s ηξνρηαθό 2s Σόζν από ηε κία όζν θαη από ηελ άιιε ζθαίξα, νη νπνίεο παξηζηάλνπλ ηα ηξνρηαθά 1s θαη 2s, έρεη απνθνπεί έλα ηκήκα γηα λα απνθαιπθζεί ε ειεθηξνληθή θαηαλνκή ηνπ θαζελόο ηξνρηαθνύ ζην ρώξν.

y Σα ηξνρηαθά 2p (Α) Ζιεθηξνληθή θαηαλνκή ζην ηξνρηαθό 2p x 2p x x Ζ θαηαλνκή απηή απνηειείηαη από δύν ινβνύο πξνζαλαηνιηζκέλνπο θαηά κήθνο ηνπ άμνλα x. z z z y y y x x x 2p x 2p y 2p z (Β) Πξνζαλαηνιηζκνί ησλ ηξηώλ ηξνρηαθώλ 2p Σα ζρήκαηα δίλνπλ ηε γεληθή εηθόλα θαη ηνλ πξνζαλαηνιηζκό ησλ ηξνρηαθώλ, όρη όκσο ηε ιεπηνκεξή ειεθηξνληθή θαηαλνκή πνπ δίλεη ην (Α).

z Σα πέληε ηξνρηαθά 3d z z y y y x x x d x y 2 2 z d 2 xz z d z y y d xy x Οη ραξαθηεξηζκνί xy, xz, yz ησλ d ηξνρηαθώλ ζρεηίδνληαη κε ηηο ηηκέο ηνπ θβαληηθνύ αξηζκνύ m. Σν ηξνρηαθό d z2, παξόιν πνπ δείρλεη δηαθνξεηηθό, είλαη ηζνδύλακν κε ηα ππόινηπα d ηξνρηαθά. Σα ηξνρηαθά 4d, 5d, έρνπλ παξόκνηα ζρήκαηα. d yz x

Σα επηά ηξνρηαθά 4f f 3 3 2 3 3 2 z zr 5 f x xr 5 f y 3 yr 5 3 2 f 2 2 xyz f y( x z ) f 2 2 x( z y ) f 2 2 z( x y )

Δλέξγεηα ηξνρηαθώλ (ζε κνλάδεο 10 19 J) Δλέξγεηεο ηξνρηαθώλ γηα ην άηνκν ηνπ πδξνγόλνπ 0 1 4s 4p 4d 4f 2 3 4 5 6 7 20 21 22 3s 2s 1s 3p 2p 3d Οη κηθξέο γξακκέο γηα θάζε ππνθινηό παξηζηάλνπλ ηα δηαθνξεηηθά ηξνρηαθά ηνπ ζπγθεθξηκέλνπ ππνθινηνύ. Παξαηεξνύκε όηη όια ηα ηξνρηαθά κε ηνλ ίδην θύξην θβαληηθό αξηζκό n έρνπλ ηελ ίδηα ελέξγεηα.

Άζθεζε 7.5α πζρέηηζε ραξαθηεξηζκνύ ηξνρηαθώλ κε θβαληηθνύο αξηζκνύο (α) Πώο ραξαθηεξίδεηαη ην ηξνρηαθό κε ηνπο θβαληηθνύο αξηζκνύο n = 4, = 2 θαη m = 0; (β) Πνηνη είλαη νη ηξεηο θβαληηθνί αξηζκνί πνπ αληηζηνηρνύλ ζην ηξνρηαθό 5p; (γ) Πόζα ηξνρηαθά έρνπλ ηηο ηηκέο n = 5 θαη = 2;

Σν spin ηνπ ειεθηξνλίνπ Οη θβαληηθνί αξηζκνί, n,, θαη m πεξηγξάθνπλ ην ηξνρηαθό. Ο θβαληηθόο αξηζκόο m s πεξηγξάθεη ηνλ πξνζαλαηνιηζκό ηνπ spin ηνπ ειεθηξνλίνπ. Ζ ύπαξμε ηνπ spin ηνπ ειεθηξνλίνπ δηαπηζηώζεθε ην 1921 κε ην πεξίθεκν πείξακα ησλ Otto Stern θαη Walter Gerlach.

Δλέξγεηα Πνιπειεθηξνληθά άηνκα Πώο απμάλνληαη νη ελέξγεηεο ησλ ηξνρηαθώλ ζην άηνκν Ζ; Ζ ελέξγεηα ηνπ ειεθηξνλίνπ ζην άηνκν Ζ εμαξηάηαη κόλν από ηνλ n 1s < 2s = 2p < 3s = 3p = 3d < 4s (ηξνρηαθά ενεργειακώς εκφσλισμένα) Ση ηζρύεη γηα ηα πνιπειεθηξνληθά άηνκα; Δδώ ε ελέξγεηα ελόο ειεθηξνλίνπ εμαξηάηαη όρη κόλν από ηνλ n, αιιά θαη από ηνλ δηαρσξηζκόο ησλ επηπέδσλ ελέξγεηαο ησλ ππνθινηώλ θαζελόο θινηνύ = άρση εκφσλισμού (π.ρ. 3s < 3p < 3d) 3s 2s 3p 2p 3d 4s 3s 2s 3p 2p 3d 1s Άηνκν πδξνγόλνπ 1s Πνιπειεθηξνληθό άηνκν

Γξαζηηθό ππξεληθό θνξηίν (Ζ eff ) θαη Δλέξγεηεο ηξνρηαθώλ Ση νλνκάδνπκε θαηλόκελν ζσξάθηζεο ή πξνάζπηζεο; 3+ Α 3+ Β B. Σα δύν e 1s πνπ παξεκβάιινληαη κεηαμύ ππξήλα θαη e 2s ζην άηνκν Li κεηώλνπλ αηζζεηά ηελ ειθηηθή δξάζε ηνπ ππξεληθνύ θνξηίνπ πάλσ ζην 2s e. Α. To κνλαδηθό e ηνπ Li 2+ «αηζζάλεηαη» επάλσ ηνπ όιε ηελ έιμε ηνπ θνξηίνπ +3 ηνπ ππξήλα. Σν θαζαξό ππξεληθό θνξηίν πνπ έιθεη ηειηθά έλα πξνζηαηεπκέλν ή ζσξαθηζκέλν e (όπσο ην 2s) νλνκάδεηαη δξαζηηθό ππξεληθό θνξηίν (Z eff ). Z eff = Ζ s ηαζεξά πξναζπίζεσο ή ζσξαθίζεσο

Ζιεθηξνληθέο δνκέο Ζιεθηξνληθή δνκή (ή αιιηώο ειεθηξνληθή δηάηαμε ή ειεθηξνληθή δηακόξθσζε) αηόκνπ: κηα ζπγθεθξηκέλε θαηαλνκή ησλ e ζηνπο ππνθινηνύο ησλ αηόκσλ Γηαηί πξέπεη λα γλσξίδνπκε ηηο ειεθηξνληθέο δνκέο ησλ αηόκσλ; Πνηνπο θαλόλεο πξέπεη λα γλσξίδνπκε γηα ηελ αλαγξαθή ηεο ειεθηξνληθήο δνκήο ελόο αηόκνπ; Ση ιέεη ε Αξρή ηεο ειάρηζηεο ελέξγεηαο; Ζ ζεηξά θαηάιεςεο ησλ ηξνρηαθώλ βάζεη θαζκαηνζθνπηθώλ θαη καγλεηηθώλ εξεπλώλ: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p

Μλεκνληθό δηάγξακκα γηα ηε ζεηξά δόκεζεο 7s 6s 5s 4s 3s 2s 1s 7p 6p 5p 4p 3p 2p 7d 6d 5d 4d 3d 7f 6f 5f 4f (α) Γξάθνπκε ηνπο ππνθινηνύο ζε νξηδόληηεο ζεηξέο, κε θάζε ζεηξά λα έρεη ππνθινηνύο ηνπ ίδηνπ n. (β) Μέζα ζε θάζε ζεηξά ηνπνζεηνύκε ηνπο ππνθινηνύο θαηά απμαλόκελν. (γ) Ξεθηλώληαο κε ηνλ ππνθινηό 1s, θαηαζθεπάδνπκε κηα ζεηξά δηαγσλίσλ, όπσο δείρλεη ην ζρήκα. (δ) Ζ ζεηξά δόκεζεο είλαη ε ζεηξά θαηά ηελ νπνία απηέο νη δηαγώληεο ζπλαληνύλ ηνπο ππνθινηνύο.

Ζ αξρή ηεο δνκήζεσο Ση είλαη ε αξρή ηεο δνκήζεσο; Δίλαη κηα ππνζεηηθή κέζνδνο πνπ καο βνεζά λα ηνπνζεηήζνπκε ζσζηά ηα ειεθηξόληα ελόο πνιπειεθηξνληθνύ αηόκνπ θαη λα ζρεκαηίζνπκε έηζη ηελ ειεθηξνληθή δνκή ηνπ αηόκνπ. Ζ αξρή ηεο δνκήζεσο απνηειεί ζπλδπαζκό: (α) ηεο αξρήο ηεο ειάρηζηεο ελέξγεηαο, (β)ηεο απαγνξεπηηθήο αξρήο ηνπ Pauli θαη (γ) ηνπ θαλόλα ηνπ Hund.

Ζ απαγνξεπηηθή αξρή ηνπ Pauli 1. Πνηα αξρή δηαηύπσζε ν Pauli, πξνθεηκέλνπ λα εμεγήζεη ηα θάζκαηα εθπνκπήο πνιπειεθηξνληθώλ αηόκσλ εληόο καγλεηηθνύ πεδίνπ; Γύν ειεθηξόληα ζε έλα άηνκν δελ κπνξνύλ λα έρνπλ θαη ηνπο ηέζζεξηο θβαληηθνύο αξηζκνύο ίδηνπο (Απαγνξεπηηθή αξρή ηνπ Pauli) 2. Πνηα είλαη ε ζεκαληηθόηεξε ζπλέπεηα ηεο παξαπάλσ αξρήο; Δπεηδή νη δπλαηέο ηηκέο ηνπ m s είλαη δύν (+1/2 θαη 1/2), έλα ηξνρηαθό κπνξεί λα ρσξέζεη ην πνιύ δύν ειεθηξόληα, ηα νπνία όκσο ζα πξέπεη λα έρνπλ αληίζεηα spin. 3. Πνην ζπκπέξαζκα ζπλάγεηαη, σο πξνο ηε ρσξεηηθόηεηα ησλ ππνθινηώλ κε ειεθηξόληα, από κηα ηέηνηα δηαηύπσζε; Ο κέγηζηνο αξηζκόο ησλ e πνπ κπνξεί λα ρσξέζεη έλαο ππνθινηόο είλαη δηπιάζηνο από ηνλ αξηζκό ησλ ηξνρηαθώλ πνπ δηαζέηεη Τπνθινηόο Αξηζκόο ηξνρηαθώλ Μέγηζηνο αξηζκόο ειεθηξνλίσλ s ( = 0) 1 2 p ( = 1) 3 6 d ( = 2) 5 10 f ( = 3) 7 14

Ο θαλόλαο ηνπ Hund (ή ηεο κέγηζηεο πνιιαπιόηεηαο ηνπ spin) Πνηνλ εκπεηξηθό θαλόλα δηαηύπσζε ν Hund (1927), βάζεη ηνπ νπνίνπ ιακβάλνπκε ηελ ελεξγεηαθά ρακειόηεξε δνκή ησλ ειεθηξνλίσλ ελόο ππνθινηνύ; Όηαλ ειεθηξόληα θαηαιακβάλνπλ ηξνρηαθά ηεο ίδηαο ελέξγεηαο, ζηαζεξόηεξε είλαη εθείλε ε ειεθηξνληθή δνκή πνπ δίλεη ην κέγηζην ζπλνιηθό spin. Γηα ην άηνκν C (Ζ = 6), κε δνκή ζεκειηώδνπο θαηάζηαζεο 1s 2 2s 2 2p 2, πνην δηάγξακκα εθθξάδεη ηε ζηαζεξόηεξε θαηάζηαζε ηνπ αηόκνπ C; Γηάγξακκα 1 Γηάγξακκα 2 Γηάγξακκα 3 1s 2s 2p 1s 2s 2p 1s 2s 2p

πκβνιηζκνί ειεθηξνληθώλ δνκώλ Με πνηνπο ηξόπνπο κπνξνύκε λα ζπκβνιίζνπκε ηελ ειεθηξνληθή δνκή ελόο αηόκνπ (π.ρ. ηνπ Ο); 1. πκβνιηζκόο spdf ζπκππθλσκέλνο: Ο 1s 2 2s 2 2p 4 2. πκβνιηζκόο spdf εθηελήο: Ο 1s 2 2s 2 2p x2 2p y1 2p z 1 3. πκβνιηζκόο κε δηαγξάκκαηα ηξνρηαθώλ: Άηνκν Ο 1s 2s 2p Πνηα είλαη ηα «ζπλ» θαη ηα «πιελ» ηνπ θάζε ζπκβνιηζκνύ; Πνηα ειεθηξόληα νλνκάδνπκε ζπδεπγκέλα θαη πνηα αζύδεπθηα ή κνλήξε;

Δλέξγεηα ηξνρηαθώλ (ζε κνλάδεο 10 16 J) Γλσξίδνληαο ηελ αξρή ηεο δνκήζεσο, πώο ζα ζρεκαηίζσ ηελ ειεθηξνληθή δνκή ελόο ζηνηρείνπ; 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 71 4s 3s 2s 72 1s 73 3p 2p 3d Γηάγξακκα ηξνρηαθώλ ηνπ πνιπειεθηξνληθνύ αηόκνπ ηνπ ζθαλδίνπ (Sc, Z = 21) Αξρίδνπκε κε ην Ζ (Ζ = 1) θαη ζπλερίδνπκε κε ηα επόκελα ζηνηρεία ζπκπιεξώλνληαο ζηαδηαθά ηνπο ππνθινηνύο κε e. π.ρ. Li: 1s 2 2s 1 ή [He]2s 1!!! Γεληθά: Ζ ειεθηξνληθή δνκή ελόο ζηνηρείνπ πξνθύπηεη από ηε δνκή ηνπ πξνεγνύκελνπ ζηνηρείνπ κε ηελ πξνζζήθε ελόο e ζην ακέζσο επόκελν δηαζέζηκν ηξνρηαθό.

Ζιεθηξνληθέο δνκέο ηεο ζεκειηώδνπο θαηάζηαζεο ησλ αηόκσλ κε Ζ = 1 έσο 24 Ε ηνηρείν Ζιεθηξνληθή Ε ηνηρείν Ζιεθηξνληθή δνκή δνκή 1 H 1s 1 11 Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 2 He 1s 2 12 Mg 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3 Li 1s 2 2s 1 13 Al 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 4 Be 1s 2 2s 2 14 Si 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 5 Li 1s 2 2s 2 2p 1 15 P 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 6 C 1s 2 2s 2 2p 2 16 S 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 7 N 1s 2 2s 2 2p 3 17 Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 8 O 1s 2 2s 2 2p 4 18 Ar 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 9 F 1s 2 2s 2 2p 5 19 Κ 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 10 Ne 1s 2 2s 2 2p 6 20 Ca 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 21 Sc 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 1 4s 2 22 Ti 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 2 4s 2 23 V 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 3 4s 2 24 Cr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1

Άζθεζε 8.1 Δθαξκνγή ηεο απαγνξεπηηθήο αξρήο ηνπ Pauli Κνηηάμηε ηα παξαθάησ δηαγξάκκαηα ηξνρηαθώλ θαη ηηο ειεθηξνληθέο δνκέο. Πνηα από απηά είλαη επηηξεπηά θαη πνηα όρη, ζύκθσλα κε ηελ απαγνξεπηηθή αξρή ηνπ Pauli; Δμεγήζηε. (α) 1s 2s 2p (δ) 1s 2 2s 2 2p 4 (β) 1s 2s 2p (ε) 1s 2 2s 4 2p 2 (γ) 1s 2s 2p (ζη) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 10 3d 10

Ζιεθηξνληθέο δνκέο θαη πεξηνδηθό ζύζηεκα Πώο ζρεηίδνληαη νη ειεθηξνληθέο δνκέο ησλ ζηνηρείσλ κε ηε ζέζε ησλ ζηνηρείσλ ζηνλ πεξηνδηθό πίλαθα; Βόξην ( 5 Β) 1s 2 2s 2 2p 1 ή [He]2s 2 2p 1 Αξγίιην ( 13 Αl) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 ή [Ne]3s 2 3p 1 Γάιιην ( 31 Ga) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 1 ή [Ar]3d 10 4s 2 4p 1 Κνξκόο επγελνύο αεξίνπ: [He], [Ne], [Ar], Κνξκόο ςεπδνεπγελνύο αεξίνπ: [Ar]3d 10 Ζιεθηξόληα ζζέλνπο: (όια ηα ειεθηξόληα εθηόο θνξκώλ) Γνκέο θινηώλ ζζέλνπο: (νη δνκέο ησλ ειεθηξνλίσλ ζζέλνπο) Δμαηξέζεηο ηεο αξρήο ηεο δνκήζεσο: ( 24 Cr: [Ar] 3d 4 4s 2 [Ar] 3d 5 4s 1 ) θαη ( 29 Cu: [Ar]3d 9 4s 2 [Ar]3d 10 4s 1 )

1s Αλαγξαθή ειεθηξνληθώλ δνκώλ κε ρξεζηκνπνίεζε ηνπ πεξηνδηθνύ πίλαθα 2s 3s 4s 5s 6s 7s 3d 4d 5d 6d 2p 3p 4p 5p 6p 1s Έλαο πεξηνδηθόο πίλαθαο πνπ δηαζαθελίδεη ηε ζεηξά δόκεζεο ησλ ππνθινηώλ Οη έγρξσκεο πεξηνρέο ζηνηρείσλ δείρλνπλ ηνπο δηαθνξεηηθνύο ππνθινηνύο πνπ ζπκπιεξώλνληαη γηα ηα ζηνηρεία απηά. 4f 5f

Πεξίνδνο ηνηρεία θύξησλ νκάδσλ ζπκπιεξώλεηαη ν ππνθινηόο s Αηνκηθόο αξηζκόο ύκβνιν Γνκή θινηνύ ζζέλνπο ηνηρεία θύξησλ νκάδσλ ζπκπιεξώλεηαη ν ππνθινηόο p Μεηαβαηηθά κέηαιια ζπκπιεξώλεηαη ν ππνθινηόο d Δζσηεξηθά κεηαβαηηθά κέηαιια ζπκπιεξώλεηαη ν ππνθινηόο f * Λαλζαλίδηα **Αθηηλίδηα