Print W16 konfiguracja

Układ okresowy

Przewidywania teorii kwantowej

Chemia kwantowa - podsumowanie

Cząstka w pudle

Atom wodoru

e

T

H

ˆ

=

ˆ

H

ˆ

=

T

ˆ

e

+

V

ˆ

e

−

j

Cząstka w pudle

Atom wodoru

Funkcja falowa

Energia

Liczby kwantowe

L

x

n

L

x

n

π

sin

2

)

(

2 1

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

=

Ψ

2 2 2

8 mL

h

n

E

=

2 4 2 2 2

2

h

me

n

Z

E

=

−

π

( ) ( ) ( )

φ

ϕ

θ

γ

ψ

_{n ,}

_,

_l

_m

= r

R

⋅

⋅

n

n

,

l

,

m

,

m

s

rozwiązanie

Cząstka w pudle

Atom wodoru

Funkcja falowa

L

x

n

L

x

n

π

sin

2

)

(

2 1

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

=

Ψ

ψ

n ,

,

l

m

= r

R

( ) ( ) ( )

⋅

φ

ϕ

⋅

θ

γ

orbitale

07_105 Nodes Node 1s 2s 3s (a)

Chemia kwantowa - podsumowanie

Cząstka w pudle

Atom wodoru

Energia

2 2 2

8 mL

h

n

E

=

2 4 2 2 2

2

h

me

n

Z

E

=

−

π

r

0

E

n=1 n=2 n=3 n=4

r

0

E

n=1 n=2 n=3 n=4

x

E

n=1

n=2

n=3

n=4

interpretacja

Cząstka w pudle

Atom wodoru

Atomy wieloelektronowe

Układ okresowy

Chemia kwantowa - podsumowanie

metody

chemii kw

anto

w

e

j

roz

w

ią

zani

e ró

w

n

an

ia Schrö

d

inger

a

w

n

iosk

Jaka jest postać równania Schrödingera?

e

e

j

e

V

V

T

H

ˆ

=

ˆ

+

ˆ

₋

+

ˆ

₋

rozwiązanie

07_117 1

H

3

Li

11

N a

19

K

37

R b

55

C s

87

Fr

4

Be

12

M g

20

C a

38

Sr

56

Ba

88

R a

21

Sc

39

Y

57

La

89

Ac

22

Ti

40

Zr

72

H f

104

U nq

23

V

41

Nb

73

Ta

105

Unp

24

C r

42

M o

74

W

106

Unh

25

M n

43

Tc

75

R e

107

U ns

26

Fe

44

R u

76

O s

108

U no

27

C o

45

R h

77

Ir

109

U ne

U un

110

U uu

111 28

N i

46

Pd

78

Pt

29

C u

47

Ag

79

Au

30

Zn

48

C d

80

H g

31

G a

49

In

81

Tl

5

B

13

Al

32

G e

50

Sn

82

Pb

6

C

14

Si

33

As

51

Sb

83

Bi

7

N

15

P

34

Se

52

Te

84

Po

8

O

16

S

9

F

17

C l

35

Br

53

I

85

At

10

N e

18

Ar

36

Kr

54

Xe

86

R n

2

H e

58

C e

90

Th

59

Pr

91

Pa

60

N d

92

U

61

Pm

93

N p

62

Sm

94

Pu

63

Eu

95

Am

64

G d

96

C m

65

Tb

97

Bk

66

D y

98

C f

67

H o

99

Es

68

Er

100

Fm

69

Tm

101

M d

70

Yb

102

N o

71

Lu

103

Lr

Lanthanide

series

Actinide

series

1 2 13 14 15 16 17 18 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

d

S

p

G

A

Z

Y

S

Z

L

A

C

H

E

T

N

E

Układ okresowy

Ilość grup w poszczególnych

blokach

14

10

6

2

2(2l+1)=4l+2

3

2

1

0

l

f

d

p

s

Dla pobocznej liczby kwantowej l, magnetyczna liczba kwantowa m

może przyjmować 2l+1 wartości. Zatem ilość możliwych kombinacji

liczb m i m

_s

(m

_s

- magnetyczna spinowa liczna kwantowa) dla danej

wartości liczby l wynosi 2(2l+1).

07_115

1A

2A

3A

4A

5A

6A

7A

8A

6p

5d

4s

5s

6s

7s

2s

3s

1s

La

A c

G rou p

4f

P e riod 4

5

6

7

2

3

1

6d

4d

3d

5p

4p

3p

2p

1s

Układ okresowy

Grupa

Okres

07_113

H

1s

1

Li

2s

1

B e

2s

2

B

2p

1

C

2p

2

N

2p

3

O

2p

4

F

2p

5

N e

2p

6

H e

1s

2

N a

3s

1

M g

3s

2

A l

3p

1

S i

3p

2

P

3p

3

S

3p

4

C l

3p

5

A r

3p

6 07_114

K

C a

S c

T i

V

C r

M n

F e

C o

N i

C u

Z n

G a

G e

A s

S e

B r

K r

4s1 _4s2 _3d1 _3d2 _3d3 _4s1_3d5 _3d5 _3d6 _3d7 _3d8 _4s1_3d10 _3d10 _4p1 _4p2 _4p3 4p4 4p5 4p6

Układ okresowy

0 7 _ 1 1 6 Perio d numb e r, h ighe st o ccu pi ed el ect ron le vel 1 H 3 Li 11 N a 19 K 37 R b 55 C s 87 F r 4 B e 12 M g 20 C a 38 S r 56 B a 88 R a 21 S c 39 Y 57 La* 89 A c** 22 T i 40 Z r 72 H f 104 U nq 23 V 41 N b 73 T a 105 U np 24 C r 42 M o 74 W 106 U nh 25 M n 43 T c 75 R e 107 U ns 26 F e 44 R u 76 O s 108 U n o U un110 U uu111 27 C o 45 R h 77 Ir 109 U ne 28 N i 46 P d 78 P t 29 C u 47 A g 79 A u 30 Z n 48 C d 80 H g 31 G a 49 In 81 T l 5 B 13 A l 32 G e 50 S n 82 P b 6 C 14 S i 33 A s 51 S b 83 B i 7 N 15 P 34 S e 52 T e 84 P o 8 O 16 S 9 F 17 C l 35 B r 53 I 85 A t 10 N e 18 A r 36 K r 54 X e 86 R n 2 H e d - T ransition E lem ents N oble_{ga ses} R epresen tative E lem ents 1A _{G ro u p} n u m b e rs 2A 3A 4A 5A 6A 7A 8A R epresen tative E lem ents

1 2 3 4 5 6 7 7s1 _7s2 _7s26d1 7s26d27s26d3 7s26d4 7s26d5 7s26d7 6s1 6s2 _6s2_5d1 4f1 46 s25d2_6s2_5d3 _6s2_5d4 _6s2_5d5 _6s2_5d6 _6s2_5d7_6s1_5d9_6s1_5d10_6s2_5d1 06s26p1 6s26p2 6s26p3 6s26p46s26p5 6s26p6 5s1 _5s2 _5s24d1 5s24d2 5s14d4 5s14d5 5s14d65s14d7 5s14d8 4d10 5s14d1 05s24d1 05s25p1 5s25p2 5s25p3 5s25p45s25p5 5s25p6 4s1 4s2 4s23d1 4s23d2 4s23d3 4s13d54s23d5 4s23d6 4s23d74s23d84s13d1 04s23d10 4s24p1 4s24p2 4s24p3 4s24p4 4s24p5 4s24p6 3s2_3p1 _3s2_3p2 _3s2_3p3 _3s2_3p4_3s2_3p5 _3s2_3p6 2s22p1 2s22p2 2s22p32s22p42s22p5 2s22p6 2s1 3s1 2s2 3s2 1s1 _1s2 58 C e 90 T h 59 P r 91 P a 60 N d 92 U 61 P m 93 N p 62 S m 94 P u 63 E u 95 A m 64 G d 96 C m 65 T b 97 B k 66 D y 98 C f 67 H o 99 E s 68 E r 100 F m 69 T m 101 M d 70 Y b 102 N o 71 Lu 103 Lr La nthanides* A ctinides**

f - Tra nsition E lem ents

6 s2_{4 f}5_{5 d}0 6s2_{4 f}1_5d1_{6 s}24 f35 d06 s24 f45 d0 6 s24 f55 d0 6 s24 f75 d0 6 s2_4f7_{5 d}1_{6 s}24 f95 d06 s24 f1 05 d06 s24 f1 15 d06 s24 f1 25 d06 s24 f1 35 d06 s24 f1 45 d06 s2_4f1 4_{5 d}1 7 s2f0_{6 d}2 7 s25 f26 d17 s25 f36 d17 s25 f46 d17 s25 f66d0 _{7 s}25 f76 d07 s25 f76 d1 7 s25 f96 d07 s25 f1 06 d07 s25 f1 16 d07 s25 f1 26 d07 s25 f1 36 d07 s25 f1 46 d07 s25 f1 46 d1 ns2_np1 _ns2_np2 _ns2_np3 _ns2_np4_ns2_np5 ns2 ns1 _ns2_np6

Kolejność zapełniania orbitali

atomowych

f

f

f

f

f

f

f

f

d

d

d

d

d

d

d

d

d

d

p

p

p

p

p

p

p

p

p

p

p

p

s

s

s

s

s

s

s

s

s

s

s

s

s

s

7

7

6

6

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

Układ okresowy

Zasada rozbudowy powłok

W stanie podstawowym atomu

wieloelektronowego elektrony obsadzają orbitale

atomowe w taki sposób, że atom ma najmniejszą

energię, gdy wszystkie jego elektrony znajdują

się na orbitalu o najniższej energii

Dowolny orbital może być obsadzony

przez najwyżej dwa elektrony.

Gdy dwa elektrony zajmują ten sam

orbital, ich spiny muszą być

sparowane

Konfiguracja elektronowa

spiny dwóch elektronów są sparowane, gdy są

ustawione w przeciwnych kierunkach,

↑ i ↓. Elektrony

mają wówczas spinowe liczby kwantowe m

_s

o różnych

znakach, +½ i -½.

Układ okresowy

Zakaz Pauliego

Zasada rozbudowy powłok

żaden orbital na diagramie poziomów energetycznych nie

może być obsadzony przez więcej niż dwa elektrony

Konfiguracja elektronowa

Wnioski

Zasada rozbudowy powłok

żaden orbital na diagramie poziomów energetycznych nie

może być obsadzony przez więcej niż dwa elektrony

Układ okresowy

Wnioski

Zasada rozbudowy powłok

Okres 1

s

s

Konfiguracja elektronowa

p

p

s

s

Układ okresowy

Okres 2

Konfiguracja elektronowa

p

p

s

s

Okres 3

Konfiguracja elektronowa

s

s

d

d

Konfiguracja elektronowa

Układ okresowy

Okres 4

d

d

p

p

Konfiguracja elektronowa

Okres 4

Nieregularności w konfiguracji

elektronowej

Układ okresowy

[Cr]= nie [Ar] 4s

2

_3d

4

tak [Ar] 4s

1

_3d

5

3d

4s

3d

4s

Różnica energii poziomów 4s i 3d jest niewielka. Układ 5

niesparowanych elektronów 3d i jednego 4s ma mniejszą energię

aniżeli układ 4 niesparowanych elektronów 3d i 2 sparowanych

elektronów 4s

Energia jonizacji (I)

Liczba atomowa, Z

Energi

a jon

iza

cji, kJ/mol

10 0 Li Na K Rb _Cs H B BeC O N F Mg Al Cl S P ZnAs Br Cd Tl He Ne Ar Kr Xe Rn 18 36 54 86 500 1000 1500 2000 2500 2 3 4 5 6

okresy

mol

kJ

I

e

Cu

Cu

mol

kJ

I

e

Cu

Cu

g g g g g g

1955

785

2 ) ( 2 ) ( ) ( 1 ) ( ) ( ) (

=

+

→

=

+

→

+ +

+

_1.

_{Co oznacza duża i mała}

wartość I?

2.

Jakie właściwości mają

pierwiastki o małej I?

3.

Jak I zmienia się w okresach i

grupach?

2

4

6

8

10

-300

-200

-100

0

12

14

16

18

20

H

Li

B

C

O

F

Na

Al

Si

P

Ca

S

Cl

K

Układ okresowy - trendy

inow

actw

o

elektrono

w

e,

kJ/m

ol

Powinowactwo elektronowe (P)

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

−

−

−

=

→

+

X

E

X

E

P

X

e

X

g

g

g

mol

kJ

P

O

e

O

mol

kJ

P

O

e

O

g g g g g g

844

141

2 2 ) ( ) ( ) ( 1 ) ( ) ( ) (

+

=

→

+

−

=

→

+

− − −

Elektroujemność

Rozważmy samorzutny proces:

−

+

_⎯

_⎯→

−

_⎯

_⎯→

−

A

A

A

e

e

1.

jest równy potencjałowi jonizacyjnemu (energii jonizacji, I) za

znakiem przeciwnym (-I)

2.

jest równy powinowactwu elektronowemu (P)

Efekty energetyczne etapów:

1

2

Elektroujemność (E) wg definicji Mullikena:

2

lub

2

I

P

E

I

P

E

=

−

=

+

Układ okresowy - trendy

08_132 H 2.1 Li 1.0 Be1.5 Na 0.9 Mg1.2 K 0.8 Ca1.0 Rb 0.8 Sr1.0 Cs 0.7 Ba0.9 Fr 0.7 Ra0.9 Sc 1.3 Y 1.2 La-Lu 1.0-1.2 Ac 1.1 Ti 1.5 Zr 1.4 Hf 1.3 Th 1.3 V 1.6 Nb 1.6 Ta 1.5 Pa 1.4 Cr 1.6 Mo 1.8 W 1.7 U 1.4 Mn 1.5 Tc 1.9 Re 1.9 Np-No 1.4-1.3 Fe 1.8 Ru 2.2 Os 2.2 Co 1.9 Rh 2.2 Ir 2.2 Ni 1.9 Pd 2.2 Pt 2.2 Cu 1.9 Ag 1.9 Au 2.4 Zn 1.6 Cd 1.7 Hg 1.9 Ga 1.6 In 1.7 Tl 1.8 Al 1.5 B 2.0 Ge 1.8 Sn 1.8 Pb 1.9 Si 1.8 C 2.5 As 2.0 Sb 1.9 Bi 1.9 P 2.1 N 3.0 Se 2.4 Te 2.1 Po 2.0 S 2.5 O 3.5 Br 2.8 I 2.5 At 2.2 Cl 3.0 F 4.0 H 2.1 C N O 4.0F Increasing electronegativity D e cr ea sing el ec tr one g at ivi ty Increasing electronegativity (a)

Skala Paulinga

Elektroujemność

H 37 H e 31 152 112 B 85 C 77 N 75 O 73 F 72 N e 71 186 160 143 118 110 103 100 98 227 197 135 122 120 119 114 112 248 215 167 140 140 142 133 131 265 222 170 146 150 168 140 140 8A 7A 6A 5A 4A 3A 2A 1A Li B e N a M g A l S i P S C l A r K C a G a G e A s S e B r K r R b S r In S n S b T e I X e C s B a T l P b B i P o A t R n

Promień atomowy

rośnie

ro

śnie

Np. w przypadku orbitalu d, na którym może zmieścić się 10 elektronów, pierwsze pięć elektronów będzie zajmowało kolejno wolne orbitale pozostając niesparowanymi

Dopiero dalsze elektrony zajmują wolne miejsca tworząc pary np. szósty elektron: