W16 konfiguracja

Układ okresowy

Chemia kwantowa - podsumowanie

Cząstka w pudle

_{Atom wodoru}

e

T

H

ˆ

=

ˆ

H

ˆ

=

T

ˆ

_e

+

V

ˆ

_e

₋

_j

Chemia kwantowa - podsumowanie

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) 1s 2s 3s (b)

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

Chemia kwantowa - podsumowanie

Cząstka w pudle

Atom wodoru

Atomy wieloelektronowe

Układ okresowy

Chemia kwantowa - podsumowanie

metody chemii kwantowej

rozwi

ązanie równania Schrödingera

w

nioski

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

Ca

38

Sr

56

Ba

88

Ra

21

Sc

39

Y

57

La

89

Ac

22

Ti

40

Zr

72

Hf

104

Unq

23

V

41

N b

73

Ta

105

U np

24

C r

42

M o

74

W

106

U nh

25

M n

43

Tc

75

R e

107

U ns

26

Fe

44

R u

76

O s

108

Uno

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

Cu

47

Ag

79

Au

30

Zn

48

Cd

80

Hg

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

Cl

35

Br

53

I

85

At

10

N e

18

Ar

36

Kr

54

Xe

86

R n

2

H e

58

Ce

90

Th

59

Pr

91

Pa

60

N d

92

U

61

Pm

93

Np

62

Sm

94

Pu

63

Eu

95

Am

64

G d

96

C m

65

Tb

97

Bk

66

Dy

98

Cf

67

H o

99

Es

68

Er

100

Fm

69

Tm

101

M d

70

Yb

102

No

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

Układ okresowy

d

f

S

p

G

A

Z

Y

S

Z

L

A

C

H

E

T

N

E

Układ okresowy

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

5f

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

Układ okresowy

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_3d1 0 _3d1 0 _4p1 _4p2 _4p3 _4p4 _4p5 _4p6

0 7 _ 1 1 6

Pe ri od n umbe r, hi gh es t o ccupi ed e lectron le ve l 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 n q 23 V 41 N b 73 T a 105 U n p 24 C r 42 M o 74 W 106 U n h 25 M n 43 T c 75 R e 107 U n s 26 F e 44 R u 76 O s 108 U no U un110 U uu111 27 C o 45 R h 77 Ir 109 U n e 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 ra nsition E lem ents

N oble

_{ga ses}

R epresen tative

E lem en ts

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 _7s2_6d1 _7s2_6d2 _7s2_6d3 _7s2_6d4 _7s2_6d5 _7s2_6d7 6s1 _6s2 _6s2_5d1 _{4 f}1 4_{6 s}2_{5 d}2 _6s2_5d3 _6s2_5d4 _6s2_5d5 _6s2_5d6 _6s2_5d7 _6s1_5d9 _6s1_5d1 0 _6s2_5d10 _6s2_6p1 _6s2_6p2 _6s2_6p3 _6s2_6p4 _6s2_6p5 _6s2_6p6 5s1 _5s2 _5s2_5p1 _5s2_5p2 _5s2_5p3 _5s2_5p4 _5s2_5p5 _5s2_5p6 5s2_4d1 _5s2_4d2 _5s1_4d4 _5s1_4d5 _5s1_4d6 _5s1_4d7 _5s1_4d8 _4d1 0 _5s1_4d1 0 _5s2_4d1 0 4s1 _4s2 _4s2_3d1 _4s2_3d2 _4s2_3d3 _4s1_3d5 _4s2_3d5 _4s2_3d6 _4s2_3d7 _4s2_3d8 _4s1_3d10 _4s2_3d1 0 _4s2_4p1 _4s2_4p2 _4s2_4p3 _4s2_4p4 _4s2_4p5 _4s2_4p6 3s2_3p1 _3s2_3p2 _3s2_3p3 _3s2_3p4 _3s2_3p5 _3s2_3p6 2s2_2p1 _2s2_2p2 _2s2_2p3 _2s2_2p4 _2s2_2p5 _2s2_2p6 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 Lantha nid es*

A ctinide s**

f

- T ra nsition E lem ents

6 s2_{4 f}5_{5 d}0 6 s2_{4 f}1_{5 d}1 _{6 s}2_{4 f}3_{5 d}0 _{6 s}2_{4 f}4_{5 d}0 _{6 s}2_{4 f}5_{5 d}0 _{6 s}2_{4 f}7_{5 d}0 _{6 s}2_{4 f}7_{5 d}1 _{6 s}2_{4 f}9_{5 d}0 _{6 s}2_{4 f}1 0_{5 d}0_{6 s}2_{4 f}1 1_{5 d}0_{6 s}2_{4 f}1 2_{5 d}0_{6 s}2_{4 f}1 3_{5 d}0_{6 s}2_{4 f}1 4_{5 d}0 _{6 s}2_{4 f}1 4_{5 d}1 7 s2_f0_{6 d}2 _{7 s}2_{5 f}2_{6 d}1 _{7 s}2_{5 f}3_{6 d}1 _{7 s}2_{5 f}4_{6 d}1 _{7 s}2_{5 f}6_6d0 _{7 s}2_{5 f}7_{6 d}0 _{7 s}2_{5 f}7_{6 d}1 _{7 s}2_{5 f}9_{6 d}0_{7 s}2_{5 f}1 0_{6 d}0_{7 s}2_{5 f}1 1_{6 d}0_{7 s}2_{5 f}1 2_{6 d}0_{7 s}2_{5 f}1 3_{6 d}0_{7 s}2_{5 f}1 4_{6 d}0 _{7 s}2_{5 f}1 4_{6 d}1 ns2_np1 _ns2_np2 _ns2_np3 _ns2_np4 _ns2_np5 ns2 ns1 _ns2_np6

Układ okresowy

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

Układ okresowy

Żadne dwa elektrony w atomie nie

mogą mieć identycznego zestawu

czterech liczb kwantowych n, l, m, m

_s

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

Układ okresowy

Wnioski

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

Układ okresowy

p

p

s

s

Układ okresowy

Okres 2

Konfiguracja elektronowa

p

p

s

s

Układ okresowy

Okres 3

Konfiguracja elektronowa

s

s

d

d

Konfiguracja elektronowa

Układ okresowy

Okres 4

d

d

p

p

Konfiguracja elektronowa

Układ okresowy

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

[Cu]= nie [Ar] 4s

2

_3d

9

tak [Ar] 4s

1

_3d

10

[Pd]= nie [Ar] 5s

2

_4d

8

tak [Ar] 5s

0

_4d

10

[Ag]= nie [Ar] 5s

2

_4d

9

Układ okresowy - trendy

Energia jonizacji (I)

Liczba atomowa, Z

Energia jonizacji, kJ/mol

10

0

Li

Na

K

Rb

_Cs

H

B

Be

C

O

N

F

Mg

Al

Cl

S

P

Zn

As

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?

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

Liczba atomowa, Z

Powinowactwo elektronowe, kJ/mol

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

)

(

)

(

)

(

+

=

→

+

−

=

→

+

−

−

−

Układ okresowy - trendy

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 Li 1.0 Be 1.5 Na 0.9 Mg 1.2 K 0.8 Ca 1.0 Rb 0.8 Sr 1.0 Cs 0.7 Ba 0.9 Fr 0.7 Ra 0.9 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 Increasing electronegativity De cr easi ng e lec tr on eg at ivit y Increasing electronegativity De cr eas in g e lect ron eg at iv ity (a) (b)

Skala Paulinga

Do czego

służy ta

skala?

Elektroujemność

Układ okresowy - trendy

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: