ATOMY WIELOELEKTRONOWE, UKŁAD OKRESOWY, METALE ALKALICZNE

(1)

1

ATOMY WIELOELEKTRONOWE, UKŁAD OKRESOWY,

METALE ALKALICZNE

(2)

2

Atomy wieloelektronowe przybliżenie pola centralnego

zakaz Pauliego

zdjęcie degeneracji orbitalnej (ekranowanie)

Model atomu wieloelektronowego:

„inne” elektrony częściowo ekranują jądro modyfikując efektywny

potencjał „widziany” przez rozważany elektron

elektrony „wewnętrzne” i

„zewnętrzne”

Różnice dla elektronów s, p, d itd.

(3)

3

Efektywny potencjał „widziany”

przez jeden z elektronów atomu wieloelektronowego

(4)

4

UKŁAD poziomów w atomie wieloelektronowym

(diagram Grotriana)

Zapełnianie powłok, zakaz Pauliego, kolejność

(zasada aufbau):

1s,

2s, 2p, 3s, 3p, 3d, 4s, 4p, 4d, 4f, 5s, 5p, 5d, 5f, … 6s, 6p, 6d, … 7s, …

Brak

degeneracji, różnice dla elektronów s, p,

d, f Zasada aufbau:

hipotetyczny proces „budowania atomu” „od dołu”

Reguła

Madelunga- Kleczkowskiego kolejność

wypełniania.

powłok (n+ℓ).

wyjątki:

Cr, Cu

(5)

5

Układ okresowy pierwiastków

periodyczność własności chemicznych, metale przejściowe, ziemie rzadkie

nieregularności w energiach jonizacji

(6)

6

Układ okresowy pierwiastków

(7)

7

Feynman, t. III

!

(8)

Feynman, t. III

8

!

(9)

9

Kierunkowość wiązań chemicznych:

H

₂

O (105°), H

₂

S ( 93°) , H

₂

Se (90 °): niepełne p

_x

, p

_y

, NH

₃

, PH

₃

, AsH

₃

(niepełne p

_x

, p

_y

, p

_z

)

diament, krystaliczny krzem (hybrydyzacja, sp

³

)

(10)

10

Atomy metali alkalicznych

 ^Z ^ ³ ^, ⁿ ^ ² 

Li 1s

²

2s [He]2s

Na 1s

²

2s

²

2p

⁶

3s [Ne]3s

K 1s

²

2s

²

2p

⁶

3s

²

3p

⁶

4s [Ar]4s Rb 1s

²

2s

²

2p

⁶

3s

²

3p

⁶

4s

²

3d

¹⁰

4p

⁶

5s

[Kr]5s Cs 1s

²

2s

²

2p

⁶

3s

²

3p

⁶

4s

²

3d

¹⁰

4p

⁶

5s

²

4d

¹⁰

5p

⁶

6s

[Xe]6s Jeden elektron walencyjny, jak w atomie wodoru.

Inny potencjał, Z protonów i ekranowanie

 ^Z ^ ¹¹ ^, ⁿ ^ ³ 

 ^Z ^ ¹⁹ ^, ⁿ ^ ⁴ 

 ^Z ^ ³⁷ ^, ⁿ ^ ⁵ 

 ^Z ^ ⁵⁵ ^, ⁿ ^ ⁶ 

(11)

11

Model atomu metalu alkalicznego

Jądro o ładunku +Ze jest otoczone elektronami z wewnętrznych powłok o

łącznym ładunku

–(Z-1)e skupionym w obszarze o promieniu R. Pojedynczy zewnętrzny elektron walencyjny

porusza się głównie w obszarze, w którym r > R

Duże podobieństwo do wodoru;

atomy wodoropodobne

(12)

12

Radialny rozkład gęstości elektronowej w atomie wodoru i jednododatnich

jonach Li, Na i K widoczne powłoki całkowicie obsadzone

elektronami:

K: n = 1 L: n = 2 M: n = 3

(13)

13

Diagram Grotriana atomu Li

stan podstawowy 2s, wodoropodobne termy

wzbudzone;

zbieżność do wodoru dla większych n i

większych ℓ Ekranowanie

Dozwolone przejścia:

Δℓ = ±1

(14)

14

Diagram Grotriana atomu Li

Dozwolone przejścia:

Δℓ = ±1

(15)

15

Serie widmowe dla atomu Na

(16)

16

Diagram Grotriana atomu Na

Dozwolone przejścia:

Δℓ = ±1

(17)

17

Diagram Grotriana atomu K

Dozwolone przejścia:

Δℓ = ±1

(18)

18

Pełny diagram Grotriana atomu K

Dozwolone przejścia:

Δℓ = ±1

obszar widzialny, podczerwień, ultrafiolet, obszar

rtg

(19)

19

Emisyjne serie widmowe dla atomów metali alkalicznych

Termy energetyczne dla obojętnego atomu metalu alkalicznego

    ^ _



 





 







₂ _R ₂

ef ,

n

n n ,

E 1 n

Rhc 1

E

^



  ⁿ ^, ^ ⁿ ^ ⁿ

_ef

  efektywna liczba kwantowa n

_ef

i defekt kwantowy Δ(n,ℓ)

Uwzględniając regułę wyboru Δℓ = ±1 otrzymamy

następujące serie dozwolonych przejść:

(20)

20

Seria główna (principal) np. 3p-3s dla sodu (linia D):

Seria ostra (sharp), inaczej II poboczna, s-p:

 

 ⁿ ¹ ⁿ ^, ⁰   ⁿ ¹   ⁿ ^, ¹  ^, ⁿ ⁿ ^,

Rhc

E ₀

2 0 2

0 p 

 





 







 



 

 

   ⁿ   ⁿ ^, ⁰  ^, ⁿ ⁿ ^1,

1 1

, n n

Rhc 1

E ₂ ₂ ₀

0 0

s  

 





 







 



 

 

   ⁿ   ⁿ ^, ²  ^, ⁿ ⁿ ^,

1 1

, n n

Rhc 1

E ₂ ₂ ₀

0 0

d 

 





 







 



 

Seria rozmyta (diffuse), inaczej I poboczna, d-p:

(21)

21

Seria podstawowa (fundamental) f-d:

n

₀

ATOMY WIELOELEKTRONOWE, UKŁAD OKRESOWY, METALE ALKALICZNE

ATOMY WIELOELEKTRONOWE, UKŁAD OKRESOWY,

METALE ALKALICZNE

Atomy wieloelektronowe przybliżenie pola centralnego

zakaz Pauliego

zdjęcie degeneracji orbitalnej (ekranowanie)

Model atomu wieloelektronowego:

„inne” elektrony częściowo ekranują jądro modyfikując efektywny

potencjał „widziany” przez rozważany elektron

elektrony „wewnętrzne” i

„zewnętrzne”

Różnice dla elektronów s, p, d itd.

Efektywny potencjał „widziany”

przez jeden z elektronów atomu wieloelektronowego

UKŁAD poziomów w atomie wieloelektronowym

(diagram Grotriana)

Zapełnianie powłok, zakaz Pauliego, kolejność

(zasada aufbau):

1s,

2s, 2p, 3s, 3p, 3d, 4s, 4p, 4d, 4f, 5s, 5p, 5d, 5f, … 6s, 6p, 6d, … 7s, …

Brak

degeneracji, różnice dla elektronów s, p,

d, f Zasada aufbau:

hipotetyczny proces „budowania atomu” „od dołu”

Reguła

Madelunga- Kleczkowskiego kolejność

wypełniania.

powłok (n+ℓ).

wyjątki:

Cr, Cu

Układ okresowy pierwiastków

periodyczność własności chemicznych, metale przejściowe, ziemie rzadkie

nieregularności w energiach jonizacji

Układ okresowy pierwiastków

Feynman, t. III

!

!

Feynman, t. III

!

!

!

Kierunkowość wiązań chemicznych:

H

O (105°), H

S ( 93°) , H

Se (90 °): niepełne p

, p

, NH

, PH

, AsH

(niepełne p

, p

, p

)

diament, krystaliczny krzem (hybrydyzacja, sp

)

Atomy metali alkalicznych

 Z  3 , n  2 

Li 1s

2s [He]2s

Na 1s

2s

2p

3s [Ne]3s

K 1s

2s

2p

3s

3p

4s [Ar]4s Rb 1s

2s

2p

3s

3p

4s

3d

4p

5s

[Kr]5s Cs 1s

2s

 ^Z ^ ³ ^, ⁿ ^ ² 

 ^Z ^ ¹¹ ^, ⁿ ^ ³ 

 ^Z ^ ¹⁹ ^, ⁿ ^ ⁴ 

 ^Z ^ ³⁷ ^, ⁿ ^ ⁵ 

 ^Z ^ ⁵⁵ ^, ⁿ ^ ⁶ 

    ^ _

  ⁿ ^, ^ ⁿ ^ ⁿ