Kvanttimekaaninen atomimalli



Samankaltaiset tiedostot
ULKOELEKTRONIRAKENNE JA METALLILUONNE

Fysiikan ja kemian pedagogiset perusteet Kari Sormunen Syksy 2014

KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 Kvanttimekaaninen atomimalli

MUUTOKSET ELEKTRONI- RAKENTEESSA

Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2012

elektroni = -varautunut tosi pieni hiukkanen nukleoni = protoni/neutroni

Jaksollinen järjestelmä ja sidokset

Kemian syventävät kurssit

Siirtymämetallien erityisominaisuuksia

Alikuoret eli orbitaalit

ATOMIN JA IONIN KOKO

(Huom! Oikeita vastauksia voi olla useita ja oikeasta vastauksesta saa yhden pisteen)

3.1 Varhaiset atomimallit (1/3)

Kertaus. Tehtävä: Kumpi reagoi kiivaammin kaliumin kanssa, fluori vai kloori? Perustele.

Kvanttimekaaninen atomimalli. "Voi hyvin sanoa, että kukaan ei ymmärrä kvanttimekaniikkaa. -Richard Feynman

Käytetään nykyaikaista kvanttimekaanista atomimallia, Bohrin vetyatomi toimii samoin.

9. JAKSOLLINEN JÄRJESTELMÄ

Atomien rakenteesta. Tapio Hansson

Luku 2: Atomisidokset ja ominaisuudet

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 KERTAUSTA

Jaksollinen järjestelmä

KE2 Kemian mikromaailma

Lasku- ja huolimattomuusvirheet ½ p. Loppupisteiden puolia pisteitä ei korotettu ylöspäin, esim. 2 1/2 p = 2 p.

NIMI: Luokka: c) Atomin varaukseton hiukkanen on nimeltään i) protoni ii) neutroni iii) elektroni

Luku 9: Atomien rakenne ja spektrit. v=bmivwz-7gmu v=dvrzdcnsiyw

Määritelmä, metallisidos, metallihila:

Lukion kemia 6 Kemian kokonaiskuva 1.teema

Kemia 3 op. Kirjallisuus: MaoL:n taulukot: kemian sivut. Kurssin sisältö

Sukunimi: Etunimi: Henkilötunnus:

Jakso 8: Monielektroniset atomit

Käsitteitä. Hapetusluku = kuvitteellinen varaus, jonka atomi saa elektronin siirtyessä

2. Maitohapon CH3 CH(OH) COOH molekyylissä

KEMIA. Kemia on tiede joka tutkii aineen koostumuksia, ominaisuuksia ja muuttumista.

Kemia 1. Mooli 1, Kemiaa kaikkialla, Otava 2016 MAOL-taulukot, Otava

EPÄORGAANINEN KEMIA HARJOITUKSIA. Jaksollinen järjestelmä

1. Materiaalien rakenne

Taulukko Käyttötarkoitus Huomioita, miksi? Kreikkalaisten numeeriset etuliitteet

Kemiallisia reaktioita ympärillämme Fysiikan ja kemian pedagogiikan perusteet

8. MONIELEKTRONISET ATOMIT

CHEM-C2210 Alkuainekemia ja epäorgaanisten materiaalien synteesi ja karakterisointi (5 op), kevät 2017

766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka

JAKSOLLINEN JÄRJESTELMÄ

Ionisidos syntyy, kun elektronegatiivisuusero on tarpeeksi suuri (yli 1,7). Yleensä epämetallin (suuri el.neg.) ja metallin (pieni el.neg.) välille.

OPETTAJAN OPAS. Sisällys Opettajalle 3 Kurssisuunnitelma 5 Tenttisuunnitelma 6 Kemikaaliluettelo 7

Kemian opiskelun avuksi

S Fysiikka III (Est) 2 VK

Atomin elektronikonfiguraatiot (1)

Kaikenlaisia sidoksia yhdisteissä: ioni-, kovalenttiset ja metallisidokset Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka

luku2 Kappale 2 Hapettumis pelkistymisreaktioiden ennustaminen ja tasapainottaminen

KERTAUSTA 1.-KURSSISTA

Atomi. Aineen perusyksikkö

Arto Liljeblad Susanna Pehkonen Tuula Sorjonen Kirsi-Maria Vakkilainen Sini Virtanen

Rakennusalan kemia 5 op

766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka

Kemia 1. Mooli 1, Kemiaa kaikkialla, Otava 2016 MAOL-taulukot, Otava

Kiteinen aine. Kide on suuresta atomijoukosta muodostunut säännöllinen ja stabiili, atomiseen skaalaan nähden erittäin suuri, rakenne.

Kiinteiden'materiaalien'magnee-set'ominaisuudet'

Johdantoa/Kertausta. Kemia on elektronien liikkumista/siirtymistä. Miksi?

KE1 KERTAUSTA SIDOKSISTA VASTAUKSET a) K ja Cl IONISIDOS, KOSKA KALIUM ON METALLI JA KLOORI EPÄMETALLI.

Luku 14: Elektronispektroskopia. 2-atomiset molekyylit moniatomiset molekyylit Fluoresenssi ja fosforesenssi

Kvantittuminen. E = hf f on säteilyn taajuus h on Planckin vakio h = 6, Js = 4, evs. Planckin kvanttihypoteesi

Metallit materiaaleina. kappale 4

Hapettuminen ja pelkistyminen: RedOx -reaktiot. CHEM-A1250 Luento

Hapettuminen ja pelkistyminen: RedOx -reaktiot. CHEM-A1250 Luento

Luku 10: Atomien rakenne ja spektrit. Vedyn kaltaiset atomit Atomiorbitaalit Spektrisiirtymät Monielektroniset atomit

TASASUUNTAUS JA PUOLIJOHTEET

Nyt n = 1. Tästä ratkaistaan kuopan leveys L ja saadaan sijoittamalla elektronin massa ja vakiot

Luento 1: Sisältö. Vyörakenteen muodostuminen Molekyyliorbitaalien muodostuminen Atomiketju Energia-aukko

Liitetaulukko 1/11. Tutkittujen materiaalien kokonaispitoisuudet KOTIMAINEN MB-JÄTE <1MM SAKSAN MB- JÄTE <1MM POHJAKUONA <10MM

1. a) Selitä kemian käsitteet lyhyesti muutamalla sanalla ja/tai piirrä kuva ja/tai kirjoita kaava/symboli.

Epäyhtälön molemmille puolille voidaan lisätä sama luku: kaikilla reaaliluvuilla a, b ja c on voimassa a < b a + c < b + c ja a b a + c b + c.

Firan vesilaitos. Laitosanalyysit. Lkm keski- maksimi Lkm keski- maksimi

Sähkökemiaa. Hapettuminen Jännitesarja Elektrolyysi Faradayn laki Korroosio

Luento5 8. Atomifysiikka

Jaksollinen järjestelmä

1. Malmista metalliksi

Seoksen pitoisuuslaskuja

Fysiikan, kemian, matematiikan ja tietotekniikan kilpailu lukiolaisille

Lkm keski- maksimi Lkm keski- maksimi. Lkm keski- maksimi Lkm keski- maksimi

Kertausta 1.kurssista. KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 Atomin rakenne ja jaksollinen järjestelmä. Hiilen isotoopit

1. ELEKTRONIEN ENERGIA

Taulukko Käyttötarkoitus Huomioita, miksi? Kreikkalaisten numeeriset etuliitteet

Ionisidos ja ionihila:

d) Klooria valmistetaan hapettamalla vetykloridia kaliumpermanganaatilla. (Syntyy Mn 2+ -ioneja)

, m s ) täytetään alimmasta energiatilasta alkaen. Alkuaineet joiden uloimmalla elektronikuorella on samat kvanttiluvut n,

Kiinteiden materiaalien magneettiset ominaisuudet

Kemia 1. Mooli 1, Ihmisen ja elinympäristön kemia, Otava (2009) MAOL taulukot, Otava

Hapetus-pelkistymisreaktioiden tasapainottaminen

Atomin ydin. Z = varausluku (järjestysluku) = protonien määrä N = neutroniluku A = massaluku (nukleoniluku) A = Z + N

Atomimallit. Tapio Hansson

Sisältö. Magnetismin fysikaaliset perusteet. Diamagnetismi. Paramagnetismi. Magnetismin lajit Yksiköt. Petriina Paturi. Vapaat ionit Atomijoukot

17VV VV Veden lämpötila 14,2 12,7 14,2 13,9 C Esikäsittely, suodatus (0,45 µm) ok ok ok ok L. ph 7,1 6,9 7,1 7,1 RA2000¹ L

17VV VV 01021

YLEINEN KEMIA. Alkuaineiden esiintyminen maailmassa. Alkuaineet. Alkuaineet koostuvat atomeista. Atomin rakenne. Copyright Isto Jokinen

8. MONIELEKTRONISET ATOMIT

Luku 13: Elektronispektroskopia. 2-atomiset molekyylit moniatomiset molekyylit Fluoresenssi ja fosforesenssi

PUOLIJOHTEISTA. Yleistä

n=5 n=4 M-sarja n=3 L-sarja n=2 Lisäys: K-sarjan hienorakenne K-sarja n=1

Fysiikka 8. Aine ja säteily

Sähkökemia. Sähkökemiallinen jännitesarja, galvaaninen kenno, normaalipotentiaali

Transkriptio:

Kvanttimekaaninen atomimalli

Kvanttimekaaninen atomimalli Rakenne: Pääkuori Alakuori Orbitaalit Elektronit sijaitsevat ydintä ympäröivässä energiapilvessä tietyillä energiatiloilla (pääkuoret). Elektronien energia on kvantittunut (vain tietyt energian arvot mahdollisia) Ympyränmuotoisten ratojen sijaan elektronit sijaitsevat atomiorbitaaleilla, jotka kuvaavat sitä avaruuden osaa, josta elektroni todennäköisemmin löytyy (Huom! voi siis löytyä muualtakin)

Orbitaalit saavat kolmiulotteisia muotoja neljän eri kvanttiluvun perusteella: 1) Pääkvanttiluku (n) Pääkuoren järjestysnumero (vertaa kuorimalli) Mahdolliset arvot: 1, 2, 3, 4, Kuvaa elektronin keskimääräistä energiaa 2) Sivukvanttiluku (l) Määrää orbitaalin muodon s, p, d, f => Atomiorbitaaleja kuvaavat merkinnät: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d n:llä pääkuorella on n kpl alakuoria Esim. Kun n=3, alakuoria on 3kpl, jotka ovat 3s, 3p, 3d

3) Magneettinen kvanttiluku (m l ) Määrää orbitaalin avaruudellisen sijainnin ja alakuoren orbitaalien lukumäärän Merkitään: p x, p y, p z, d xy, d yz, d xz jne. Esim. 4) Spinkvanttiluku (s) Lähin vastine todellisuuteen: elektronin pyöriminen akselinsa ympäri (todellisuudessa aivan tästä ei ole kyse) Mahdolliset arvot: s=-½ s=½

NELJÄN ENSIMMÄISEN ELEKTRONIKUOREN KVANTTILUVUT n, l ja m l

Kvanttimekaanisessa atomimallissa atomin elektronirakenne määräytyy kolmen säännön perusteella. Usein näitä sääntöjä havainnollistetaan laatikkomallilla, joissa elektronia kuvataan nuolella, elektronin spiniä nuolen suunnalla ja orbitaalia laatikolla.

1) Energiaminimiperiaate (eli täyttymisjärjestys) Elektronit ovat ytimen ympärillä siten, että niiden energia on mahdollisimman pieni.

2) Hundin sääntö Orbitaaleille, joilla on sama energia (esim. 3kpl 2p orbitaalia), asettuu aina ensin yksi elektroni, joilla on sama spini. Esim. 8 O

Toisin sanoen. Huhdin säännön mukaan seuraavat tilanteet eivät ole mahdollisia.

3) Paulin kieltosääntö Samalla orbitaalilla voi olla enintään kaksi elektronia joilla on eri spini. ts. tilanne ei ole mahdollinen

Esim. Kirjoita rauta-atomin elektronirakenne a) Kvanttimekaanisen atommimallin avulla b) Havainnollista elektronirakennetta laatikkomallilla. Ratk. a) Raudalle z = 26, joten täyttymisjärjestyksen mukaan elektronirakenne on 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6

Sama laatikkomallilla 3d 4s 3p 3s 2p 2s 1s

Muutokset atomin elektronirakenteessa

Jalokaasut jaksollisen järjestelmän ryhmä 18 uloimmalla elektronikuorella on kahdeksan elektronia (oktetti) => elektronirakenne s 2 p 6 (eli täydet s- ja p-orbitaalit) Jalokaasujen elektronirakenne on energeettisesti hyvin edullinen. => Muiden alkuaineiden atomit pyrkivät jalokaasujen elektronirakenteeseen joko luovuttamalla tai vastaanottamalla elektreja

Atomi voi vastaanottaa tai luovuttaa energiaa Vastaanottaminen: Kun atomiin tuodaan energiaa (valoa tai lämpöä), elektronit virittyvät eli siirtyvät korkeammille energiatasoille Luovuttaminen: Viritystilan purkautuessa atomista vapautuu energiaa sähkömagneettisena säteilynä (esim. valona). Sähkömagneettinen säteilyn aallonpituudet

Viritystilan purkautumista käytetään hyväksi tunnistettaessa alkuaineita liekkikokeiden avulla

Ionin muodostuminen Jos ulkoelektronit saavat riittävästi energiaa, ne irtoavat kokonaan. => muodostuu positiivinen ioni Ionisoitumisenergia Enegriamäärä (kj/mol), joka tarvitaan irrottamaan elektroni kaasumaisesta alkuaineatomista tai ionista. Kasvaa siirryttäessä jaksossa oikealle, koska kasvava ydinvaraus vetää samalla kuorella olevia elektroneja voimakkaammin puoleensa. Pienenee siirryttäessä ryhmässä alaspäin, koska ulkoelektronit ovat kauempana ytimestä.

Alkuaineen ensimmäinen ionisoitumisenergia järjestysluvun funktiona

Elektroniaffiniteetti Energiamäärä (kj/mol), joka sitoutuu tai vapautuu kun elektroni Positiivinen luku: Energiaa sitoutuu Negatiivinen luku: Energiaa vapautuu

Ionin koko Alkuperäisen atomiin verrattuna Positiivinen ioni on pienempi, koska ydin vetää voimakkaammin puoleensa jäljelle jääneitä elektroneja Negatiivinen ioni on suurempi, koska elektronien määrän kasvaessa niiden välinen hylkimisvoima on suurempi

Jaksollinen järjestelmä

Alkuaineen ovat jaksollisessa järjestelmässä kasvavan järjestysluvun mukaisesti. Vaakarivit: jaksoja Pystyrivit: ryhmiä

Jaksot Saman jakson alkuaineilla on elektroneja yhtä monella elektronikuorella Ryhmät Ryhmät jaetaan pääryhmiin (1-2 ja 13-18) ja sivuryhmiin (3-12). Saman pääryhmän alkuaineilla on yhtä monta ulkoelektronia => samanlaiset kemialliset ominaisuudet.

Pääryhmiin kuuluvien atomien ulkoelektronien lukumäärän näkee ryhmän numerosta.

Ryhmät (jatkuu) Sivuryhmiin kuuluvan aineen elektronirakennetta ei voi ennustaa ryhmän numeron perusteella Saman sivuryhmän aineilla ei välttämättä samanlaisia kemiallisia ominaisuuksia.

Jaksollinen järjestelmä voidaan jakaa lohkoiksi viimeisenä täyttyvän orbitaalin mukaan.

Sivuryhmien metallit Monet sivuryhmien metallit tärkeitä teollisuudelle Titaani, kromi, rauta, kupari Useita hapetuslukuja (poikkeus Zn, Sc) Tärkeitä katalyyttejä Esim. rauta ammoniakin valmistuksessa nikkeli, palladium ja platina rasvahappojen hydrauksessa

Siirtymäalkuaineet Alkuaineita, jotka muodostavat ainakin yhden positiivisen ionin, jolla on osittain täyttynyt d-orbitaali Esim. 4. jaksossa Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu Elektronit voivat siirtyä saman kuoren d-orbitaalilta toiselle tai ulommalle tyhjälle p-orbitaalille(orbitaalien täyttymissäännöt)

Siirtymäalkuaineet Kaikilla värillisiä yhdisteitä muodostavilla ioneilla osittain täyttynyt d-orbitaali. Elektroni voi virittyä (Näkyvän valon energia riittää)

Siirtymäalkuaineet Muodostavat kompleksiyhdisteitä

Kompleksiyhdisteet Kompleksiyhdisteessä keskusatomina toimiva metalliioni sitoo tietyn määrän ligandeja. Ligandit voivat olla Ioneja, OH - Molekyylejä, H 2 O, HN 3, CO Sitoutuvien ligandienlkm riippuu keskusatomista (koordinaatioluku) Kompleksit: KTS. MAOL Komplekseilla tyypillisiä värejä (riippuvat hapetusluvusta & ligandeista). Värit MAOLissa.