Recomendados
Más contenido relacionado
Más de lojewska
Más de lojewska (20)
Wykład 16 Układ okresowy - przewidywania teorii kwantów
- 1. Układ okresowy Przewidywania teorii kwantowej 1
- 2. Chemia kwantowa - podsumowanie Atom wodoru Równanie Schroedingera ˆ ˆ ˆ H = Te + Ve− j 2
- 3. Chemia kwantowa - podsumowanie rozwiązanie Atom wodoru Funkcja falowa ψ n ,l , m = R ( r ) ⋅ φ ( ϕ ) ⋅ θ ( γ ) Energia Z 2 2π 2 me 4 E=− 2 n h2 Liczby kwantowe n, l , m, ms 3
- 4. Chemia kwantowa - podsumowanie interpretacja Atom wodoru Funkcja falowa ψ n ,l , m = R ( r ) ⋅ φ ( ϕ ) ⋅ θ ( γ ) orbitale 07_105 Nodes Node 1s 2s (a) 3s 1s 2s (b) 3s 4
- 5. Chemia kwantowa - podsumowanie interpretacja Atom wodoru Energia Z 2 2π 2 me 4 E=− 2 n h2 n=4 n=3 n=2 n=1 5
- 6. Chemia kwantowa - podsumowanie rozwiązanie równania Schrödingera metody chemii kwantowej Cząstka w pudle Atom wodoru Atomy wieloelektronowe Jaka jest postać równania Schrödingera? ˆ ˆ ˆ ˆ H = T + Ve− j + Ve − e rozwiązanie wnioski Układ okresowy 6
- 7. Układ okresowy 07_117 1 18 1 2 H 2 13 14 15 16 17 He 3 4 5 6 7 8 9 10 Li Be B C N O F Ne 11 12 13 14 15 16 17 18 Na Mg 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Al Si P S Cl Ar 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 55 56 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 87 88 89 104 105 106 107 108 109 110 111 Fr Ra Ac Unq Unp Unh Uns Uno Une Uun Uuu Lanthanide 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 series Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Actinide 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 series Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr 7
- 8. Układ okresowy G A Z Y S Z S L A p C H d E T N E f 8
- 9. Układ okresowy Ilość grup w poszczególnych blokach s p d f l 0 1 2 3 2(2l+1)=4l+2 2 6 10 14 Dla pobocznej liczby kwantowej l, magnetyczna liczba kwantowa m może przyjmować 2l+1 wartości. Zatem ilość możliwych kombinacji liczb m i ms (ms - magnetyczna spinowa liczna kwantowa) dla danej wartości liczby l wynosi 2(2l+1). 9
- 10. Układ okresowy 07_115 1A Grupa Group 8A 1 1s 1s 2A 3A 4A 5A 6A 7A 2 2s 2p 3 3s 3p Period 4 Okres 4s 3d 4p 5 5s 4d 5p 6 6s La 5d 6p 7 7s Ac 6d 4f 5f 10
- 11. Układ okresowy 07_113 H He 1s1 1s2 Li Be B C N O F Ne 2s1 2s2 2p1 2p2 2p3 2p4 2p5 2p6 Na Mg Al Si P S Cl Ar 3s1 3s2 3p1 3p2 3p3 3p4 3p5 3p6 11
- 12. Układ okresowy 07_114 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 4s1 4s2 3d1 3d2 3d3 4s13d5 3d5 3d6 3d7 3d8 4s13d10 3d10 4p1 4p2 4p3 4p4 4p5 4p6 12
- 13. Układ okresowy Representative 07_116 Noble Elements d - Transition Elements Representative Elements gases 1A Group 8A ns1 ns2np6 numbers Period number, highest occupied electron level 1 2 1 H 2A 3A 4A 5A 6A 7A He 1s1 ns2 ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5 1s2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 Li Be B C N O F Ne 2s1 2s2 2s22p1 2s22p2 2s22p3 2s22p4 2s22p5 2s22p6 11 12 13 14 15 16 17 18 3 Na Mg Al Si P S Cl Ar 3s1 3s2 3s23p1 3s23p2 3s23p3 3s23p4 3s23p5 3s23p6 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 4s1 4s2 4s23d1 4s23d2 4s23d3 4s13d5 4s23d5 4s23d6 4s23d7 4s23d8 4s13d10 4s23d10 4s24p1 4s24p2 4s24p3 4s24p4 4s24p5 4s24p6 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 5s1 5s2 5s24d1 5s24d2 5s14d4 5s14d5 5s14d6 5s14d7 5s14d8 4d10 5s14d10 5s24d10 5s25p1 5s25p2 5s25p3 5s25p4 5s25p5 5s25p6 55 56 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 6 Cs Ba La* Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 6s1 6s2 6s25d1 4f146s25d2 6s25d3 6s25d4 6s25d5 6s25d6 6s25d7 6s15d9 6s15d10 6s25d10 6s26p1 6s26p2 6s26p3 6s26p4 6s26p5 6s26p6 87 88 89 104 105 106 107 108 109 110 111 7 Fr Ra Ac** Unq Unp Unh Uns Uno Une Uun Uuu 7s1 7s2 7s26d1 7s26d2 7s26d3 7s26d4 7s26d5 7s26d7 f - Transition Elements 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 Lanthanides* Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 6s24f15d1 6s24f35d0 6s24f45d0 6s24f55d0 6s24f55d0 6s24f75d0 6s24f75d1 6s24f95d0 6s24f105d0 6s24f115d0 6s24f125d0 6s24f135d0 6s24f145d0 6s24f145d1 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 Actinides** Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr 7s2f06d2 13 7s25f26d1 7s25f36d1 7s25f46d1 7s25f66d0 7s25f76d0 7s25f76d1 7s25f96d0 7s25f106d0 7s25f116d0 7s25f126d0 7s25f136d0 7s25f146d0 7s25f146d1
- 14. Układ okresowy Kolejność zapełniania orbitali atomowych 1 2 3 4 5 6 7 s s s s s s s p p p p p p d d d d d f f f f 14
- 15. Układ okresowy Konfiguracja elektronowa 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 15
- 16. Układ okresowy Konfiguracja elektronowa Zasada rozbudowy powłok Zakaz Pauliego spiny dwóch elektronów są sparowane, gdy są ustawione w przeciwnych kierunkach, ↑ i ↓. Elektrony mają wówczas spinowe liczby kwantowe ms o różnych znakach, +½ i -½. Żadne dwa elektrony w atomie nie mogą mieć identycznego zestawu czterech liczb kwantowych n, l, m, ms 16
- 17. Układ okresowy Konfiguracja elektronowa Zasada rozbudowy powłok Wnioski żaden orbital na diagramie poziomów energetycznych nie może być obsadzony przez więcej niż dwa elektrony 17
- 18. Układ okresowy Konfiguracja elektronowa Zasada rozbudowy powłok Reguła Hunda wszystkie orbitale w tej samej podpowłoce mają jednakową energię. Gdy w danej podpowłoce dostępnych jest kilka orbitali, elektron obsadzi najpierw pusty orbital, zamiast utworzyć parę z elektronem już obecnym – minimalizacja energii Jeżeli w podpowłoce dostępnych jest kilka orbitali, elektrony obsadzają puste orbitale, zanim utworzą parę w jednym z orbitali. 18
- 19. Układ okresowy Konfiguracja elektronowa Okres 1 s 19
- 20. Układ okresowy Konfiguracja elektronowa Okres 2 s p 20
- 21. Układ okresowy Konfiguracja elektronowa Okres 3 s p 21
- 22. Układ okresowy Konfiguracja elektronowa Okres 4 s d 22
- 23. Układ okresowy Konfiguracja elektronowa Okres 4 d p 23
- 24. Układ okresowy Nieregularności w konfiguracji elektronowej 3d [Cr]= nie [Ar] 4s23d4 4s tak [Ar] 4s13d5 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] 4s23d9 [Pd]= nie [Ar] 5s24d8 tak [Ar] 4s13d10 tak [Ar] 5s04d10 [Ag]= nie [Ar] 5s24d9 tak [Ar] 5s14d10 24
- 25. Układ okresowy - trendy Energia jonizacji (I) Cu( g ) → Cu(+g ) + e( g ) I1 = 785 kJ 1. 1. Co oznacza duża i imała Co oznacza duża mała mol wartość I? wartość I? Cu(+g ) → Cu(2g+) + e( g ) I 2 = 1955 kJ 2. 2. Jakie właściwości mają Jakie właściwości mają mol pierwiastki oomałej I? pierwiastki małej I? 3. 3. Jak I Izmienia się w okresach i i Jak zmienia się w okresach okresy 07_124 grupach? grupach? Period Period Period Period Period 2 3 4 5 6 2500 He Ionization jonizacji, kJ/mol Ne 2000 Energia energy (kJ/mol) F Ar 1500 N Kr Cl Xe H O Br C P Rn 1000 Be As Cd S Zn B Mg Al 500 Tl Li Na K Rb Cs 0 10 18 36 54 86 25 Liczba atomowa, Znumber Atomic
- 26. Układ okresowy - trendy Powinowactwo elektronowe (P) X ( g ) + e( g ) → X (−g ) O( g ) + e( g ) → O(−g ) P = −141 kJ 1 mol 07_125 P = E( X ) − E( X ) − O(−g ) + e( g ) → O(2g−) P2 = +844 kJ mol Powinowactwo elektronowe, kJ/mol 0 B Ca Al P Li Na K -100 H Electron affinity (kJ/mol) C O Si -200 S -300 F Cl 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Liczba atomowa, Atomic number Z 26
- 27. Układ okresowy - trendy Elektroujemność Rozważmy samorzutny proces: + e− e− A → A → A− 1 2 Efekty energetyczne etapów: 1. jest równy potencjałowi jonizacyjnemu (energii jonizacji, I) za znakiem przeciwnym (-I) 2. jest równy powinowactwu elektronowemu (P) Elektroujemność (E) wg definicji Mullikena: P−I P+I E= lub E= 2 2 27
- 28. Układ okresowy - trendy Elektroujemność Definicjia Paulinga: lim I AB = I AA ⋅ I BB ∆x →0 ∆E = E A − EB = 0.1018 ⋅ I AB − I AA ⋅ I BB µJ ⋅ mol −1 28
- 29. Układ okresowy - trendy Elektroujemność Skala Paulinga 08_132 Increasing electronegativity H 2.1 Decreasing electronegativity Li Be B C N O F 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 Na Mg Al Si P S Cl 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.5 3.0 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br 0.8 1.0 1.3 1.5 1.6 1.6 1.5 1.8 1.9 1.9 1.9 1.6 1.6 1.8 2.0 2.4 2.8 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 1.9 2.2 2.2 2.2 1.9 1.7 1.7 1.8 1.9 2.1 2.5 Cs Ba La-Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At 0.7 0.9 1.0-1.2 1.3 1.5 1.7 1.9 2.2 2.2 2.2 2.4 1.9 1.8 1.9 1.9 2.0 2.2 Fr Ra Ac Th Pa U Np-No 0.7 0.9 1.1 1.3 1.4 1.4 1.4-1.3 (a) Increasing electronegativity H 2.1 O F C N 3.5 4.0 B Decreasing electronegativity Be 3.0 Li 2.5 2.0 1.5 1.0 S Cl Al Si P 3.0 Na Mg 1.8 2.1 2.5 1.2 1.5 0.9 Se Br Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As 2.8 K Ca Sc 1.8 1.9 1.9 1.9 2.0 2.4 1.3 1.5 1.6 1.6 1.5 1.6 1.6 1.8 0.8 1.0 I Do czego Rb Sr 1.0 Y 1.2 Zr 1.4 Nb 1.6 Mo 1.8 Tc 1.9 Ru 2.2 Rh 2.2 Pd 2.2 Ag 1.9 Cd 1.7 In 1.7 Sn 1.8 Sb 1.9 Te 2.1 2.5 0.8 Au służy ta skala? Cs Ba 0.9 La-Lu 1.0-1.2 Hf 1.3 Ta 1.5 W 1.7 Re 1.9 Os 2.2 Ir 2.2 Pt 2.2 2.4 Hg 1.9 Tl 1.8 Pb 1.9 Bi 1.9 Po 2.0 At 2.2 0.7 Ra Ac Th Pa U Np-No 29 Fr 1.1 1.3 1.4 1.4 1.4-1.3 0.7 0.9 (b)
- 30. Układ okresowy - trendy Promień atomowy rośnie 07_127 Atomic radius decreases 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 8A H He 37 31 B C N O F Ne Li Be Atomic radius increases 152 112 85 77 75 73 72 71 Al Si P S Cl Ar rośnie Na Mg 186 160 143 118 110 103 100 98 K Ca Ga Ge As Se Br Kr 227 197 135 122 120 119 114 112 Rb Sr In Sn Sb Te I Xe 248 215 167 140 140 142 133 131 Cs Ba Tl Pb Bi Po At Rn 265 222 170 146 150 168 140 140 30
- 31. Np. w przypadku orbitalu d, na którym może zmieścić się 10 elektronów, pierwsze pięć elektronów będzie zajmowało kolejno wolne orbitale pozostając ni Dopiero dalsze elektrony zajmują wolne miejsca tworząc pary np. szósty elektron: Przykładowe zapisy konfiguracji elektronowych za pomocą wzorów klatkowych: 31
- 32. 32