Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Αρχή ηλεκτρονιακής δόμησης (aufbau) Απαγορευτική αρχή Pauli Αρχή ελάχιστης ενέργειας Κανόνας του Hund.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "Αρχή ηλεκτρονιακής δόμησης (aufbau) Απαγορευτική αρχή Pauli Αρχή ελάχιστης ενέργειας Κανόνας του Hund."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1

2 Αρχή ηλεκτρονιακής δόμησης (aufbau) Απαγορευτική αρχή Pauli Αρχή ελάχιστης ενέργειας Κανόνας του Hund

3 H απαγορευτική αρχή του Pauli «Είναι αδύνατον σε ένα άτομο να υπάρχουν δυο ηλεκτρόνια με την ίδια τετράδα κβαντικών αριθμών» Ηλεκτρόνια που ανήκουν σε ένα συγκεκριμένο ατομικό τροχιακό πρέπει οπωσδήποτε να έχουν τους τρεις πρώτους κβαντικούς αριθμούς(n,l,m l ) ίδιους. Επομένως δεν μπορεί να έχουν και τον τέταρτο(m s ) ίδιο Έτσι το ένα ηλεκτρόνιο θα χαρακτηρίζεται από την τετράδα (n,l,m l, +1/2) και το άλλο από την τετράδα (n,l,m l, -1/2) Συμπέρασμα Κάθε τροχιακό καταλαμβάνεται από δυο το πολύ ηλεκτρόνια

4 Με βάση την απαγορευτική αρχή του Pauli, προκύπτει ο μέγιστος αριθμός ηλεκτρονίων που μπορεί να έχει μια στιβάδα και μια υποστιβάδα :

5 Ενέργειες των τροχιακών Η ενέργεια ενός ηλεκτρονίου που καταλαμβάνει ένα τροχιακό καθορίζεται από τους δυο πρώτους κβαντικούς αριθμούς n και l. Ηλεκτρόνια που καταλαμβάνουν τροχιακά που ανήκουν στην ίδια υποστιβάδα έχουν την ίδια ενέργεια, π.χ Ε2p x =E2p y =E2p z Όσο μεγαλύτερο είναι το άθροισμα n+l ενός τροχιακού, τόσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια του ηλεκτρονίου που καταλαμβάνει αυτό το τροχιακό. Μεταξύ δυο τροχιακών με το ίδιο άθροισμα n+l μεγαλύτερη ενέργεια έχει αυτό με το μεγαλύτερο n.

6 Παραδείγματα Τροχιακά που ανήκουν στην υποστιβάδα 3d (n+l=3+2=5) έχουν μεγαλύτερη ενέργεια από τροχιακά που ανήκουν στην υποστιβάδα 4s(n+l=4+0=4) Η υποστιβάδα 2p (n+l=2+1=3) έχει μικρότερη ενέργεια από την 3s (n+l=3+0=3), γιατί παρότι το άθροισμα είναι το ίδιο, στην υποστιβάδα 2p αντιστοιχεί μικρότερο n απ’ ότι στην υποστιβάδα 3s To ίδιο για τις υποστιβάδες 3d και 4p Ποια υποστιβάδα έχει μεγαλύτερη ενέργεια, η 4f ή η 6d;

7 Σύμφωνα με τα προηγούμενα η ενέργεια των τροχιακών αυξάνεται ως εξής: 1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<….κλπ Η ενέργεια των τροχιακών προκύπτει και από τον παρακάτω μνημονικό κανόνα:

8 Αν χρησιμοποιήσουμε ενεργειακό διάγραμμα, οι ενέργειες των υποστιβάδων σε ένα πολυηλεκτρονικό άτομο έχουν ως εξής:

9 Το άτομο του υδρογόνου έχει ένα μόνο ηλεκτρόνιο, οπότε δεν υπάρχουν απώσεις μεταξύ ηλεκτρονίων. Έτσι η ενέργεια του ηλεκτρονίου δεν επηρεάζεται από τον l και εξαρτάται μόνο από τον κύριο κβαντικό αριθμό n. Το ενεργειακό διάγραμμα για το άτομο του υδρογόνου έχει ως εξής: Παρατηρήστε ότι οι ενεργειακές στάθμες των υποστιβάδων της ίδιας στιβάδες ταυτίζονται, δηλαδή s=p=d=f. Επομένως οι διαφορετικές ενεργειακές στάθμες στις οποίες δύναται να βρεθεί το ηλεκτρόνιο στο άτομο του υδρογόνου είναι όσες οι διαφορετικές τιμές που μπορεί να πάρει ο n (1,2,3,4…..). H κβαντομηχανική επαληθεύει τον Bohr……….

10 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ Στα πολυηλεκτρονικά άτομα οι ενεργειακές στάθμες των υποστιβάδων της ίδιας στιβάδας είναι διαφορετικές με s

11 Αρχή ελάχιστης ενέργειας « Κατά την ηλεκτρονιακή δόμηση ενός πολυηλεκτρονιακού ατόμου, τα ηλεκτρόνια οφείλουν να καταλάβουν τροχιακά με την μικρότερη ενέργεια, ώστε να αποκτήσουν την μέγιστη σταθερότητα στη θεμελιώδη κατάσταση» Θυμηθείτε τον μνημονικό κανόνα που αφορά τις ενέργειες των τροχιακών………..

12 Εξαιρέσεις από την αρχή ελάχιστης ενέργειας 1η εξαίρεση: η αναστροφή 4s,3d και 5s,4d Ενώ κατά την δόμηση είναι 4s<3d, αφού τοποθετηθούν ηλεκτρόνια στην 3d, αυτή αποκτά μικρότερη ενέργεια από την 4s. Τα ίδια ισχύουν και για τις υποστιβάδες 5s,4d Παράδειγμα: Έστω ότι ζητείται η ηλεκτρονιακή δομή του 21 Sc. Ενώ κατά την δόμηση, σύμφωνα με την αρχή ελάχιστης ενέργειας, είναι: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1, αφού τοποθετηθεί ηλεκτρόνια στην 3d(έστω και ένα), τότε 3d<4s και η ηλεκτρονιακή δομή του Σκανδίου γίνεται: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 1 4s 2. Εφαρμογή: Να γράψετε την ηλεκτρονιακή δομή του 27 Co(κοβάλτιο)

13 2 η εξαίρεση-συμπληρωμένα τροχιακά(d 10) Oι συμπληρωμένες d υποστιβάδες παρουσιάζουν αυξημένη σταθερότητα. Έτσι αντί για την …4s 2 3d 9 που προβλέπεται κανονικά, προτιμάται η σταθερότερη δομή …4s 1 3d 10. Ανάλογα αντί για …5s 2 4d 9 έχουμε: …5s 1 4d 10. Παράδειγμα: η δομή του 29 Cu είναι: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 9 ⇨ (1η εξαίρεση αναστροφή) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 9 4s 2 ⇨ (2η εξαίρεση-d 10 ) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 Εφαρμογή: Να γραφεί η ηλεκτρονιακή δομή του 47 Ag

14 3 η εξαίρεση-ημισυμπληρωμένα d τροχιακά (d 5 ) Oι ημισυμπληρωμένες d υποστιβάδες παρουσιάζουν επίσης αυξημένη σταθερότητα. Έτσι αντί για την …4s 2 3d 4 που προβλέπεται κανονικά, προτιμάται η σταθερότερη δομή …4s 1 3d 5. Ανάλογα αντί για …5s 2 4d 4 έχουμε: …5s 1 4d 5. Παράδειγμα: η δομή του 24 Cr είναι: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 4 ⇨ (1η εξαίρεση αναστροφή) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 4 4s 2 ⇨ (3η εξαίρεση-d 5 ) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1 Εφαρμογή: να γραφεί η ηλεκτρονιακή δομή του 42 Μο

15 Ηλεκτρονιακή δομή ανιόντων Τα ανιόντα είναι αρνητικά ιόντα που έχουν προσλάβει ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια σε σχέση με το αντίστοιχο ουδέτερο άτομο. Τα επιπλέον ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν τροχιακά που ανήκουν στις αμέσως υψηλότερες ενεργειακές στάθμες, σύμφωνα με όσα γνωρίζουμε Παράδειγμα: Το ανιόν 16 S -2 έχει συνολικά 16+2=18 ηλεκτρόνια τα οποία κατανέμονται ως εξής: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 Εφαρμογή: να γίνει η ηλεκτρονιακή δομή του 35 Br -

16 Ηλεκτρονιακή δομή κατιόντων Τα κατιόντα είναι θετικά ιόντα που έχουν απωλέσει ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια σε σχέση με το αντίστοιχο ουδέτερο άτομο. Τα ηλεκτρόνια που αποβάλλονται εγκαταλείπουν τροχιακά με την υψηλότερη ενέργεια Παράδειγμα: Έστω ότι ζητείται η ηλεκτρονιακή δομή του 26 Fe +2 H δομή του ουδέτερου ατόμου είναι: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 ⇨ (1η εξαίρεση αναστροφή) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 Για να προκύψει το ιόν 26 Fe +2 πρέπει να απομακρυνθούν δυο ηλεκτρόνια. Αποβάλλονται λοιπόν τα δυο 4s ηλεκτρόνια, οπότε η δομή του 26 Fe +2 είναι 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 Εφαρμογή: να γίνει η ηλεκτρονιακή δομή του 29 Cu +

17 Κανόνας του Hund Μερικές φορές βολεύει να συμβολίζουμε τα τροχιακά με παύλες και τα ηλεκτρόνια που τοποθετούνται σε αυτά με βέλη είτε προς τα πάνω (αν το σπιν είναι +1/2 είτε προς τα κάτω αν το σπιν είναι -1/2 Π.χ με τον παρακάτω συμβολισμό δηλώνεται ότι έχουν τοποθετηθεί σε ένα 2s τροχιακό δυο ηλεκτρόνια με αντιπαράλληλα σπιν (Pauli) 2s2s

18 Μερικές φορές είναι βολικό να συμβολίζουμε τα τροχιακά με παύλες και τα ηλεκτρόνια με βελάκια, Πχ. 1s2s2p x 2p y 2p z κλπ. Εάν θέλουμε λοιπόν να τοποθετήσουμε ηλεκτρόνια σε ένα s τροχιακό, θα βάλουμε σε αυτό δυο ηλεκτρόνια με αντιπαράλληλα σπιν.

19 Τι γίνεται όμως όταν θέλουμε να τοποθετήσουμε τρία ηλεκτρόνια σε κενά τροχιακά μια p υποστιβάδας, πχ της 2p; Υπάρχουν οι εξής τρόποι: 2px2px 2py2py 2pz2pz Α) Β) 2px2px 2py2py 2pz2pz Γ) 2px2px 2py2py 2pz2pz 1 μονήρες ηλεκτρόνιο-συνολικό σπιν 1/2 3 μονήρη ηλεκτρόνια-συνολικό σπιν 1/2 3 μονήρη ηλεκτρόνια-συνολικό σπιν 3/2 Ποιος είναι ο προτιμητέος;

20 Kανόνας του Hund «Ηλεκτρόνια που καταλαμβάνουν τροχιακά της ίδιας ενέργειας( άρα της ίδιας υποστιβάδας) έχουν κατά προτίμηση παράλληλα σπιν» (και άρα μέγιστο συνολικό σπιν) Προφανώς ένα άτομο που έχει συμπληρωμένες όλες του τις υποστιβάδες δεν διαθέτει μονήρη ηλεκτρόνια Τα μονήρη ηλεκτρόνια θα πρέπει να αναζητηθούν σε μη συμπληρωμένες υποστιβάδες ….

21 Παραδείγματα Πόσα μονήρη ηλεκτρόνια διαθέτει το άτομο του 8 Ο; 8 Ο: 1s 2 2s 2 2p 4,άρα το οξυγόνο δεν έχει συμπληρωμένη την υποστιβάδα p. Τα 4 ηλεκτρόνια τοποθετούνται στα 3p τροχιακά ως εξής: pxpx pypy pzpz Άρα το 8 Ο διαθέτει 2 μονήρη ηλεκτρόνια Εφαρμογή: Πόσα μονήρη ηλεκτρόνια διαθέτει το 27 Co;


Κατέβασμα ppt "Αρχή ηλεκτρονιακής δόμησης (aufbau) Απαγορευτική αρχή Pauli Αρχή ελάχιστης ενέργειας Κανόνας του Hund."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google