Aatomiehitus Aatomid, nende päritolu, millest nad koosnevad Aatomite ehitus ja Mendelejevi tabel Kvantmehhaanika alused Keemiline side Molekulide ruumiline struktuur ja omadused

Aatomis on elektronid, prootonid ja neutronid Aatomis on elektronid, prootonid ja neutronid. Aatomi planetaarne mudel – valguse neeldumine ja kiirgamine, keemilised reaktsioonid…

Prootonid, neutronid, elektronid ja footonid – “kvantmehaanilised mikroosakesed”

He

Kaks aatomi mudelit – osakeste ja lainete mudelid

Suur pauk

Universumi ajalugu

Aineehitus, aatomiehitus – kõige parem tutvuda avastuste ajaloo kaudu 1897 – J.J. Thomson

Katoodkiired - elektronid

Valgus – lained: valget valgust on võimalik lahutada spektriks Newton 1671 (Goethe – Theory of Colors)

Valge valguse lahutamine spektriks prisma abil – selge tunnistus valguse laineiseloomust

Absoluutselt must keha – keha, mis neelab kõik temale langenud valguse Pliidirõngas on absoluutselt must keha. Kui absoluutselt musta keha soojendada, siis hakkab ta kiirgama: madalal temperatuuril infrapunaseid kiiri, kõrgemal temperatuuril nähtavat valgust ja UV laineid. http://www.mhhe.com/physsci/astronomy/applets/Blackbody/frame.html

Absoluutselt musta keha kiirgus Valgus on kvandid: Absoluutselt musta keha kiirgus E = hν

Erinevate temperatuurideni kuumutatud absoluutselt musta keha NB Erinevate temperatuurideni kuumutatud absoluutselt musta keha NB! pidev kiirgusspekter

Valgus on kvandid: Fotoelektronid Einsteini valem: Ekin + A = hν Fotoelektronide tekkel on “punapiir“ – λmax= ----- Fotoefekti uuris eksperimentaalselt Stoletov hc A

Aatomiehitus määrab joonspektrid

Päikesespektris mustad jooned – nii avastati heelium

Kuidas seletada aatomite joonspektreid? Aatomite ehitus. Rutherford’i katse http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/rutherford/ http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/essentialchemistry/flash/ruther14.swf Bohr’i aatomi mudel http://www.colorado.edu/physics/2000/quantumzone/bohr.html http://www.lon-capa.org/~mmp/kap29/Bohr/app.htm Elektronid asetsevad (vesiniku)aatomis statsionaarsetel orbiitidel – liikudes statsionaarsetel orbiitidel ei kiirga ega neela nad energiat Energia (valguskvantide) neelamine ja kiirgamine toimub elektronide momentaalsel üleminekul ühelt statsionaarselt orbiidilt teisele

Bohr’i aatom ja spektraaljoonte seeriad – Lyman, Balmer, Paschen

Vesiniku joonspektri seletus Bohr’i aatomis

Miks on Bohr´i orbiidid stabiilsed - statsionaarsed? L. de Broglie hüpotees: - Planck ja Einstein – valgus (lainetus) on kvandid (osakesed), de Broglie postuleeris, et kõikide osakestega on seotud ka lained – λ=h/mv (h=6.626x10-36J.s) – statsionaarsed on orbiidid, kus tekivad seisvad lained – “korpuskulaar-laineline dualism”:

L. de Broglie

Kvantosake potentsiaaliaugus Aatom kui harf – elektronid kui võnkuvad keeled Elektronide käitumist kirjeldab lainefunktsioon

Kvantarvud: n, l, m, s Kvantarvude valikureeglid: n=1,2,3... l=0,1,..,n-1 m=-l,-l+1,...,l s=+/-1/2

Young´i kahepilu eksperiment: http://micro.magnet.fsu.edu/primer/java/interference/doubleslit/

Kahe pilu interferents: Mikroosakesed on “imelikud”: http://www.whatthebleep.com/trailer/doubleslit.wm.low.html Kahe pilu interferents: interferentspildi saab ka siis, kui elektrone “tulistada” ükshaaval Kõige selgem eksperimentaalne tõestus – iga elektron on laine

Kahe pilu eksperiment mikroosakestega (kvantosakestega)

Schrödinger’i kass

Peakvantarv (n) – määrab ära elektronkihi, millest antud elektroni leida võib Orbitaalkvantarv (l) – määrab ära orbitaali kuju (sümmeetria) Magnetkvantarv (m) – määrab ära elektronide käitumise magnetväljas (kuidas lõhenevad orbitaalkvantarvuga l määratud energianivood magnetväljas) Spin (s) – omab väärtusi +/-1/2 ja iseloomustab elektroni “sisemist” magnetmomenti (on tingitud elektronpilve “pöörlemisest”)

Kvantarv l määrab orbitaali, elektronpilve kuju: l=0 s-eletronid - 1 “pilv” orbitaal l=1 p-elektronid – 3 orbitaali l=2 d-elektronid – 5 orbitaali l=3 f-elektronid – 7 orbitaali... Orbitaalide geomeetria (kuju) määrab aatomite omadused ja molekulide struktuuri s-orbitaal

Kvantarv l määrab orbitaali, elektronpilve kuju: l=0 s-eletronid - 1 “pilv” orbitaal l=1 p-elektronid – 3 orbitaali l=2 d-elektronid – 5 orbitaali l=3 f-elektronid – 7 orbitaali... Orbitaalide geomeetria (kuju) määrab aatomite omadused ja molekulide struktuuri s-orbitaal

p-orbitaalid

d-orbitaalid

Kõikidel elektronidel on orbitaalid – kõik elektronid on iseloomuliku kujuga “pilved”

Keemilised sidemed: ioonsed kovalentsed vesiniksidemed ... Kovalentsed sidemed tekivad a) kui aatomite väliste elektronkihtide paardumata elektronid moodustavad molekulis ühised elektronpaarid b) kui aatomite väliste elektronkihtide paardumata elektronide orbitaalid “kattuvad” ning moodustavad ühise molekulaarse orbitaali

Kovalentse sideme “energeetika”

Elektronid on osakesed! Lewis’i keemilise sideme tekkimise teooria –väliste elektronkatete lõpuni täitumise teooria. Sobib seletama nii ioonsete kui kovalentsete sidemete teket. Elektronid on osakesed!

Lewis’e skeem kovalentsete sidemete tekkimise kohta

Tegelikult vee molekuli struktuuri Lewis’e teooriast ei saa

Molekulaarorbitaalide teooria annab õige geomeetria

Lewis’e teooria ei seleta molekulide ruumilist struktuuri NB! NB! Molekulide struktuuride määramiseks on vajalik arvestada elektronide lainefunktsioonide kujuga – ühised molekulaarsed pilved arvestavad neid moodustavate elektronide pilvede kujuga

Kvantarv l määrab orbitaali, elektronpilve kuju: l=0 s-eletronid - 1 “pilv” orbitaal l=1 p-elektronid – 3 orbitaali l=2 d-elektronid – 5 orbitaali l=3 f-elektronid – 7 orbitaali... Orbitaalide geomeetria (kuju) määrab aatomite omadused ja molekulide struktuuri s-orbitaal

Hübridisatsioon on vajalik keerukamate orgaaniliste molekulide struktuuride mõistmiseks hübridisatsioon on lähedase energiaga elektronide orbitaalide “kombineerumine” samas aatomis, hübridisatsiooni käigus tekivad uute omadustega ühesugused orbitaalid – elektronid (matemaatiliselt kirjeldatakse lainefunktsioonide kombinatsioonidega) sp-hübridisatsioon, sp2-hübridisatsioon, sp3-hübridisatsioon,agahübridiseeruda võivad ka teised orbitaalid...

Vee struktuur hübridiseerunud hapniku orbitaalide arvestamisega

CHNO – hübridiseeruvad s- ja p-orbitaalid

sp-hübridisatsioon: hübridiseeruvad üks s- ja üks p-orbitaal, tekivad kaks sp-orbitaali, mis asetsevad samal joonel. sp-hübridisatsioon esineb C2H2 molekulides

sp2-hübridisatsioon: hübridiseeruvad üks s- ja kaks p-orbitaali, sp2 hübriidorbitaalid asuvad samal tasapinnal, nurk nende vahel on 120º. sp2-hübridisatsioon esineb benseenis, grafiidis,C2H4 jne

Benseen – sp2-hübridisatsioon ja konjugeeritud kaksiksidemed

sp3-hübridisatsioon: hübridiseeruvad üks s- ja kolm p-orbitaali, hübridiseerunud orbitaalid astsevad tetraeedriliselt. sp3-hübridisatsioon esineb CH4, C2H6, teemandis, H2O, NH3 jne. NB! “jänese kõrvad” Etaan – C2H6

C2H4

Teemant ja grafiit – sp3 hübridisatsioon teemandis, sp2 hübridisatsioon grafiidis

Vesiniksidemete võrgustik vees