ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΕΦ.1: 1.1 ΑΤΟΜΙΚΟ ΠΡΟΤΥΠΟ BOHR (α) ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ ΑΤΟΜΙΚΟ ΠΡΟΤΥΠΟ BOHR. 1913BOHR 1η ΣΥΝΘΗΚΗ (MHXANIKH): Τα ηλεκτρόνια περιφέρονται.

Παρουσίαση με θέμα: "ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΕΦ.1: 1.1 ΑΤΟΜΙΚΟ ΠΡΟΤΥΠΟ BOHR (α) ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ ΑΤΟΜΙΚΟ ΠΡΟΤΥΠΟ BOHR. 1913BOHR 1η ΣΥΝΘΗΚΗ (MHXANIKH): Τα ηλεκτρόνια περιφέρονται."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΕΦ.1: 1.1 ΑΤΟΜΙΚΟ ΠΡΟΤΥΠΟ BOHR (α) ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ ΑΤΟΜΙΚΟ ΠΡΟΤΥΠΟ BOHR. 1913BOHR 1η ΣΥΝΘΗΚΗ (MHXANIKH): Τα ηλεκτρόνια περιφέρονται γύρω από τον πυρήνα σε καθορισμένες τροχιές. Κάθε τροχιά έχει καθορισμένη (κβαντισμένη) ενέργεια 1. Αν για τις μεταπτώσεις L  K, M  L, M  K, εκπέμπονται ακτινοβολίες συχνοτήτων f 1, f 2, f 3 αντίστοιχα, τότε ποιες από τις παρακάτω σχέσεις ισχύουν; a) f 1 =f 2 =f 3, b) f 1 =f 2 +f 3, c) f 3 =f 1 +f 2, d) f 1 >f 2 >f 3, e) f 3 >f 2 >f 1, f) λ 3 λ 2 >λ 1, h) ΔE 3 =ΔE 2 +ΔE 1 2.Είναι σωστές (Σ) ή λανθασμένες (Λ) οι προτάσεις που ακολουθούν; ι) Το φάσμα εκπομπής του ατόμου του υδρογόνου θα αποτελείται από μία μόνο γραμμή που αντιστοιχεί δηλ. σε μία μόνο συχνότητα εκπομπής. ιι) Όταν στο άτομο του υδρογόνου ο κύριος κβαντικός αριθμός (n) διπλασιάζεται τότε διπλασιάζεται και η ενέργεια του ηλεκτρονίου. ιιι) Αν το άτομο του υδρογόνου για την διέγερση του από την θεμελιώδη κατάσταση απορροφά φωτόνιο συχνότητας f τότε κατά την αποδιέγερσή του θα εκπέμπει φωτόνιο ίδιας συχνότητας. 3.Αν οι ενέργειες του ηλεκτρονίου του ατόμου του υδρογόνου για τις στιβάδες Κ και Μ είναι αντίστοιχα Ε 1 και Ε 3 να υπολογίσετε τη σχέση Ε 1 :Ε 3. Για το άτομο του υδρογόνου (ή υδρογονοειδή ιόντα) η συνολική ενέργεια ηλεκτρονίου είναι: E n =(-2,18.10 -18 ) /n 2. (n είναι ο αριθμός της στιβάδας) 2η ΣΥΝΘΗΚΗ (ΟΠΤΙΚΗ): Το ηλεκτρόνιο εκπέμπει ενέργεια υπό μορφή ακτινοβολίας μόνο όταν μεταπηδά από τροχιά υψηλής ενέργειας σε τροχιά χαμηλότερης ενέργειας. (Αποδιέγερση) 1900: Max Plank. H ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, άρα και το φως εκπέμπεται, όχι με συνεχή τρόπο αλλά κατά καθορισμένες ποσότητες (κβάντα). Τα κβάντα φωτός ονομάζονται φωτόνια. Η ενέργεια που μεταφέρεται από κάθε φωτόνιο είναι ανάλογη με τη συχνότητα της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας (ν) και δίνεται από τη σχέση: E=h.f (h=6,63.10 -34 J.s) H ενέργεια που εκπέμπεται από τη μετάπτωση αυτή του ηλεκτρονίου δίνεται από τη σχέση: ΔΕ=|E f -E i |=h.f (ΔΕ: Το ποσό ενέργειας που εκλύεται ή απορροφάται. Εf, Ei: Ενέργεια ηλεκτρονίου στην τελική και αρχική ενεργειακή στάθμη αντίστοιχα) ΛΕΩΝΙΔΑ ΤΖΙΑΝΟΥΔΑΚΗ Το αρνητικό πρόσημο δηλώνει ότι όσο αυξάνει το n, δηλ. η απόσταση του ηλεκτρονίου από τον πυρήνα τόσο αυξάνεται η ενέργειά του, ή ότι απαιτείται ενέργεια για την απομάκρυνσή του από το πεδίο έλξης του πυρήνα..

2 ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΕΦ.1: 1.1 ΑΤΟΜΙΚΟ ΠΡΟΤΥΠΟ BOHR (β) ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ ΘΕΜΕΛΙΩΔΗΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ατόμου είναι η κατάσταση χαμηλότερης ενέργειας για το άτομο, στην οποία τα ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν «θέσεις» ελάχιστης δυνατής ενέργειας. 4.Ποια από τα παρακάτω μεγέθη είναι κβαντισμένα; α) Οι αποστάσεις των στιβάδων από τον πυρήνα. β) Η ενέργεια των φωτονίων που εκπέμπονται από την αποδιέγερση ατόμου. γ) Η απόσταση αεροσκάφους από την επιφάνεια της θάλασσας. δ) Το ηλεκτρικό φορτίο. ε) Το βάρος μιας πέτρας. 5.Πόση ενέργεια μεταφέρεται από ένα mol φωτονίων πράσινης ακτινοβολίας, μήκους κύματος 500 nm; Δίνονται: (h=6,63.10 -34 J.s, ταχύτητα φωτός: c=3. 10 8 m/s, σταθερά Αvogadro N A =6,023. 10 23 ) 6.Είναι σωστές (Σ) ή λανθασμένες (Λ) οι προτάσεις που ακολουθούν; ι) Στη θεμελιώδη κατάσταση το άτομο του υδρογόνου δεν μπορεί να εκπέμψει ακτινοβολία. ii)H ελάχιστη ενέργεια που απαιτείται για την διέγερση ατόμου υδρογόνου από την θεμελιώδη κατάσταση είναι ίση με 2,18.10 -18 J. ΑΔΥΝΑΜΙΕΣ ΤΟΥ ΠΡΟΤΥΠΟΥ BOHR 1)Δεν μπορεί να ερμηνεύσει τα φάσματα εκπομπής των πολυηλεκτρονικών ατόμων 2) Αδυνατεί να ερμηνεύσει τον χημικό δεσμό. 3) Σύμφωνα με την Ηλ/μαγνητική θεωρία το «περιστρεφόμενο» ηλεκτρόνιο έπρεπε να χάνει ενέργεια εφόσον έχει επιτάχυνση. Παρόλα αυτά το άτομο έχει σταθερή ενέργεια. 4)Η αρχή αβεβαιότητας δεν δέχεται την κίνηση ηλεκτρονίου σε καθορισμένες τροχιές με ακριβή θέση και ταχύτητα όπως προβλέπει η θεωρία του Bohr. ΙΟΝΤΙΣΜΟΣ : Όταν ένα ηλεκτρόνιο αποκτήσει ενέργεια Ε f =0, δηλαδή αποσπασθεί από το άτομο οπότε η έλξη του πυρήνα γίνεται μηδενική, τότε το άτομο ιοντίζεται. Στην περίπτωση αυτή ισχύει: ΔΕ=|Ε f -E i | = E i Π.χ. Η ενέργεια που απαιτείται για να ιοντισθεί το άτομο υδρογόνου που βρίσκεται σε Θ.Κ. είναι Ε=|Ε 1 |= 2,18.10 -18 J ΛΕΩΝΙΔΑ ΤΖΙΑΝΟΥΔΑΚΗ Το άτομο του υδρογόνου βρίσκεται σε θεμελιώδη κατάσταση όταν το ηλεκτρόνιο βρίσκεται στην στιβάδα Κ (n=1) Το άτομο αν έχει ενέργεια υψηλότερη της θεμελιώδους βρίσκεται σε διεγερμένη κατάσταση. Πχ άτομο υδρογόνου με το ηλεκτρόνιο σε στιβάδα L, M κλπ 1) Υπενθυμίζεται η σχέση που συνδέει το μήκος κύματος ακτινοβολίας (λ) με την συχνότητά της (f): c=λ. f, όπου c είναι η ταχύτητα του φωτός

3 ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΕΦ.1: 1.2 ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΥΛΗΣ, ΑΡΧΗ ΑΒΕΒΑΙΟΤΗΤΑΣ Δύο νέες θεωρίες βελτιώνουν τις αντιλήψεις για το άτομο Θεωρία de BroglieΘεωρία de Broglie: Το φωτόνιο όπως και κάθε κινούμενο σωματίδιο, π.χ. ηλεκτρόνιο, παρουσιάζει διττή φύση, δηλαδή σωματιδίου (κβάντα) και κύματος (ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία) 7.Είναι σωστές (Σ) ή λανθασμένες (Λ) οι προτάσεις που ακολουθούν; Ι)Το ηλεκτρόνιο συμπεριφέρεται σαν κύμα μόνο όταν κινείται. ΙΙ) Μια κινούμενη μπάλα ποδοσφαίρου εμφανίζει εντονότερη κυματική υπόσταση από ένα φωτόνιο. ΙΙΙ) Όσο μεγαλύτερη η ακρίβεια υπολογισμού της θέσης ενός ηλεκτρονίου, τόσο μεγαλύτερη η αβεβαιότητα της ορμής του. IV)Ηλεκτρόνιο μεγάλης ταχύτητας έχει μικρό μήκος κύματος. V)Ηλεκτρόνιο και νετρόνιο εφόσον κινούνται με την ίδια ταχύτητα έχουν ίδιο μήκος κύματος κατά de Broglie. 8. Να υπολογισθεί το μήκος κύματος στο οποίο αντιστοιχεί η κίνηση του ηλεκτρονίου στο άτομο του υδρογόνου σε θεμελιώδη κατάσταση. Δίνονται: ταχύτητα περιστροφής ηλεκτρονίου u=2,18.10 24 m.s -1, μάζα ηλεκτρονίου m=9,1.10 -31 kg, και h=6,626.10 -34 J.s. Το μήκος κύματος σωματιδίου μάζας m που κινείται με ταχύτητα u δίνεται από τη σχέση: λ=h/(m.u). Αρχή αβεβαιότητας (Heisenberg): Αρχή αβεβαιότητας (Heisenberg): Είναι αδύνατος ο προσδιορισμός με ακρίβεια συγχρόνως της θέσης και της ορμής ενός μικρού κινούμενου σωματιδίου π.χ. ηλεκτρονίου Εξίσωση Schrodinger:H εξίσωση Schrodinger αποτελεί το μαθηματικό υπόβαθρο των νέων αντιλήψεων περί ατόμου. Διατυπώθηκε για να περιγράψει το άτομο του υδρογόνου αλλά μπορεί να εφαρμοσθεί και σε πολυηλεκτρονιακά άτομα με κατάλληλες προσεγγίσεις. Με την επίλυση της εξίσωσης “S” ουσιαστικά υπολογίζεται η ενέργεια του ηλεκτρονίου και η προσδιορίζεται η πιθανότητά εύρεσής του σε ορισμένο χώρο. Επομένως είναι ορθό να αναφερόμαστε σε πιθανότητα εύρεσης του ηλεκτρονίου κάπου στο χώρο, παρά σε ορισμό θέσης και ταχύτητάς του ταυτόχρονα. ΛΕΩΝΙΔΑ ΤΖΙΑΝΟΥΔΑΚΗ Ο κυματικός χαρακτήρας εκδηλώνεται εντονότερα σε σωματίδια μικρής μάζας που κινούνται με μεγάλη ταχύτητα. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ

4 ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΕΦ.1: 1.3 ΑΤΟΜΙΚΟ ΤΡΟΧΙΑΚΟ- ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑΚΟ ΝΕΦΟΣ (α) ΑΤΟΜΙΚΑ ΤΡΟΧΙΑΚΑ: Η επίλυση της εξίσωσης «S» δίνει τις κυματοσυναρτήσεις ψ (χ,y,z) που προσδιορίζουν την ενέργεια και τη πιθανότητα εύρεσης του ηλεκτρονίου σε ορισμένο χώρο και ονομάζονται ΑΤΟΜΙΚΑ ΤΡΟΧΙΑΚΑ 9.Σημειώστε (Σ) στις σωστές και (Λ) στις λανθασμένες προτάσεις: Α) Ατομικό τροχιακό είναι η τροχιά στην οποία κινείται το ηλεκτρόνιο.  Β) Ένα ατομικό τροχιακό στο άτομο του υδρογόνου μπορεί να έχει 0, 1 ή 2 ηλεκτρόνια.  Γ) Ένα ατομικό τροχιακό στο άτομο του υδρογόνου μπορεί να έχει 0, ή 1 ηλεκτρόνια.  Δ) Στις περιοχές μεγάλης πυκνότητας του ηλ. νέφους υπάρχει μεγαλύτερη πιθανότητα εντοπισμού του ηλεκτρονίου.  Ε) Σε σημείο Α με ψ 2 =0,02 έχει διπλάσια πιθανότητα να βρεθεί το ηλεκτρόνιο σε σχέση με σημείο Β που έχει ψ 2 =0,01. Στ) Το ατομικό τροχιακό είναι ο χώρος στον οποίο βρίσκεται το ηλεκτρόνιο.  To ψ ενώ δεν έχει άμεση φυσική σημασία αποτελεί ένδειξη απουσίας (ψ=0) ή παρουσίας (ψ≠0) του ηλεκτρονίου. Το ψ 2 εκφράζει τη πιθανότητα εύρεσης του ηλεκτρονίου σε ορισμένο σημείο του χώρου γύρω από τον πυρήνα, δηλαδή την πυκνότητα του ηλεκτρονιακού νέφους γύρω από τον πυρήνα. ΑΤΟΜΙΚΟ ΤΡΟΧΙΑΚΟ: Με διαφορετική προσέγγιση, αν και υπεραπλουστευμένα θα μπορούσε να ορισθεί σαν τρισδιάστατος προσανατολισμένος χώρος στον οποίο υπάρχει αυξημένη πιθανότητα να βρεθεί κάποια στιγμή το ηλεκτρόνιο Σχηματική απεικόνιση του ηλ. νέφους στο μη διεγερμένο άτομο του υδρογόνου. Α) Με στιγμές, β) με πυκνότητα χρώματος, γ) Με οριακές καμπύλες. 1) Τα ατομικά τροχιακά μπορούν να είναι και κενά ηλεκτρονίων, ενώ το ηλεκτρονικό νέφος δεν νοείται κενό ηλεκτρονίου. 2)Κάθε τροχιακό μπορεί να «φιλοξενήσει» το πολύ 2 ηλεκτρόνια ΛΕΩΝΙΔΑ ΤΖΙΑΝΟΥΔΑΚΗ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ Το ηλεκτρ. νέφος παριστάνει τα σημεία του χώρου γύρω από τον πυρήνα στα οποία υπάρχει πολύ μεγάλη πιθανότητα να βρεθεί το ηλεκτρόνιο.

5 ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΕΦ.1: 1.3 ΑΤΟΜΙΚΟ ΤΡΟΧΙΑΚΟ- ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑΚΟ ΝΕΦΟΣ (β) 10.Συμπληρώστε τις προτάσεις: α) Το ατομικό τροχιακό 2px έχει ίδιο ….. και ….. με το ατομικό τροχιακό 3px, αλλά ……. μέγεθος. β) Τα ατομικά τροχιακά 2px και 2pz διαφέρουν ως προς ……… γ) Τα τροχιακά …… δεν είναι προσανατολισμένα. ΚΛΑΣΣΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ: Α. Από τη ΒΕΒΑΙΟΤΗΤΑ ως προς τη θέση και τη ταχύτητα του ηλεκτρονίου, περνούμε …. Β. Αντί για συγκεκριμένη θέση ηλεκτρόνιου, αναφερόμαστε Γ. Αντί για κίνηση του ηλεκτρονίου σε συγκεκριμένη κυκλική τροχιά, Συνοψίζοντας τις βασικές αλλαγές της κλασσικής αντίληψης περί ατόμου με τις νέες αντιλήψεις της κβαντομηχανικής: ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ: Στην ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΑ ως προς τη θέση και την ταχύτητα του ηλεκτρονίου (ΑΒΕΒΑΙΟΤΗΤΑ) Σε ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑΚΟ ΝΕΦΟΣ, δηλαδή πιθανές θέσεις ηλεκτρονίου Αναφερόμαστε σε κίνηση του ηλεκτρονίου σε ΤΡΟΧΙΑΚΟ Ατομικά τροχιακά 1S, 2S και 3S Ατομικά τροχιακά p Απεικόνιση ατόμου με τα ηλεκτρόνια να καταλαμβάνουν 1S, 2S και 2p ατομικά τροχιακά. ΛΕΩΝΙΔΑ ΤΖΙΑΝΟΥΔΑΚΗ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ Τα ατομικά τροχιακά s έχουν σφαιρική συμμετρία και επομένως δεν έχουν συγκεκριμένο προσανατολισμό.

6 Σχετίζεται με το σχήμα του ατομικού τροχιακού. Είναι ενδεικτικός της άπωσης μεταξύ ηλεκτρονίων (Αύξηση l => αύξηση δυνάμεων) Όσο μεγαλύτερος είναι ο n τόσο μεγαλύτερη η απόσταση του ηλεκτρονίου από τον πυρήνα, δηλ το μέγεθος του ατομικού τροχιακού, καθώς και η ενέργεια του ηλεκτρονίου. Είναι ενδεικτικός της έλξης πυρήνα – ηλεκτρονίου (Αύξηση n => μείωση ελκτικής δύναμης) ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΕΦ.1: 1.4 ΚΒΑΝΤΙΚΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ (α) Οι κβαντικοί αριθμοί είναι 4 και αποτελούν την «ενεργειακή ταυτότητα» κάθε ηλεκτρονίου ΚΥΡΙΟΣ ΚΒΑΝΤΙΚΟΣ ΑΡΙΘΜΟΣ (n) : Παίρνει τιμές : 1,2, 3, … Φανερώνει: Αριθμό στιβάδας (K, L, M, N …) 11.Σημειώστε (Σ) στις σωστές και (Λ) στις λανθασμένες προτάσεις: α) Όλα τα ηλεκτρόνια της ίδιας στιβάδας έχουν ίδιο κύριο κβαντικό αριθμό. □  β) Όλα τα ηλεκτρόνια του ίδιου τροχιακού, έχουν ίδιους τον κύριο και δευτερεύοντα κβαντικό αριθμό, διαφέρουν όμως στο μαγνητικό. □ γ) Τα δύο ηλεκτρόνια του τροχιακού 2S έχουν τετράδες κβαντικών αριθμών (2,1,0,+1/2) και (2,1,0 και –1/2). □  δ) Όταν δύο ηλεκτρόνια έχουν τρεις κβαντικούς αριθμούς ίδιους, τότε ανήκουν στο ίδιο τροχιακό. □  12. Συμπληρώστε τις προτάσεις: α) Ηλεκτρόνιο με τετράδα κβαντικών αριθμών (2,1,0, +1/2), ανήκει στην …..στιβάδα, στην ……υποστιβάδα και το τροχιακό…. β) Όταν ο δευτερεύων κβαντικός αριθμός πάρει την τιμή 2, τότε ο κύριος κβαντικός αριθμός μπορεί να είναι …, ο μαγνητικός κβαντικός …..και ο κβαντικός του spin ….. Δευτερεύων ή αζιμουθιακός αριθμός (l) ): Παίρνει τιμές: 0,1, 2, … (n-1). (Π.χ. δια n=3, l: 0,1 ή 2) Φανερώνει: Είδος υποστιβάδας (Δια l=0, υποστιβάδα s, Δια l=1, υποστιβάδα p Δια l=2, υποστιβάδα d, Δια l=3, υποστιβάδα f κλπ) Μαγνητικός κβαντικός αριθμός (m l ): Παίρνει τιμές: -l, …., 0, ….. +l. (π.χ. για l=2, ml: -2, -1, 0, 1, 2) Σε συνδυασμό και με τους δύο άλλους φανερώνει ατομικό τροχιακό Κβαντικός αριθμός του spin (m s ): Παίρνει τιμές: +1/2, -1/2 Σχετίζεται με τον προσανατολισμό του ατομικού τροχιακού. Σχετίζεται με τη δεξιόστροφη ή αριστερόστροφη αυτοπεριστροφή του ηλεκτρονίου ΛΕΩΝΙΔΑ ΤΖΙΑΝΟΥΔΑΚΗ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ mlml 10 Τροχιακό p pxpx pzpz pypy

7 ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΕΦ.1: 1.4 ΚΒΑΝΤΙΚΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ (β) Ένα παράδειγμα: Να προσδιορισθούν όλοι οι κβαντικοί αριθμοί των ηλεκτρονίων της 3ης ηλεκτρονικής στιβάδας (n=3) 13.Ποιες από τις παρακάτω τριάδες κβαντικών αριθμών είναι αποδεκτές; Ποια υποστιβάδα ορίζουν οι αποδεκτές τιμές; nl ml Υποστιβάδα α) 22 0 …….. β) 31 1 ……… γ) 41 -2 ……… δ) 32 -2 ……… 14.Πόσα τροχιακά απαρτίζουν την υποστιβάδα 6p και πόσα την 3p; …… ……. 15.Είναι σωστές ή λανθασμένες οι προτάσεις που ακολουθούν; ι) Το τροχιακό 1S για το άτομο του Η μπορεί να είναι και κενός χώρος. □  ιι) Για n=3 και l=0 ορίζεται ένα μόνο ατομικό τροχιακό. □  16. Συμπληρώστε την πρόταση: Η τριάδα (n=3, l=2, ml=1) αναφέρεται σε …. τροχιακά που περιέχουν το πολύ ….ηλεκτρόνια. 17.Αναγνωρίστε τις επιτρεπτές τετράδες κβαντικών αριθμών, υπογραμμίζοντας τις: A) (3,2,0,-1/2), B) (2,2,1,+1/2), Γ) (1,0,-1,+1/2), Δ) (2,1,0,-1/2) n lmlms Αριθμός ηλεκτρονίων (max) 30 (3s) 0(+1/2, -1/2)2 1 (3p) -1 (3py) (+1/2, -1/2)2 0 (3pz) (+1/2, -1/2)2 1 (3px) (+1/2, -1/2)2 2 (3d)-2 (+1/2, -1/2)2 -1 (+1/2, -1/2)2 0 (+1/2, -1/2)2 1 (+1/2, -1/2)2 2 (+1/2, -1/2)2 ΛΕΩΝΙΔΑ ΤΖΙΑΝΟΥΔΑΚΗ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ

8 ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΕΦ.1: 1.4 ΚΒΑΝΤΙΚΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ (γ) Προσέξτε τον πίνακα: 15.Συμπληρώστε τις προτάσεις: ι) Το πλήθος των ατομικών τροχιακών που περιέχει μια υποστιβάδα d είναι ….. Και περιέχονται σ’ αυτήν το πολύ …. ηλεκτρόνια. ιι) Ο συνδιασμός n=3, l=2 χαρακτηρίζει …. υποστιβάδες και …. τροχιακά. ιιι) Ο μέγιστος αριθμός ηλεκτρονίων που χαρακτηρίζονται από n=2 και l=1 είναι ….. 16.Συμπληρώστε και αντιστοιχήστε τις υποστιβάδες της πρώτης στήλης με τα ζεύγη (n,l) της δεύτερης στήλης: 2…3,1 …p2,0 …d4,2 17.Σημειώστε (Σ) για τις σωστές και (Λ) για τις λανθασμένες προτάσεις: α) Τροχιακά με l=1 έχουν σφαιρική συμμετρία. □  β) Τα τροχιακά 2px και 3py διαφέρουν και στο μέγεθος και στον προσανατολισμό.  □ Ο αριθμός των τροχιακών που υπάρχουν σε δεδομένη υποστιβάδα είναι σταθερός και δεν εξαρτάται από την στιβάδα. Π.χ. τόσο η υποστιβάδα 2p όσο και η υποστιβάδα 3p φέρουν 3 τροχιακά κάθε μια. ΛΕΩΝΙΔΑ ΤΖΙΑΝΟΥΔΑΚΗ Δευτερεύων κβ. αριθμός (l) ΥποστιβάδαΑριθμός τροχιακών Μέγ. αριθμός ηλεκτρονίων 0S12 1p36 2d51010 Η 1η στιβάδα έχει μια υποστιβάδα (1s). Η 2η στιβάδα έχει δύο υποστιβάδες (2s, 2p) Η 3η στιβάδα έχει τρεις υποστιβάδες (3s, 3p, 3d) H n-στη στιβάδα έχει n υποστιβάδες. Ο αριθμός των τροχιακών της n-στης στιβάδας είναι n 2. Π.χ. δια n=3 έχουμε 1 τροχιακό 3s, 3 τροχιακά 3p και 5 τροχιακά 3d. Σύνολο:9 Ο μέγιστος αριθμός ηλεκτρονίων που μπορεί να δεχθεί η n-στή στιβάδα είναι 2n 2. Π.χ. η τρίτη δέχεται το πολύ 2.3 2 =18 ηλεκτρόνια. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ

9 ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥΚΕΦ.1: 1.5 ΑΡΧΕΣ ΔΟΜΗΣΗΣ ΠΟΛΥΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑΚΩΝ ΑΤΟΜΩΝ (α) ΑΡΧΗ ΗΛ. ΔΟΜΗΣΗΣ  Απαγορευτική αρχή PAULLI (Aufbau)  Αρχή ελάχιστης ενέργειας  Κανόνας του Hund ΛΕΩΝΙΔΑ ΤΖΙΑΝΟΥΔΑΚΗ 1. ΑΠΑΓΟΡΕΥΤΙΚΗ ΑΡΧΗ ΤΟΥ PAULLI: Είναι αδύνατο να υπάρχουν στο ίδιο άτομο δύο ηλεκτρόνια με ίδια τετράδα κβαντικών αριθμών ΣΥΝΕΠΕΙΑ: Ένα τροχιακό (που καθορίζεται από κοινή τριάδα κβαντικών αριθμών), δεν μπορεί να δεχθεί περισσότερα από 2 ηλεκτρόνια. ΠΙΝΑΚΑΣ: Πλήρωση στιβάδων, υποστιβάδων και τροχιακών με ηλεκτρόνια Η ενέργεια του ηλεκτρονίου καθορίζεται από δύο παράγοντες: α) Την ΕΛΞΗ ΠΥΡΗΝΑ-ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟΥ (-Ε1) που καθορίζεται από τον κύριο κβαντικό αριθμό n. (Μικρός n  μικρή Ε1) β) Την ΑΠΩΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ-ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟΥ (Ε2) που καθορίζεται από τον δευτ. κβαντικό αριθμό l. (Μικρό l  μικρό Ε2) 2. ΑΡΧΗ ΕΛΑΧΙΣΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ: Κατά την ηλεκτρονιακή δόμηση τα τροχιακά μικρότερης ενέργειας πρέπει καταλαμβάνονται κατά προτεραιότητα από τα ηλεκτρόνια. Η δομή αντιστοιχεί στην ελάχιστη δυνατή ενέργεια του συστήματος. Ειδικότερα: α) Όσο μικρότερο είναι το άθροισμα (n+l) για τη υποστιβάδα, τόσο μικρότερη είναι η ενέργειά της β) Μεταξύ δύο υποστιβάδων με ίδιο άθροισμα (n+l) μικρότερη ενέργεια έχει αυτή με το μικρότερο n. Μνημονικός κανόνας συμπλήρωσης υποστιβάδων Εφαρμογή: Να γίνει η ηλεκτρονιακή κατανομή σε υποστιβάδες των 17 ηλεκτρονίων του ατόμου του χλωρίου Στο άτομο του υδρογόνου και στα υδρογονοειδή ιόντα οι ενεργειακές στάθμες υποστιβάδων ίδιας στιβάδας π.χ. 3s, 3p, 3d ταυτίζονται.

10 ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥΚΕΦ.1: 1.5 ΑΡΧΕΣ ΔΟΜΗΣΗΣ ΠΟΛΥΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑΚΩΝ ΑΤΟΜΩΝ (β) 18.H ηλεκτρονιακή κατανομή στοιχείου με ατομικό αριθμό 33 είναι: …………………………… 19.Να γίνει η ηλεκτρονιακή δομή για το ιόν 20 Ca 2+. 20.Ποιες από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές (Σ) και ποιες είναι λανθασμένες (Λ); α) Στοιχείο με ατομικό αριθμό 25 έχει 5 ηλεκτρόνια σθένους. □ β) Σε υδρογονοειδή ιόντα οι ενεργειακές στάθμες των υποστιβάδων 3p και 3d είναι ίδιες. □ γ) Σε στοιχείο με Ζ=28 η κατανομή των ηλεκτρονίων σε στιβάδες είναι Κ 2, L 8, M 16, N 2. □ δ) Αν στοιχείο Χ έχει σε θεμελιώδη κατάσταση 4 ηλεκτρόνια σε υποστιβάδα 2p, τότε ο ατομικός του αριθμός είναι 6. □ ε) Το άθροισμα των κβαντικών αριθμών του spin για 5 ηλεκτρόνια υποστιβάδας 3p είναι +1. □ 21.Να συμπληρωθούν τα διάστικτα: Για τιμή κύριου κβαντικού αριθμού n=4 ο δευτερεύων l μπορεί να πάρει τιμές ……………….., δηλαδή έχουμε …..υποστιβάδες, οι οποίες συνολικά φέρουν ….τροχιακά και μπορούν να δεχθούν το πολύ …ηλεκτρόνια. Από τα ανωτέρω τροχιακά s είναι …., p είναι …, d είναι ….. και f ……. 22.Στοιχείο με ατομικό αριθμό 15 έχει συνολικό αριθμό ηλεκτρονίων σε p τροχιακά: α) 9, β) 3, γ) 5, δ) 7. 23.Η αναλυτική ανά τροχιακό κατανομή των ηλεκτρονίων στο άτομο του Φωσφόρου (Ζ=15) είναι: ………… ΛΕΩΝΙΔΑ ΤΖΙΑΝΟΥΔΑΚΗ 3. ΚΑΝΟΝΑΣ ΤΟΥ HUND: Ηλεκτρόνια που καταλαμβάνουν τροχιακά ίδιας ενέργειας (ίδιας υποστιβάδας), τοποθετούνται κατά προτίμηση με παράλληλα spin, ώστε τα ηλεκτρόνια να διαμορφώσουν μέγιστο άθροισμα κβαντικών αριθμών αριθμών του spin. Με διαφορετικά λόγια, τα τροχιακά της ίδιας υποστιβάδας, πρώτα μισοσυμπληρώνονται με ηλεκτρόνια παράλληλου spin. Π.χ. στο άτομο του αζώτου (Ζ=7) που η ηλεκτρονιακή του κατανομή είναι 1s 2, 2s 2, 2p 3, σύμφωνα με τον κανόνα του Hund η τοποθέτηση σε τροχιακά των ηλεκτρονίων αυτών θα γίνει με την εξής κατανομή: Ενεργειακές στάθμες υποστιβάδων σε πολυηλεκτρονιακά άτομα ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ ΕΞΩΤΕΡΙΚΗ ΣΤΙΒΑΔΑ είναι η στιβάδα με τον μεγαλύτερο κύριο κβαντικό αριθμό που διαθέτει ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια. ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ ΣΘΕΝΟΥΣ είναι τα επιπλέον ηλεκτρόνια που έχει ένα άτομο, σε σχέση με τα ηλεκτρόνια του αμέσως προηγούμενου ευγενούς αερίου. (Δεν υπολογίζονται σαν ηλ. σθένους τα ηλεκτρόνια υποστιβάδων d και f που είναι πλήρως συμπληρωμένες) Π.χ. το άτομο 26 Fe (1s 2, 2s 2, 2p 6, 3s 2, 3p 6, 3d 6, 4s 2, έχει 8 ηλεκτρόνια σθένους αλλά 2 εξωτερικής στιβάδας

11 ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥΚΕΦ.1: 1.5 ΑΡΧΕΣ ΔΟΜΗΣΗΣ ΠΟΛΥΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑΚΩΝ ΑΤΟΜΩΝ (γ) 24.H ηλεκτρονιακή κατανομή σε υποστιβάδες του 28 Ni είναι: …………………………………………………………. 25.Να γίνει η ηλεκτρονιακή δομή σε υποστιβάδες για το ιόν 28 Νι 2+. …………………………………………………………. 26.Να γίνει η ηλεκτρονιακή δομή σε υποστιβάδες και στιβάδες για τον 29 Cu. …………………………………………………………. 27.Να γίνει η ηλεκτρονιακή δομή σε υποστιβάδες και τροχιακά για το ιόν 16 Ο 2-. …………………………………………………………. 28.Να γίνει η ηλεκτρονιακή δομή σε υποστιβάδες και τροχιακά για το 14 Si. …………………………………………………………. ΛΕΩΝΙΔΑ ΤΖΙΑΝΟΥΔΑΚΗ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ «ΑΝΤΙΜΕΤΑΘΕΣΗ s-d» (ΣΧΟΛΙΟ στο τέλος) Μετά από την εισαγωγή έστω και ενός ηλεκτρονίου σε υποστιβάδα χd, αυτή αποκτά μικρότερη ενέργεια από την γειτονική (χ+1)s, οπότε την γράφουμε πριν από την s στην ηλεκτρονιακή δομή. Π.χ. το στοιχείο 26 Fe έχει τελική ηλ. δομή: 1s 2, 2s 2, 2p 6, 3s 2, 3p 6, 3d 6, 4s 2 Στον ιοντισμό των στοιχείων φεύγουν ηλεκτρόνια από την εξωτερική ΣΤΙΒΑΔΑ. Έτσι το ιόν 26 Fe 2+ θα αποβάλλει τα 2 ηλεκτρόνια από την υποστιβάδα 4s και όχι από την 3d που «κτίσθηκε» τελευταία. Επομένως η ηλεκτρονιακή του δομή θα είναι η εξής: 1s 2, 2s 2, 2p 6, 3s 2, 3p 6, 3d 6. Οι δομές με ημισυμπληρωμένη υποστιβάδα d (d 5 ) ή συμπληρωμένη υποστιβάδα d (d 10 ) είναι σταθερότερες ενεργειακά. Έτσι οι δομές d 4 και d 9 με πρόσληψη ενός ηλεκτρονίου από τη γειτονική υποστιβάδα s μετατρέπονται στις σταθερές δομές d 5 και d 10 αντίστοιχα. Π.χ. για το 24 Cr η αρχική δομή 1s 2, 2s 2, 2p 6, 3s 2, 3p 6, 4s 2, 3d 4 μετατρέπεται στην σταθερότερη 1s 2, 2s 2, 2p 6, 3s 2, 3p 6, 4s 1, 3d 5, και τελικά μετά την αντιμετάθεση s-d στην δομή: 1s 2, 2s 2, 2p 6, 3s 2, 3p 6, 3d 5, 4s 1, Προσοχή στις δομές που παραβιάζουν την αρχή ελάχιστης ενέργειας, την απαγορευτική αρχή του Paulli και τον κανόνα του Hund. Η Α.Ε.Ε. παραβιάζεται όταν αναφέρεται σε διεγερμένη κατάσταση (Β). Η Απ. Αρχή Paulli παραβιάζεται όταν στο ίδιο τροχιακό υπάρχουν δύο ομόρροπα ηλεκτρόνια (Α). Ο κανόνας Hund παραβιάζεται όταν στην ίδια υποστιβάδα υπάρχουν και συμπληρωμένα και κενά τροχιακά (Γ) Α:↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↑, Β: ↑↓ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑, Γ: ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ __

12 ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥΚΕΦ.1: 1.5 ΑΡΧΕΣ ΔΟΜΗΣΗΣ ΠΟΛΥΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑΚΩΝ ΑΤΟΜΩΝ (δ) ΛΕΩΝΙΔΑ ΤΖΙΑΝΟΥΔΑΚΗ ΣΧΟΛΙΟ: Τι συμβαίνει τέλος πάντων με την ενέργεια των τροχιακών 4s και 3d; Τα πράγματα δεν είναι πάντα απολύτως ξεκάθαρα στην περίπτωση αυτή, αν και στα περισσότερα βιβλία φαίνεται να ασπάζονται την θέση ότι μέχρι Z=20 το ενεργειακό επίπεδο 4S<3d, ενώ μετά αντιστρέφεται. Έχει όμως ενδιαφέρον να παραθέσω τα σχετικά αποσπάσματα από τρία διαφορετικά βιβλία σχετικά με το ίδιο θέμα, και θα διαπιστώσετε ότι υπάρχουν αντίθετες απόψεις. Οι υπογραμμίσεις δικές μου. ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ Δ.ΚΑΤΑΚΗ: σ.62: " Τα 4s πληρούνται συνήθως προ των 3d. Αφού όμως τοποθετηθούν εις αυτό ηλεκτρόνια η ενέργειά του καθίσταται μεγαλύτερη των 3d τροχιακών..." και παρακάτω " Ειδικότερα κατά τον ιονισμόν των στοιχείων μεταπτώσεως της πρώτης σειράς, αποσπώνται πρώτον τα 4s ηλεκτρόνια και κατόπιν τα 3d αν και ενεργειακώς στην δόμηση ισχύει 4s<3d" ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ James E. HuHeey. σελ.30: Παρατηρείται οτι υπάρχουν λίγες μόνο διαφορές μεταξύ των διαμορφώσεων που παρατηρήθηκαν πειραματικά και ενός παρόμοιου πίνακα που θα μπορούσε να κατασκευασθεί με βάση την aufbau. Σε κάθε περίπτωση που παρατηρείται εξαίρεση τα ενεργειακά επίπεδα είναι πολύ κοντά μεταξύ τους και διάφοροι παράγοντες αντιστρέφουν τα ενεργειακά επίπεδα. Π.χ. τα (n-1)d και ns επίπεδα βρίσκονται πολύ κοντά όταν είναι συμπληρωμένα με το δεύτερο να είναι ελάχιστα χαμηλότερο σε ενέργεια" και "Στα άτομα των στοιχείων K, Ca και SC ισχύει Ε(4s) 4s ισχύει για το κάλιο αλλά όχι απαραίτητα και αλλού" ΓΕΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ Γιάννη Μπαζάκη. σελ. 320 "Σε στοιχείο με ατομικό αριθμό μέχρι 20 ισχύει E(3d)>E(4s). Σε στοιχεία με ατομικό αριθμό μεγαλύτερο του 20 τα ενεργειακά επίπεδα αντιστρέφονται".