ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑΚΗ ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΑΤΟΜΩΝ

Παρουσίαση με θέμα: "ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑΚΗ ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΑΤΟΜΩΝ"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑΚΗ ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΑΤΟΜΩΝ
L M N n=1 n=2 n=3 n=4 n= από την τροχιά του Bohr στο τροχιακό της κβαντομηχανικής

2 Η χρονική εξέλιξη του ατομικού μοντέλου.
ατομική θεωρία Δημόκριτου ~1800 μ.Χ ατομική θεωρία Dalton 1911 μ.Χ πρότυπο Rutherford 1926 μ.Χ πρότυπο Schrödinger ~450 π.Χ 1904 μ.Χ πρότυπο Tomson 1913 μ.Χ πρότυπο Bohr Σε διάρκεια 125 χρόνων η εικόνα του ατόμου έχει αλλάξει δραστικά. Από το πρότυπο της απλής συμπαγούς σφαίρας, καταλήξαμε σε ένα πρότυπο που κυριαρχεί η αβεβαιότητα και η πιθανότητα. Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

3 ατομική θεωρία Δημόκριτου & Dalton πρότυπο Rutherford Tomson Bohr Schrödinger

4 Το ατομικό πρότυπο του Bohr
1η συνθήκη (μηχανική συνθήκη) Το ηλεκτρόνιο του ατόμου περιφέρεται γύρω από τον ακίνητο πυρήνα με την επίδραση της δύναμης Coulomb που δέχεται από αυτόν. Το ηλεκτρόνιο του ατόμου κινείται σε ορισμένες μόνο κυκλικές τροχιές (επιτρεπόμενες τροχιές). Niels Bohr Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

5 Σε κάθε επιτρεπόμενη τροχιά το ηλεκτρόνιο έχει καθορισμένη ενέργεια (κβαντισμένη ενέργεια)
η οποία υπολογίζεται: όπου : n=1, 2, 3, ... ο κύριος κβαντικός αριθμός, που καθορίζει την ενεργειακή στάθμη του ηλεκτρονίου. Το αρνητικό πρόσημο έχει τη φυσική έννοια ότι όσο μεγαλώνει η τιμή του n (δηλ το ηλεκτρόνιο απομακρύνεται από τον πυρήνα), τόσο μεγαλώνει η ενέργεια του ηλεκτρονίου. Όταν το ηλεκτρόνιο απομακρυνθεί αρκετά από τον πυρήνα, τότε η ενέργειά του παίρνει τη μέγιστη τιμή της (Ε∞= 0). [Ιοντισμός: το άτομο «έχει χάσει» το ηλεκτρόνιό του]

6 Θεμελιώδης κατάσταση ενός ατόμου: Όταν τα ηλεκτρόνια του ατόμου κινούνται κατά το δυνατό πλησιέστερα στον πυρήνα (δηλαδή έχουν την ελάχιστη δυνατή ενέργεια). Στην περίπτωση αυτή όπου τα ηλεκτρόνια κινούνται σε επιτρεπόμενες τροχιές, το άτομο δεν εκπέμπει ενέργεια. n=1 Άτομο Η σε θεμελιώδη κατάσταση Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

7 Στροφορμή ηλεκτρονίου
Κάθε επιτρεπόμενη τροχιά που ονομάζεται στιβάδα ή φλοιός, συμβολίζεται με τα κεφαλαία γράμματα Κ, L, Μ, N, … και αντιστοιχεί στην τιμή ενός ακέραιου αριθμού n (n=1,2,3…) που ονομάζεται πρώτος ή κύριος κβαντικός αριθμός. Ειδικότερα μόνο για το άτομο του υδρογόνου η στροφορμή και η ενέργεια του ηλεκτρονίου δίνονται από τις σχέσεις: Κ L M N n=1 n=2 n=3 n=4 n= Στροφορμή ηλεκτρονίου Ενέργεια ηλεκτρονίου n =(1ος κβαντικός αριθμός)=1,2,3… , Ε1=-13,6eV = -2,1810-18J, Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

8 Οι ενεργειακές στάθμες του ατόμου υδρογόνου στο πρότυπο Βohr.
E = 0 E4 E3 E2 Ε1= -13,6eV = -2,1810-18J, E1 -2,1810-18J Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

9 Το ατομικό πρότυπο του Bohr
Niels Bohr 2η συνθήκη (οπτική συνθήκη) Το ηλεκτρόνιο εκπέμπει ή απορροφά ενέργεια υπό μορφή ακτινοβολίας μόνο όταν μεταπηδά από μια τροχιά σε μια άλλη, όταν δηλαδή αλλάζει ενεργειακή στάθμη. Η ακτινοβολία εκπέμπεται όχι με συνεχή τρόπο αλλά σε μικρά πακέτα (κβάντα). Τα κβάντα φωτός ή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας ονομάζονται γενικότερα φωτόνια. Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

10 Διεγερμένη κατάσταση ενός ατόμου: Όταν, με απορρόφηση ενέργειας, τα ηλεκτρόνια (ένα ή περισσότερα) του ατόμου έχουν μεταπηδήσει από τροχιά χαμηλότερης ενέργειας σε τροχιά μεγαλύτερης ενέργειας. Στην περίπτωση αυτή το άτομο απορροφά κβαντισμένα ποσά ενέργειας δίνοντας έτσι τα γραμμικά φάσματα απορρόφησης. Άτομο Η σε διεγερμένες καταστάσεις

11 Διέγερση ατόμου υδρογόνου στο πρότυπο Βohr.
E = 0 E4 E2 E3 E1 Ενέργεια διεγερμένες καταστάσεις διέγερση Η ενέργεια διέγερσης είναι ίση με την διαφορά των ενεργειών των δύο στιβάδων. θεμελιώδης κατάσταση -2,1810-18J Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

12 Ιοντισμός ατόμου υδρογόνου στο πρότυπο Βohr.
E = 0 E4 E2 E3 E1 ενέργεια Ενέργεια 1ου ιοντισμού είναι η ελάχιστη ενέργεια που πρέπει να πάρει το άτομο για να χάσει ένα ηλεκτρόνιο. ιοντισμός Ε1ου ιοντισμού = Ε-Ε1 Ε1ου ιοντισμού = -Ε1 Ε1ου ιοντισμού = 2,1810-18J θεμελιώδης κατάσταση -2,1810-18J Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

13 Αποδιέγερση ενός ατόμου: συμβαίνει όταν τα ηλεκτρόνια (ένα ή περισσότερα) του ατόμου μεταπίπτουν από τροχιά υψηλότερης ενέργειας σε τροχιά μικρότερης ενέργειας. Στην περίπτωση αυτή το άτομο εκπέμπει κβαντισμένα ποσά ενέργειας δίνοντας έτσι τα γραμμικά φάσματα εκπομπής. Αποδιεγέρσεις ατόμου Η Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

14 όπου : h : η σταθερά του Plank (h=6,63·10-34J·s)
Όταν το ηλεκτρόνιο του ατόμου του υδρογόνου μεταπίπτει από μία επιτρεπόμενη τροχιά, με ενέργεια Εαρχ., σε μια άλλη επιτρεπόμενη τροχιά Ετελ., μικρότερης ενέργειας, τότε εκπέμπει φωτόνιο συχνότητας ν και ισχύει: όπου : h : η σταθερά του Plank (h=6,63·10-34J·s) ΔΕ: η ενέργεια κάθε φωτονίου ν ή f: η συχνότητα κάθε φωτονίου Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

15 2η (οπτική) συνθήκη του Bohr
n = 1 n = 2 n = 3 Πυρήνας n = 4 Για κάθε ένα “άλμα” ηλεκτρονίου από στιβάδα nα μεγάλης ενέργειας Εα , σε στιβάδα ητ χαμηλότερης ενέργειας Ετ, εκπέμπεται ένα φωτόνιο. e- φωτόνιο Η συχνότητα του φωτονίου είναι: Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

16 Οι ενέργειες των στιβάδων είναι κβαντισμένες (καθορισμένες).
Ερμηνεία του γραμμικού φάσματος εκπομπής και απορρόφησης των ατόμων υδρογόνου. σχισμή πρίσμα Οι ενέργειες των στιβάδων είναι κβαντισμένες (καθορισμένες). Έτσι και οι συχνότητες των εκπεμπόμενων ή απορροφούμενων φωτονίων είναι καθορισμένες αφού είναι ίσες με την τιμή : λυχνία υδρογόνου 434 486 nm 410 λαμπτήρας πυράκτωσης 434 486 nm 410 Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

17 Οι αδυναμίες του προτύπου του Bohr
Λειτουργεί μόνο για τα άτομα του υδρογόνου ή τα υδρογονοειδή (μονοηλεκτρονικά) ιόντα π.χ. 2Ηe+, 3Li2+ και έτσι δεν μπόρεσε να ερμηνεύσει το φάσμα των ακτινοβολιών που εκπέμπουν τα πολυηλεκτρονικά άτομα. Δεν έχει την δυνατότητα να εξηγήσει τον χημικό δεσμό. Είναι σε αντίθεση με την ηλεκτρομαγνητική θεωρία. Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

18 Η γέννηση της κβαντομηχανικής.
Η γέννηση της κβαντομηχανικής. Η κβαντομηχανική επέφερε σαρωτικές αλλαγές των ιδεών για την συμπεριφορά της ύλης και αναγέννησε τη θεωρητική χημεία σχετικά με την μορφή του ατόμου, τον τρόπο ανάπτυξης δεσμών, τα σχήματα των μορίων, τους μηχανισμούς των χημικών αντιδράσεων …. Η γέννηση της κβαντομηχανικής βασίστηκε στις ιδέες λαμπρών ερευνητών όπως: Η κβάντωση της ενέργειας. (Max Planck 1900) Η κυματοσωματιδιακή θεωρία. (Louis De Broglie 1924) Η αρχή της αβεβαιότητας. (Werner Heisenberg 1925) Η εξίσωση του Schrödinger. (Årwin Schrödinger 1926) Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

19 Η κυματοσωματιδιακή θεωρία, (δυαδικότητα του φωτός και της ύλης)
Η κυματοσωματιδιακή θεωρία, (δυαδικότητα του φωτός και της ύλης) Βασικό αξίωμα De Broglie: Κάθε σωματίδιο με μάζα m που κινείται με ταχύτητα υ μπορεί να συμπεριφέρεται και ως κύμα (κάτω από ορισμένες συνθήκες). Οι σχέσεις που συνδέουν τα κυματικά του χαρακτηριστικά (συχνότητα, μήκος κύματος) με τα σωματιδιακά (ενέργεια, ορμή) είναι οι εξείς: E=hf,    mυ.λ = h . Louis De Broglie 1924 Το μήκος κύματος του κινουμένου σωματιδίου είναι: Η φύση των σωματιδίων είναι μία (δεν αλλάζει συνεχώς), απλώς, ανάλογα με τις πειραματικές συνθήκες, άλλοτε εκδηλώνεται ο σωματιδιακός και άλλοτε ο κυματικός του χαρακτήρας. Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

20 Η αρχή αβεβαιότητας ή απροσδιοριστίας.
Είναι αδύνατο να προσδιορίσουμε με ακρίβεια συγχρόνως τη θέση και την ορμή (p=m.u) ενός μικρού σωματιδίου π.χ. ηλεκτρονίου. Δηλαδή, όσο μεγαλύτερη είναι η ακρίβεια για τον προσδιορισμό της θέσης του σωματιδίου, τόσο μεγαλύτερη αβεβαιότητα υπάρχει κατά τον προσδιορισμό της ορμής του, και αντιστρόφως. Werner Heisenberg Καταργούνται όλα τα πλανητικά πρότυπα του ατόμου που βασίζονται στον καθορισμό των τροχιών των ηλεκτρονίων γύρο από τον πυρήνα, αφού ο καθορισμός της τροχιάς συνεπάγει και τον ταυτόχρονο καθορισμό της θέσης, της ορμής. Η νέα γλώσσα περιγραφής του ατόμου είναι γλώσσα πιθανοτήτων. Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

21 καθορισμένη ενέργεια και ταυτόχρονα ακριβής θέση για το ηλεκτρόνιο
Συνεπώς : καθορισμένη ενέργεια και ταυτόχρονα ακριβής θέση για το ηλεκτρόνιο Κυκλικές τροχιές του Bohr αν καθορισμένη ενέργεια τότε πιθανότητα ύπαρξης του ηλεκτρονίου σε ορισμένη θέση Αρχή αβεβαιότητας του Heisenberg Έτσι, η αρχή της αβεβαιότητας οδηγεί αυτόματα στην κατάρριψη του μοντέλου του Bohr και την εισαγωγή του κβαντομηχανικού μοντέλου. Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

22 Η κυματική εξίσωση του Schrödinger
Årwin Schrödinger 1926 περιγράφει τη θέση των ηλεκτρονίων γύρω από το άτομο χρησιμοποιώντας πιθανότητες και όχι συγκεκριμένες τροχιές. Ένα ηλεκτρόνιο μπορούμε να πούμε ότι βρίσκεται οπουδήποτε γύρω από το άτομο, άλλοτε συχνότερα και άλλοτε σπανιότερα . Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

23 Από την επίλυση της εξίσωσης Schrödinger, προκύπτουν οι κυματοσυναρτήσεις που δίνουν τις κυματικές συμπεριφορές των σωματιδίων του μικρόκοσμου.  Η επίλυση της εξίσωσης Schrödinger είναι δυνατόν να γίνει μόνο για το άτομο του υδρογόνου, οι δε λύσεις της εξίσωσης για το άτομο του υδρογόνου ονομάζονται ατομικά τροχιακά (atomic orbital AO) και συμβολίζονται με το ελληνικό γράμμα ψ .  Τα ΑΟ μπορούν να χρησιμοποιηθούν με μεγάλη προσέγγιση και στα πολυηλεκτρονικά άτομα. Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

24 Τα τροχιακά  Τα ΑΟ είναι στην ουσία συναρτήσεις E=ψ(x, y, z) που συσχετίζουν την ενέργεια Ε του ηλεκτρονίου με τις συντεταγμένες x, y, z των θέσεων που μπορεί να βρεθεί το ηλεκτρόνιο του υδρογόνου.  Σε κάθε ΑΟ ψ1 , ψ2 , ψ3 … αντιστοιχεί μία μόνο ενέργεια Ε1 , Ε2 , Ε3 … δηλαδή η ενέργεια των τροχιακών είναι κβαντισμένη.  Όταν δύο ή περισσότερα ατομικά τροχιακά έχουν την ίδια ενέργεια τότε ονομάζονται εκφυλισμένα τροχιακά.  Το ψ αυτό καθεαυτό δεν έχει φυσική σημασία. Αν ψ=0 τότε αυτό δηλώνει την απουσία, ενώ αν ψ≠0 τότε αυτό δηλώνει την παρουσία του ηλεκτρονίου γύρω από τον πυρήνα.  Τα ατομικά τροχιακά υπάρχουν δυνητικά. Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

25 Πιθανότητα και Ηλεκτρονιακό νέφος
Το ψ2 εκφράζει: την πιθανότητα εύρεσης του ηλεκτρονίου σε ένα ορισμένο σημείο του χώρου γύρω από τον πυρήνα. την κατανομή ή την πυκνότητα του ηλεκτρονιακού νέφους στο χώρο γύρω από τον πυρήνα. Σχηματική απεικόνιση της πυκνότητας του ηλεκτρονιακού νέφους του ατόμου του υδρογόνου σε μη διεγερμένη κατάσταση: α) με «στιγμές» β) με πυκνότητα χρώματος γ) με «οριακές» καμπύλες (πάνω). Γραφική παράσταση της πυκνότητας του ηλεκτρονιακού νέφους σε συνάρτηση με την απόσταση από τον πυρήνα (κάτω). Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

26 Τα τροχιακά Τα τροχιακά απεικονίζονται ως περιοχές όπου είναι πιθανό να βρεθούν τα ηλεκτρόνια. Ηλεκτρονιακή πυκνότητα είναι ένα μέτρο της πιθανότητας να βρεθεί το ηλεκτρόνιο μέσα σε ένα τροχιακό. Η μαθηματική επιφάνεια ενός τροχιακού εκφράζει ένα θεωρητικό όριο εντός του οποίου το ηλεκτρόνιο μπορεί να βρεθεί περίπου κατά το 90% του χρόνου. Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

27 Κβαντικοί Αριθμοί Κάθε παραδεκτή λύση της εξίσωσης του Schrödinger για το άτομο του υδρογόνου οδηγεί σε μια τριάδα αριθμών n, l, ml που λέγονται κβαντικοί αριθμοί και ορίζουν ένα τροχιακό. Οι κβαντικοί αριθμοί σχετίζονται με σημαντικά χαρακτηριστικά του ηλεκτρονίου . Οι κβαντικοί αριθμοί μπορούν να χρησιμοποιηθούν και σε άλλα πολυηλεκτρονικά άτομα ή ιόντα. Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

28 Κύριος Κβαντικός Αριθμός n
Καθορίζει το μέγεθος του τροχιακού (ή του ηλεκτρονιακού νέφους) και την ενέργεια του ηλεκτρονίου, λόγω έλξης πυρήνα-ηλεκτρονίου. Παίρνει τιμές: n=1, 2, 3, …, 7, … n 1 2 3 4 5 6 7… Στιβάδα ή φλοιός K L M N O P Q… Κάθε τιμή του n αντιστοιχεί σε μία στιβάδα. Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

29 1ος ή Κύριος Κβαντικός Αριθμός (n).
μεγαλώνει η ενέργεια του τροχιακού. Όσο μεγαλώνει ο κύριος κβαντικός αριθμός τόσο: μεγαλώνει το μέγεθος του τροχιακού. μικραίνει η έλξη ηλεκτρονικού νέφους και πυρήνα. Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

30 2ος ή Αζιμουθιακός Κβαντικός Αριθμός (l).
Παίρνει ακέραιες τιμές ανάλογα με τη τιμή του n: 0, 1, 2, , n-1 . Ο 2ος κβαντικός αριθμός (l) σχετίζεται με τις δυνάμεις μεταξύ των ηλεκτρονικών νεφών και γι’ αυτό καθορίζει την μορφή, το σχήμα των ηλεκτρονικών νεφών. Σχετίζεται με την ενέργεια του τροχιακού μόνο στα πολυηλεκτρονικά άτομα ή ιόντα. Όσο μεγαλύτερος είναι ο κβαντικός αριθμός (l) τόσο μεγαλώνει η ενέργεια του τροχιακού Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

31 Συμβολισμοί Τροχιακών
Για τις διάφορες τιμές του κβαντικού αριθμού (l) συμβολίζουμε τα τροχιακά με γράμματα ως εξής: τιμή 2ου κβαντικού (l) 1 2 3 4 συμβολισμός τροχιακού s p d f g Αν μπροστά από τα γράμματα s, p, d, … υπάρχει αριθμός, τότε αυτός υποδηλώνει τον 1ο κβαντικό αριθμό (n) του τροχιακού . Κάθε ζεύγος (n, l) αντιστοιχεί σε μία υποστιβάδα. π. χ. με τον συμβολισμό 2s εννοούμε τροχιακό με n=2 και l =0, με τον συμβολισμό 3d εννοούμε τροχιακό με n=3 και l =2 κ.λ.π. Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

32 3ος ή μαγνητικός κβαντικός αριθμός (ml).
Για κάθε τιμή του l παίρνει ακέραιες τιμές –l … 0 …+ l. Σχετίζεται με το μαγνητικό πεδίο λόγω της περιφοράς του ηλεκτρονίου. Καθορίζει τον προσανατολισμό του τροχιακού. Κάθε τριάδα (n, l, ml) ορίζει ένα ατομικό τροχιακό. Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

33 Στιβάδες και Υποστιβάδες
Στιβάδα είναι το σύνολο των τροχιακών που έχουν τον ίδιο κύριο κβαντικό αριθμό (n) . Υποστιβάδα είναι το σύνολο των τροχιακών που έχουν ίδιους τους δύο πρώτιυς κβαντικούς αριθμούς (n) και (l). Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

34 4ος ή μαγνητικός κβαντικός αριθμός spin (ms).
Δεν χαρακτηρίζει το τροχιακό αλλά το ηλεκτρόνιο. Παίρνει τιμές +½ ή -½ Σχετίζεται με το μαγνητικό πεδίο του ηλεκτρονίου λόγω της ιδιοπεριστροφής του. Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

35 Τα s τροχιακά έχουν όλα σφαιρική συμμετρία.
Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

36 Τα p τροχιακά. Τα p τροχιακά έχουν όλα σχήμα δύο λοβών . Ο ένας λοβός αντιστοιχεί στις θετικές τιμές της κυματοσυνάρτησης Ψ ενώ ό άλλος στις αρνητικές. 2px 2py 2pz κάθε υποστιβάδα p έχει τρία τροχιακά Τα p ηλεκτρονικά νέφη έχουν το ίδιο σχήμα με τα τροχιακά αλλά είναι περισσότερο εκτεταμένα κατά την διεύθυνση του άξονά τους. x y z Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

37 Τροχιακά 2p Τροχιακά 1s & 2s
Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

38 Τα d τροχιακά δεν έχουν όλα την ίδια μορφή.
z y x Τα τροχιακά “d ” έχουν σύνθετα σχήματα: τα 4 μοιάζουν με τετράφυλλα φύλλα, ενώ το άλλο μοιάζει με ένα διπλό λοβό με ένα δακτύλιο στη μέση. Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

39 κάθε υποστιβάδα f έχει επτά τροχιακά
x z y κάθε υποστιβάδα f έχει επτά τροχιακά Τα τροχιακά f έχουν ακόμα πιο σύνθετα σχήματα

40 Ηλεκτρονιακή Δόμηση. n l ml ms τροχιακά υποστιβάδες στιβάδες 1 +½ 1s
+½ 1s (2e-) K -½ 2 2s L (8e-) -1 2py 2p (6e-) 2px +1 2pz Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

41 n l ml ms τροχιακά υποστιβάδες στιβάδες 3 3s (2e-) M (18) 1 -1 3py 3p
3s (2e-) M (18) 1 -1 3py 3p (6e-) 3px +1 3pz 2 -2 3d… 3d (10e-) +2

42 (απαγορευτική αρχή του Pauli)
Το spin του ηλεκτρονίου. Τα ηλεκτρόνια απωθούνται μεταξύ τους Τα περιστρεφόμενα e (κινούμενα φορτία) έχουν μαγνητικά πεδία. Αντίθετα μαγνητικά πεδία έλκονται και επιτρέπουν ηλεκτρόνια σε “συγκατοίκηση” στο ίδιο τροχιακό Κάθε e- σε ένα άτομο περιγράφεται από ένα μοναδικό σύνολο κβαντικών αριθμών n, l, ml και ms (απαγορευτική αρχή του Pauli) Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

43 ΙΙΙ. Ηλεκτρονική δόμηση.
Επιμέλεια Γ. Κομελίδης Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

44 Αρχές ηλεκτρονικής δόμησης.
Απαγορευτική αρχή του Pauli Η ηλεκτρονική δόμηση βασίζεται σε τρεις αρχές. Αρχή ελάχιστης ενέργειας. Κανόνας του Hund. Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

45 Απαγορευτική αρχή του Pauli
Στο ίδιο άτομο δεν μπορούν υπάρξουν ηλεκτρόνια με ίδιους και τους τέσσερις κβαντικούς αριθμούς. Στο ίδιο τροχιακό μπορεί να υπάρχουν το πολύ δύο ηλεκτρόνια που θα έχουν οπωσδήποτε αντιπαράλληλα spin. H απαγορευτική αρχή του Pauli καθορίζει ένα μέγιστο αριθμός ηλεκτρονίων σε κάθε τροχιακό, υποστιβάδα και στιβάδα. Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

46 Συνδυασμοί κβαντικών αριθμών n, l, ml και ms.
2 1 -1 +1 3 1 -1 +1 2 -2 +2 l ml ms τροχιακά 1s 2s 2py 2pz 2px 3s 3py 3pz 3px 3d 3d 3d 3d 3d υποστιβάδες 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 στιβάδες Κ2 L8 M18 - + Υπόμνημα , Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

47 Μέγιστος αριθμός ηλεκτρονίων (ανά τροχιακό, υποστιβάδα και στιβάδα).
Σε κάθε τροχιακό: 2e s 2 p 6 d 10 f 14 ηλεκτρόνια ανά υποστιβάδα Σε υποστιβάδα: (4l +2)e K 2 L 8 M 18 N 32 ηλεκτρόνια ανά στιβάδα Σε στιβάδα: 2n2e Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

48 Αρχή ελάχιστης ενέργειας. (κανόνας δόμησης aufbau)
Στη θεμελιώδη (σταθερότερη δυνατή) κατάσταση του ατόμου τα ηλεκτρόνια τοποθετούνται με τέτοια σειρά ώστε να συμπληρώνονται πρώτα τα τροχιακά που έχουν την μικρότερη ενέργεια.  Όσο μικρότερο είναι το άθροισμα (n+l) τόσο μικρότερη είναι η ενεργειακή στάθμη του τροχιακού.  Αν δύο τροχιακά έχουν το ίδιο (n+l), τότε μικρότερη ενεργειακή στάθμη έχει το τροχιακό με το μικρότερο 1ο κβαντικό αριθμό (n).  Τα τροχιακά στην ίδια υποστιβάδα έχουν την ίδια ένέργεια (εκφυλισμένα τροχιακά) Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

49 Παράδειγμα κατάταξης τροχιακών με αύξουσα ενέργεια .
Παράδειγμα κατάταξης τροχιακών με αύξουσα ενέργεια . 2s n+l=2+0=2 3p n+l=3+1=4 4s n+l=4+0=4 3d n+l=3+2=5 Άρα για τα τροχιακά αυτά η σειρά αυξανόμενης ενέργειας είναι: 2s < 3p < 4s < 3d Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

50 Διαγράμματα αυξανόμενης ενέργειας τροχιακών.
Σειρά πλήρωσης τροχιακών: 1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s,4f,5d,6p,7s,5f,6d,7p,8s,5g,6f, ... Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

51 Διαγράμματα αυξανόμενης ενέργειας τροχιακών.
E 4s 4p 3d 3s 3p 2s 2p 1s 1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s,4f,5d,6p,7s,5f,6d,7p,8s,5g,6f, ... Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

52 Παραδείγματα ηλεκτρονικής δόμησης
Παραδείγματα ηλεκτρονικής δόμησης 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 …. Ne (Z=10) 1s2 2s2 2p6 Al (Z=13) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 [Νe]3s2 3p1 [Ne] Fe (Z=26) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 [Ar] 4s2 3d6 [Ar] Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

53 1η παρατήρηση στην ενέργεια των τροχιακών
Στο άτομο του υδρογόνου που έχει μόνο ένα ηλεκτρόνιο, η ενέργεια εξαρτάται μόνο από τον 1ο κβαντικό αριθμό n. Έτσι τα τροχιακά της ίδιας στιβάδας του υδρογόνου έχουν την ίδια ενέργεια (εκφυλισμένα) και δεν διαφοροποιούνται ενεργειακά όπως τα τροχιακά των πολυηλεκτρονικών ατόμων. άτομο Η (z=1) άτομο Νa (Z=11) ενέργεια Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

54 2η παρατήρηση στην ενέργεια των τροχιακών
Από τους κανόνες δόμησης είδαμε ότι το ns τροχιακό έχει μικρότερη ενέργεια από τα (n-1)d τροχιακά και γι’ αυτό συμπληρώνεται πρώτα το ns και μετά τα (n-1)d. Όταν όμως τοποθετούνται τα ηλεκτρόνια στα (n-1)d τροχιακά, αυτά αποκτούν μικρότερη ενέργεια από τα ηλεκτρόνια στο ns. (n-1)d Τα εσωτερικά ηλεκτρόνια (n-1)d εξασκούν απωστικές δυνάμεις στα εξωτερικά ns με αποτέλεσμα τα ns ηλεκτρόνια να αυξάνουν την ενέργειά τους. ns ns (n-1)d

55 3η παρατήρηση στην ενέργεια των τροχιακών.
Αυξημένη σταθερότητα επιδεικνύουν οι συμπληρωμένες και ημισυμπληρωμένες υποστιβάδες. Cr: [Ar]3d54s1 και όχι [Ar]3d44s2 Cu: [Ar]3d104s1 και όχι [Ar]3d94s2 Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

56 Κανόνας του Hund 2px2 2py2 2pz 2py1 2pz1 Τα ηλεκτρόνια
Friedrich Hund ( ) Τα ηλεκτρόνια της ίδιας υποστιβάδας , τοποθετούνται σε τροχιακά έτσι ώστε να έχουν κατά προτίμηση παράλληλα spin. Τα ηλεκτρόνια της ίδιας υποστιβάδας τοποθετούνται σε τροχιακά έτσι ώστε να έχουν το μέγιστο συνολικό spin. Συνεπώς, συμπληρώνουμε αρχικά τα τροχιακά της ίδιας υποστιβάδας με ηλεκτρόνια παράλληλου spin (+½) και στη συνέχεια τοποθετούμε στα τροχιακά αυτά ηλεκτρόνια αντιπαράλληλου spin (-½). 2py2 2pz 2px2 2py1 2pz1 λάθος διαμόρφωση. σωστή διαμόρφωση. Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

57 2η περίοδος: Εφαρμογή της απαγορευτικής αρχής του Pauli, και του κανόνα του Hund
ml= -1 ml= 0 ml= +1 4Be 1s2 2s2 1s 2s 2p 5B 1s2 2s2 2p1 1s 2s 2p 6C 1s2 2s2 2p2 1s 2s 2p 7N 1s2 2s2 2p3 1s 2s 2p Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

58 2η περίοδος: προσθέτουμε και τροχιακά 2p με αντίθετα (ms = -½) spin:
8O 1s2 2s2 2p4 1s 2s 2p 9F 1s2 2s2 2p5 1s 2s 2p 10Ne 1s2 2s2 2p6 3η περίοδος: 1s 2s 2p 11Na [Ne] 3s1 12Mg [Ne] 3s2 Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

59 Ο περιοδικός πίνακας των στοιχείων
“ s” τομέας “ d” τομέας “ p” τομέας He H Li Be Na Mg K Ca Rb Sr Cs Ba Fr Ra (n-1)d τροχιακά συμπληρώνονται ανάμεσα στα ns και np τροχιακά In I Te Sb Sn Kr Ne Ar Xe Rn F Cl Br At O S Se Po N P As Bi C Si Ge Pb B Al Ga Tl Zn Cu Cd Hg Ag Au Ni Pd Pt Co Rh Ir Fe Ru Os Mn Tc Re Cr Mo W V Nb Ta Ti Zr Hf Sc Y La Ac Rf Ha Sg Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu ns1 ns2 (n-1) d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10 np1 np2 np3 np4 np5 np6 “ f ” τομέας 4f τροχιακό 5f τροχιακό (n-2) f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12 f13 f14

60 Στα στοιχεία μετάπτωσης συμπληρώνονται και d τροχιακά.
Όταν έχουμε πέντε d τροχιακά (l = -2, -1, 0, +1, +2), με δύο e σε κάθε ένα τροχιακό οι σειρές των μετάλλων μετάπτωσης περιέχουν 10 στοιχεία σε κάθε περίοδο Zn Ar 4s 3d 1s22s22p63s23p64s23d10 4p Ga Ar 3d 4s 1s22s22p63s23p64s23d104p1 4p Το Ga έχει 18 περισσότερα e από το Al. Αλλά και τα δύο έχουν τρία e στην εξωτερική στοιβάδα και έτσι έχουν παρόμοιες χημικές ιδιότητες. Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

61 ΑΤΟΜΙΚΗ ΑΚΤΙΝΑ ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΟΡΙΣΜΕΝΩΝ ΠΕΡΙΟΔΙΚΩΝ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ
Κατά μήκος μιας περιόδου η ατομική ακτίνα ελαττώνεται από τα αριστερά προς τα δεξιά. Σε μια ομάδα του περιοδικού πίνακα η ατομική ακτίνα μειώνεται καθώς προχωρούμε από κάτω προς τα πάνω. ΜΕΙΩΣΗ ΑΤΟΜΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΑΣ Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

62 ΑΥΞΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙΟΝΤΙΣΜΟΥ
ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΙΟΝΤΙΣΜΟΥ Η ελάχιστη ενέργεια που απαιτείται για την πλήρη απομάκρυνση ενός ηλεκτρονίου από ελεύθερο άτομο , που βρίσκεται στη θεμελιώδη του κατάσταση και σε αέρια φάση , ονομάζεται ενέργεια πρώτου ιοντισμού και συμβολίζεται Ei1. Η ενέργεια πρώτου ιοντισμού , όπως και η ηλεκτροθετικότητα , αυξάνεται από αριστερά προς τα δεξιά και από κάτω προς τα πάνω στον περιοδικό πίνακα. ΑΥΞΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙΟΝΤΙΣΜΟΥ Επιμέλεια Γ. Κομελίδης

63 Επιμέλεια Γ. Κομελίδης