Prednaska zo ZIM 30.9.2008 Paralelka D

ZIM 30.9.2008 paralelka D

Borov model atómu

Niels Bohr zahrnutím kvantovej predstavy sformuloval v roku 1917 teóriu vodíkového atómu do troch postulátov :

Každá kvantová drahá predstavuje stacionárny stav elektrónu v atóme, ktorý charakterizuje kvantové číslo n
Jednotlivé stavy sa odlišujú obsahom energie.

Elektrón vyžaruje alebo absorbuje energiu len pri prechode medzi stacionárnymi stavmi, pričom rozdiel ich energie je
vyžiarený alebo pohltený vo forme fotónu z charakteristickou frekvenciou f1

hf = Wn - Wm

elektrón môže nadobudnúť len stav, pre ktorý je moment hybnosti elektrónu rovný celočíselnému násobku n

h Kde m je hmotnosť a v rýchlosť elektrónu obiehajúceho s

m.v.r = n --------- = n ħ

polomerom r okolo jadra po stabilnej dráhe.

2π

najnižšia energia W1, prislúchajúca elektrónu vo vrstve n1,

predstavuje atóm vodíka v základnom stave.

Medzná – minimálna energia potrebná pre uvoľnenie elektrónu W = I W1 I predstavuje ionizačnú energiu.

V limitnom prípade pre n -> ∞ je W -> 0 teda prijatím energie nie je elektrón viazaný k atómu.

Exitaciu možno vyvolať :

- Absorpciou kinetickej energie po zrážke atómu s inou časticou ( v silnom elektrickom poli napríklad v žiarivke alebo
výbojke, v ktorých sa využíva žiarenie pri prechode do základného stavu )

- Pohltením svetelného fotónu s dostatočnou energiou, čo sa využíva pri identifikácii atómov a molekúl na základe
nimi vyžiareného spektra.

Ionizovane plyny, pozorovane koncom 19. Storočia, vysielajú žiarenie v spektre charakteristických vlnových dĺžok.

Voľne atómy v ionizovanom stave vysielajú diskrétne spektrum.

Vlnová dĺžka žiarenia ionizovaného atómu teda jednoznačné charakterizuje jeho typ

Latka ako súbor atómov vo väzbách charakterizuje spektrum - súbor vlnových dĺžok vysielaného žiarenia.

Vlnový charakter atómu

V roku 1924 L. do Broglie vyslovil myšlienku vlnového charakteru pohybu elektrónov.

Poukázal na skutočnosť, že pre fotóny musia platiť Planetkova aj Einsteinova rovnica: W = h . f W= m . c2

Dosadením rýchlosti elektrónu je jeho vlnová dĺžka: v h.v h

λ = ------ = ------- = -------

f W m.v

v základnom stave odpovedá drahá elektrónu jednej elektrónovej vlne.

Pre vyššie kvantové dráhy mozno z 3. Borovho potulatu odvodit, že elektron obieha
okolo bez vyžarovania energie, ze obvod knitavek drahy je n nasobkom jeho
vlnovej dlzky : n . h

2πr = ------------ = n λ

m . v

Vlnová funkcia, Kvantové čísla

-

Vlnový charakter pohybu elektrónov opísal Schrödinger v r. 1927 vlnovou rovnicou.

-

Hodnota vlnovej funkcie de Braglieho vlny, opisujúcej pohybujúci sa elektrón, súvis z pravdepodobnosťou
výskytu elektrónu v danom mieste a čase a vymedzuje orbita - priestor - tzv. elektrónový obal.

-

Riešením Schrödingerovej vlnovej rovnice sú kvantové čísla n, l a m a zahrnutím spinového kvantového čísla
s predstavuje úplnú vlnovú funkciu.

-

Konfiguráciu kvantových čísel určuje umiestnenie elektrónov na kvantových dráhach.

-

Spin určuje rotáciu elektrónov v pare ( navzájom )

Vlnová funkcia, Kvantové čísla

Kvantové číslo

Hodnota

Alternatívne označenie

Špecifikácia

n hlavne

1,2,3,4,5,6,7

K,L,M,N,O,P,Q

Číslo vrstvy v e- obale

l vedľajšie

0,1,2,3.......n-1

Funkcie s,p,d,f

Uhlový moment orbitálu,
typ orbitálu vo vrstve

m magnetické

-l........0.........l

px, py,py,dxy

Magneticky moment
hybnosti elektrónu

s spinové

±½

Vnútorný moment hybnosti
elektrónu

-

Kvantový stav elektrónu je určený úplnou vlnovou funkciou, špecifikovanou štyrmi kvantovými číslami.

-

Pre maximálne orbitálne konfigurácie vyplýva nl = 2.( 2l+ 1 )

s toho maximálny počet elektrónov nn =

Elektrónové orbitály

Pravdepodobnosť výskytu elektrónov možno opišať medzným povrchom oblasti vysokej pravdepodobnosti výskytu
elektrónov

Základne pravidla:

Huudovo pravidlo maximálnej multiplicity

Elektróny obsadzujú orbitály tak, aby pred ich spinovým pasmovaním bolo na orbitáloch daného typu čo najviac
elektrónov s rôznym magnetickým číslom.

Pauliho vylučovací princíp

- v atóme nemôžu existovať dva elektróny s rovnakým kvantovým stavom, a teda ani rovnakou konfiguráciou
kvantových čísel

Elektrónové orbitály

V základnom stave sú elektróny rozložené na orbitáloch s najnižšou
energiou, teda najvyššou stabilitou.

Nepravidelne obsadzovanie orbitálov je spôsobené zmenou ich
energetického poradia s následkom padne

Elektróny najvzdialenejšie od jadra – valenčné majú najvyššiu
energiu a možno ich uvoľniť najmenšej energie.

Tieto valenčné elektróny určujú charakter chemických prechodov
a väzieb

Valencia – mocenstvo prvku určuje počet nespárovaných elektrónov

Podobne chemicko – fyzikálne správanie skupín prvkov vyplýva
z podobného usporiadania vonkajšej vrstvy.

Klasifikácia prvkov podľa konfigurácie valenčných elektrónov

Inertne ( vzácne ) plyny – majú veľmi stabilnú konfiguráciu

-

Elektrónový dublet u hélia ( 1s2 ) a zvlášť stabilné oktetv Nl, An, Kr, Xe a Ra ( ns2 np6 ), majúce tak na
poslednej vrstve úplné obsadený orbitál

-

Využívajú sa preto ako inertná atmosféra v svetelnej vákuovej technike.

Neprechodne prvky – majú úplné obsadene nevalenčné vrstvy a počet valenčných elektrónov zhodný z číslom
skupiny v PSP

Prechodne ( tranzitne ) prvky – sú obsadene jedným čí dvoma elektrónmi na orbitále s vo vrstve najvyššej
a neobsadenými pozíciami v predošlej

Vnútorne prechodne - majú neúplné obsadene najvyššie tri vrstvy.