CHEMIE http://homen.vsb.cz/~val15 http://rccv.vsb.cz/iTutor

Cíle: Stavba atomu-el. obal Znalosti Pojem atomový orbital (AO) a jeho označování (kvantová čísla) Pravidla pro zaplňování AO elektrony Pojmy valenční AO, sféra, elektrony Elektronová konfigurace prvků (uspořádání elektronů v obale) Aplikace poznatků Zápis el. konfigurace i pomocí rámečkového diagramu Zkrácený zápis el. konfigurace Určit a označit počet valenčních elektronů

Broglie, Born, Schrödinger, Heisenberg, Historicky významné modely atomu století autor poznatek 18.-19.st. Dalton atomy jsou neměnné a nezničitelné 19.-20.st. Thomson atomy jsou koule, existují menší částice Rutherford planetární model atomu 1.pol. 20.st. Bohr e- jsou uspořádany na energetických hladinách 20.st. Broglie, Born, Schrödinger, Heisenberg, kvantově mechanický model (dual. charakter e-)

Kvantově mechanický model atomu korpuskulárně-vlnový dualismus elektronů (vlnová mechanika) nelze současně určit přesně dráhu-polohu a zároveň rychlost-hybnost elektronů (princip neurčitosti) je model převážně matematický (Schrödingerova rovnice) výsledkem je vlnová funkce Ψ (popisuje chování elektronu) |Ψ|2 udává hustotu pravděpodobnosti výskytu elektronu

Fyzikální odlišnosti mikrosvěta Makrosvět (změna vlastností spojitě) Mikrosvět (změna např. energie skokem) Klasická (newtonská) mechanika nahrazena kvantovou mechanikou (popisuje stav) Kvantování (Planck, záření černého tělesa)

Dualistický charakter Korspuskulární (přesná lokalizace v prostoru, definovaná trajektorie pohybu, vymezený povrch) Vlnový (šíření kmitů prostorem) Dualistický: chování částic-fotony i vlnění-světlo)  hmotnost a  rychlost: převládá vlnový ch. Elektrony mají dualistický charakter

Stavba elektronového obalu Kvantově-mechanický model Lokalizace elektronů Atomové orbitaly AO (s, p, d, f) Kvantová čísla (n, l, m, s) Valenční sféra (valenční elektrony) Elektronová konfigurace

Příklady zápisu el. konfigurace: jod (Z = 53) 53I: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p5 53I [36Kr]: 4d10 5s2 5p5 (zkrácený zápis) 4d10 5s2 5p5 53I [36Kr]:    

Hlavní kvantové číslo n Určuje energii orbitalu a nabývá celočíselných hodnot od 1 do nekonečna. Elektrony se stejným hlavním kvantovým číslem tvoří elektronovou vrstvu (sféru). Vrstvy se označují velkými písmeny K, L, M,…... n 1 2 3 4 5 6 7 vrstva K L M N O P Q Vnější elektronová vrstva – má nejvyšší energii – označuje se jako valenční. Elektrony obsazující tuto vrstvu jsou valenční elektrony.

Stavba elektronového obalu

Vedlejší kvantové číslo l Určuje tvar orbitalu a současně upřesňuje energii elektronu. Nabývá celočíselných hodnot od 0 do (n – 1). Orbitaly se stejným n a l mají stejnou energii. Označují se jako degenerované. V praxi se místo číselné hodnoty vedlejšího kvantového čísla používá symbolů s, p, d, f,… l 1 2 3 orbitaly s p d f

Orbital s (sphere)

Orbital s (sphere)

Orbitaly p (propeller) z px pz=p0 z x py

Orbitaly d (diamond) dxz dyz y x z dz2=d0 dx2-y2 dxy

Orbitaly f (flower)

Magnetické kvantové číslo m Spinové kvantové číslo s Určuje vzájemnou orientaci orbitalů. Nabývá hodnot od –l do +l. Prakticky určuje počet orbitalů daného typu. Spinové kvantové číslo s Týká se pouze elektronu, určuje jeho rotační impuls, tzv. spin. Nabývá hodnot: +1/2 a -1/2. Dva elektrony opačného spinu tvoří v témž orbitalu elektronový pár.

hodnoty, kterých nabývá Kvantová čísla n, l, m, s kvantové číslo hodnoty, kterých nabývá co určuje hlavní kvantové číslo - n 1, 2, 3, 4,… energii, vrstvu (1 < 2 < 3 < 4…) vedlejší kvantové číslo - l 0, 1, 2,….n-1 tvar, energii (s < p < d < f…) magnetické kvantové číslo - m -l,….0,….+l orientaci v prostoru spinové kvantové číslo - s -1/2, +1/2 směr rotace e-

Označování AO n l AO 1 0s 1s 2 2s 1p 2p 3 3s 3p 2d 3d

Přehled orbitalů a počty elektronů na sférách Kvantová čísla Počet hlavní (n) vedlejší (l) magnetické (m) orbitalů elektronů na orbitalech na sférách 1 (K) 0 (s) 1 2 2 (L) 8 1 (p) -1, 0, +1 3 6 3 (M) 18 2 (d) -2, -1, 0, +1, +2 5 10 4 (N) 32 3 (f) -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3 7 14

1s-2s-2p-3s-3p-4s-3d-4p-5s-4d-5p-6s-4f-5d-6p-7s-5f-6d-7p Pořadí AO v atomu 1s-2s-2p-3s-3p-4s-3d-4p-5s-4d-5p-6s-4f-5d-6p-7s-5f-6d-7p

Zaplňování AO elektrony Nejdříve se zaplňují AO s nejnižší energií Maximální počet e- v AO je dva AO téhož typu se nejdříve obsazují jedním e-, teprve pak tvoří páry e- se zapisují jako horní index (př. 2s1) Elektronová konfigurace prvků

Rámečkový diagram  s2 s1   s0 AO se označí rámečkem: e- se vepisují do rámečků pomocí šipek:  s2 s1   s0

Rámečkový diagram p4 p6    p0 AO se označí rámečkem e- se vepisují do rámečků pomocí šipek p4 p6    p0

Rámečkový diagram d0 d10  d7   AO se označí rámečkem e- se vepisují do rámečků pomocí šipek d0 d10  d7  

Rámečkový diagram  s2 p6 d10    f14  AO se označí rámečkem: e- se vepisují do rámečků pomocí šipek:  s2 p6 d10    f14 

Elektronová konfigurace-příklady

Příklady zápisu el. konfigurace: jod (Z = 53) 53I: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p5 53I [36Kr]: 4d10 5s2 5p5 (zkrácený zápis) 4d10 5s2 5p5 53I [36Kr]:    

Pořadí AO (prázdných) v atomu 1 2 3 4 5 6 7 1s-2s-2p-3s-3p-4s-3d-4p-5s-4d-5p-6s-4f-5d-6p-7s-5f-6d-7p (ns)+(n-2)f+(n-1)d+(np) Číslo periodyvalenční vrstva (hl. kvantové číslo) Číslo skupinypočet valenčních elektronů

Periodická soustava prvků (PSP) 82Pb [54Xe]: 4f14 5d10 6s2 6p2

PSP - s,p,d,f prvky s1-2 p1-6 d1-10 f1-14