Structura atomului

1STRUCTURAATOMULUI

e-

e-

e-

e-

e-e-

e-

e-

e-e-e-

e-

e-

+

++

++

+n

+

++

+

+

+ +

n

n

nnn n

n n

n

n n

n

n

ISTORIA ATOMULUI Democrit (secolul V .Hr.) lumea

nconjurtoare este alctuit din atomi = particule indivizibile i venice (n limba greac, atomos = indivizibil).

1803 J. Dalton, fizician i chimist englez Dteoria atomic proprie: explic legea proporiilor multiple afirmnd c din moment ce substanele se combin numai n proporii integrale, atomii trebuie s existe la baza materiei.

2 n secolul al XIX-lea s-au fcut progrese n concepia atomist prin: descoperirea radioactivitii naturale (1896 de

ctre A.H. Becquerel, premiul Nobel pentru fizic n 1903)

descoperirea electronului (1897 de ctre J.J. Thomson, premiul Nobel pentru fizic n 1906).

Despre structura atomului redat de fizica atomic, n sens propriu, se poate vorbi abia de la nceputul secolului XX, cnd au fost elaborate primele modele atomice.

ISTORIA ATOMULUI

Sfritul secolului XIX Lumina (radiaiile X, ultraviolete, vizibil, infrarou) se

propag n spaiu avnd proprieti de undelectromagnetic: reflexia, refracia, interferena, polarizarea.

Materia i energia - considerate noiuni total distincte: Materia particule caracterizate prin mas i poziie bine

definite n spaiu Undele manifestarea a energiei, fr mas i

delocalizate n spaiu Electronul i protonul sunt cunoscui. Nu se tia de existena neutronului, acesta urma s

fie descoperit n 1932 de James Chadwick. Atomul divizibil era cunoscut, nu se cunotea cu

precizie structura sa.

3MODELE ATOMICE

1. 1904 J.J. Thomson cozonac cu stafide atomul era reprezentat ca o sfer cu sarcin electric pozitiv distribuit n tot volumul, iar n aceasta noat electronii negativi.

MODELE ATOMICE2. 1911 E. Rutherford

(premiul Nobel pentru chimie n 1908) modelul planetar atomul are n centru nucleul ncrcat pozitiv (dimensiuni reduse), care conine practic toat masa atomului; n jurul nucleului se rotesc peorbite circulare e, n numr egal cu sarcinile pozitive din nucleu (analogie: Soare = nucleu, planete = electroni).

43. 1913 N. Bohr (premiul Nobel pentru fizic n 1922) pentru atomul de hidrogen preia modelul planetar al lui Rutherford, cruia i aplic teoria cuantelor.

4. 1915 A. Sommerfeld perfecioneazmodelul lui Bohr

5. dup 1925 modelul ondulatoriu staionar elaborat ca urmare a rezultatelor cercetrilor unor renumii fizicieni, laureai ai premiului Nobel: L. de Broglie(1929), W. Heisenberg(1932), E. Schrodinger (1933).

MODELE ATOMICE

Care sunt cunotinele elementare ale publicului larg despre atom?

Atomul este format dintr-un nucleu n jurul cruia se rotesc electronii.

Particulele elementare din nucleu, protonii au sarcin electric pozitiv, iar neutronii sunt neutrii d.p.d.v. electric.

Electronii care graviteaz n jurul nucleului au sarcinelectric negativ.

Protonii i electronii se atrag prin fore electrostatice. Numrul electronilor din nveliul electronic este egal cu

numrul protonilor din nucleu (atomul este neutru). Ex. atomul de oxigen O:

8 protoni + 8 neutroni n nucleui 8 electroni care graviteaz n jurul nucleului

5STRUCTURA ATOMULUIPERSPECTIVE

Fizica clasic domeniu macroscopic

lumea de zi cu zi fizica clasic, mecanica

newtonian descrierea complet a

strii unui sistem nseamn cunoaterea la un moment dat a tuturor coordonatelor i vitezelor acestuia

Fizica cuantic ondulatorie domeniu submicroscopic:

atomic (10-10 m) nuclear (10-14 m)

fizica cuantic, mecanica cuantic, ondulatorie variaia parametrilor fizici

se face n salturi opereaz cu metode

statistice i de probabilitate

STRUCTURA ATOMULUI

n lumea atomului exist un UNIVERS n miniatur

Atomul reprezint o ntreag lume a crui locuitori se comport ntr-un mod cu totul neobinuit i foarte complex

6Prsentation des acteurs ! Max Planck (1858 - 1947),

Premiul Nobel Fizic 1918(Radiaiile corpului negru Teoria cuantelor)

Albert Einstein (1879-1955),Premiul Nobel Fizic 1921(Efectul fotoelectric)

Niels Bohr (1885-1962),Premiul Nobel Fizic 1922(Modelul atomului de hidrogen)

Wolfang Pauli (1900-1958),Premiul Nobel Fizic 1945(Principiul excluziunii)

Prsentation des acteurs (suite) ! Louis-Victor de Broglie (1892-1987),

Premiul Nobel Fizic 1929(Lumina dualitate corpuscul / und)

Werner Heisenberg (1901-1976),Premiul Nobel Fizic 1932(Principiul incertitudinii)

Erwin Schrdinger (1887-1961),Premiul Nobel Fizic 1933(Ecuaia de und Mecanica ondulatorie)

Paul Dirac (1902-1984),Premiul Nobel Fizic 1933(Materie antimaterie)

Richard Feynmann (1918-1988),Premiul Nobel Fizic 1965(Teoria electrodinamicii cuantice)

7La photo de famille, tous laurats du prix Nobel !

James Chadwick(1891-1974)

Premiul Nobel Fizic 1935

Descoperirea neutronului

Clinton Davisson (1892-1975)


Difracia e prin cristale

George Thomson (1881-1958)


Difracia e prin cristale

Wilis Lamb (1913- )


Structura fin a spectrului hidrogenului

Arthur Compton (1892-1962)


Efectul Compton

Robert Millikan(1868-1953)


Calcul sarcin ei efect

fotoelectric

Ernest Rutherford(1871-1937)

Premiul NobelChimie 1908

Printele" fiziciinucleare

Polykarp Kusch(1911-1993)


Determinarea momentuluimagnetic al e

1897 electron 1910 nucleul (i protonul) 1932 neutronul i

pozitronul 1935 - miuon 1939 pion 1950 - 1960 barioni 1950 -1960 mesoni 1959 neutrino electronic 1962 neutrino miuonic 1970 - 1980 up, down, strange, charm, bottom quark; tau

lepton 1983 - bosoni vectoriali intermediari W,Z 1995 top quark 2001 - tau neutrino

Istoria modern a particulelor elementare

8SPECTRUL ELECTROMAGNETIC

Radiaia electromagneticUnda = o vibraie prin care se

transmite energieLungime de und = distana dintre

dou puncte identice situate pe dou unde succesive (vibraii alturate) D unitate msur = metrul

Frecvena = numrul de unde complete (cicli) care trec printr-un punct dat n unitatea de timp D unitate msur Hertz = Hz = s-1

Amplitudinea A = distana vertical de la linia de propagare a undei la punctul ei maxim

Punctele care au A = 0 se numescnoduri i se repet la un interval de /2c = viteza luminii = 2,99108 m/s

1

1= c

B = Cmp magnetic

= Lungime de und

E = Cmp electric

9Quest-ce quun corps noir ?M. Planck Teoria cuantelor

Corp negru = un corp ideal absoarbe toat energia pe care o primete, toate radiaiile incidente.

Planck constat c un corp negru adus la incandescen emite energie sub form de radiaiin mod discontinuu, n dependen de temperatura sa D neconcordan cu previziunile fizice clasice: materia poate absorbi sau emite orice cantitate de energie

M. Planck Teoria cuantelorUn corp negru emite energie n porii finitesau pachete de dimensiuni bine definite, nu n mod continuu D undele, respectiv lumina, se produc i se absorb discontinuu prin vibraia atomilor sau grupurilor de atomi

Energia atomilor depinde de frecvena vibratieilor:

E = hh = constanta lui Planck, constant universal h = 6,6310-34Js.

10

Planck, octombrie 1900: radiaiile pot fi absorbite sau cedate

numai n cantiti discrete de multiplintregi ai mrimii h, adic 1h, sau 2h, sau 3h, etc.

cuanta = cea mai mic cantitate de energie egal cu h, coninut de o radiaie electromagnetic

M. Planck Teoria cuantelor

A. EINSTEIN 1905EFECTUL FOTOELECTRIC

11

1905 A. Einstein studiul efectului fotoelectricDundele electromagnetice de o anumit frecven (prag de frecven caracteristic fiecrui metal) determin eliberarea de e- de pe suprafaa metalelorD Radiaiile au o structur corpuscularD sunt compuse din fotoni (1923 ) D structuradiscontinu a luminiiD dualitatea und / particulEste prima dat n istoria fizicii cnd un obiect e descris din perspectiv dubl!

Lumina se comport ca o und i este format dinparticule = fotoni! D EE = h= h i pp == h/h/ BB mvmv == h/h/

ALBERT EINSTEIN EFECTUL FOTOELECTRIC

A. EINSTEIN EFECTUL FOTOELECTRIC

E = mc2(Einstein T. Relativitii)

DCalculul masei unei cantiti de energie care se mic cu viteza luminii

Materie corpuscul foton

Lumina = Radiaieelctromagnetic

chcch

cEm =

== 2

2 /

hcm =

hp =chhE ==

12

1905 CONCLUZII Planck + Einstein

Materia emite radiaii luminoase discontinuu.Lumina este compus din pachete de energie; particulele

componente ale luminii au fost denumite fotoni mai trziu, n anul 1923.

Lumina este absorbit de materie n mod discontinuu.Lumina are un comportament MIXT explicat simplist astfel: Cnd cltorete = se propag = comportament de

und. Cnd interacioneaz cu materia se comport ca

particulele (= pachete de energie).

h fh = 0,000000000000000000000000000006626 Js = 6,6210-34 Js

ATOM ENERGIE Un atom absoarbe energie (luminoas,

electric, termic) D trece dintr-o stare de energie inferioar E1 ntr-una superioarE2. Cnd atomul emite energie, fenomenul este invers: E = E2 - E1 = h

E = h

E2

E1

Stare excitat

Starefundamental

Absoarbeenergie Emite

energie

13

Cnd un atom absoarbe o radiaie de frecven , energiacorespunztoare h este transferat atomului B trece ntr-o stare excitat de energie E* = E + h:Atom + Foton Atom excitat

Cnd un atom emite o radiaie de frecven B trece ntr-o stare energetic inferioar, E = E* - h:

Atomul excitat Atom + Foton

SPECTRE DE EMISIE ALE ATOMILOR

N7

He2

Fe26

Ca20

Aceste schim-buri de fotoni au loc lafrecvene {} caracteristice, n funcie de naturaatomuluiconsideratDSpectreleatomului

14

source derayons

feuille en or

film photographique

Modelul atomic al lui RutherfordExperiena lui Rutherford (1911) bombardarea unei foie de aur cu un fascicul de particule , adic ioni de He2+ :

Ecran

Poloniu

Fascicul de particule

Foia de aur

1 1

2

3

2

3

4

4

Modelul atomic planetar al lui Rutherford

ConcluziaD materia are structur lacunarDatomii sunt constituii din nuclee pozitive, dispuse n centrul atomilor, n jurul lor rotindu-se pe orbite circulare electronii (cu sarcin negativ, n numr egal cu sarcinile pozitive din nucleu). Deficiena De ce nu cad electronii la un moment dat pe nucleu, tiut fiind c o sarcin electric n micare accelerat pierde continuu din energia sa prin radiaie electromagnetic?

15

MODELUL ATOMIC AL LUIBOHR (1913)

Aplicabil atomului de hidrogen i ionilor hidrogenoizi(ionii cu un singur e n cmpul de sarcini +Ze al nucleului: He+, Li2+, Be3+)Are la baz modelul planetar al lui Rutherford cruia i aplic teoria cuantelor.Bohr emite 2 ipoteze :

(1) numai anumite orbite electronice sunt posibile n jurul nucleului (orbite permise, staionare cuantificate )(2) n micarea sa pe o orbit dat, e nu emite (i nu absoarbe) energie radiant

Atomul poate absorbi sau emite energie radiant de o anumit frecven, numai discontinuu, corespunzndunor tranziii electronice care dau natere liniilor spectrale.


e- efectueaz o micare circular uniform pe oorbit de raz R.

Fora de atracie Coulombian ntre e ncrcat (-) i cei Z protoni ai nucleului ncrcai (+) este echilibrat de fora centrifug

p+

e-v

r F1

4 ZeR

atr0

2

2=

RvmF

2.centrifuga

=

m vR

14

ZeR

2

0

2

2 =

16

Pentru calculul nivelelor energetice, Bohr admite c:

momentul cinetic unghiular al e- pe orbita circular este un multiplu ntreg (n) de h/2:

mvr = n h/2 (mv2r = nh) n = numr cuantic principal e - se gsete doar pe anumite orbite definite

de n n = 1D atomul de H se gsete n starea sa

fundamentalB are stabilitatea maxim.


MMododeellulul luilui Bohr Bohr pentru pentru atomatomulul dde e hhiidrogdrogeenn

1) Echilibrul forelor: centrifug/centripet

2) Conservarea energiei : E = E cinetic +E potenial

3) Conservarea momentului cantitii de micare:

mv2

r+ k e

2

r2 = 0

mv2

2+ k e

2

r= E n

Atomul de hidrogen exist i este stabil.

Momentul unghiular: mvr = constantIIpotpotezaeza luilui BohrBohr : mvr =n.(h/2) unde n=1, 2, 3

p+

r

e-v

17

MMododeellulul luilui Bohr Bohr pentru pentru atomatomul de ul de hhiidrogdrogeenn

1)

2)

3) egalnd:

mv2

r= k e

2

r2 mv 2 = k e

2

r

Rezolvarea problemei:

mvr = n h2 (mvr )

2 = ( n h2 )

2 mv 2 = n2

mr2 (

h2 )

2

ke 2

r= n

2

mr 2(

h2 )

2 r = n2 h 2

4 2me 2 k = n2 .a 0

4) deci: v = n h2 mr =2 ke

nh

2

v = 1n

v 0

5) E n = mv2

2+ k e

2

r= 2

2me

4k

2

n2h

2 = An

2

MMododeellulul luilui Bohr Bohr pentru pentru atomatomul de ul de hhiidrogdrogeenn

n concluzie:

1) r n = n 2 .a 0 = n 2 .0 , 5297 .10 10 mn=1, 2, 3, 2) v n = 1n v 0 =

1n

2 , 214 .106

m / s

3) E n = An

2 = 21 , 757n

2 10 19

j

18

MMododeellulul luilui Bohr Bohr ii spectrspectrulul atomatomuluiului dde e hhiidrogdrogeenn

{ }

-A

-A/4

-A/9

0 -A/25 -A/16

Energie n Stri

1

3

2

5 4

absorbie emisieFundamental

Ionizate

Stri excitatesuperioare

Primul nivelexcitat

}

Modelul atomic Bohr-Sommerfeld

1915 A. Sommerfeld explic structurafin a liniilor din seriile spectrale ale H.

Presupune c orbitele staionaredescrise de e n jurul nucleului atomic sunt nu numai circulare ci i elipticeBunei orbite circulare cu numr cuantic principal n, i corespund (n-1) orbite staionare eliptice B fiecare orbit circular a lui Borh se descompune n(n-1) elipse cu excentriciti diferite

19

Rezult o familie de orbite pentru fiecare numr cuantic principal n>1B Orbita cu l=0 are o simetrie circular, iar orbitele cu l=1,2,...n-1, sunt eliptice

l = numar cuantic secundar, orbital

Modelul atomic Bohr-Sommerfeld

n = 4, l = 0,1,2,3n = 3, l = 0,1,2n = 2, l = 0,1

MMododeellulul ondulatondulatoorriuiu

- Modelul lui Bohr nu se aplic dect atomului de hidrogen i ionilor hidrogenoizi (sisteme monoelectronice), n absena cmpului electricsau magnetic

-Experienele de difracie arat c electronii au caracteristicile unei unde.-L.V. de Broglie - O particul elementar n micare are asociat o und a crei lungime de und variaz cu energia sa.

-- Lungimea de und este determinat de relaia lui de Brogliede Broglie =h/=h/mvmv

Unda electromagnetic = und cu proprieticorpusculare.

Electronul este o particul cu proprieti ondulatorii.

ElectronulD dualitdualitateate uundnd / / corpusculcorpuscul.

vmh

e

=

20

Principiul incertitudinii al lui Heisenberg

2h p . X

Determinarea simultan a poziiei i momentului cinetic unui electron este imposibil; cu ct valoarea uneia dintre mrimi este calculat cu mai mult precizie, cu att valoarea celeilalte este mai imprecis

n cazul n care masa e constant 2mh v . X

Modelul cuantic: noiunea de orbital

Mecanica cuantic imposibil de a determina cu exactitate poziia unei particule elementare, subatomice, numai probabilitatea prezenei acesteia ntr-o regiune din spaiu.

Nu se poate vorbi despre traiectoria e, numai despre probabilitatea prezenei lui ntr-o anumit regiune din spaiu

1925 Schrdinger ecuaia diferenial liniar de gradul doi sau ecuatia lui Schrdinger pentru care soluiile permit determinarea probabilitiiprezenei e- n jurul nucleuluiD exist o regiune din spaiu unde acast probabilitate este mare(peste 90%). Aceast regiune corespunde unui element de volum determinat de o suprafa limitnumit orbital atomic (O.A.).

Modelul cuantic: noiunea deorbital

21

Ecuaia lui Schrodinger= arat caracterul ondulatoriu al micrii

electronului n atom, descris de o funcie de und,

= prezentare matematic a comportrii en atom sub forma ecuaiei de und.

= exprim probabilitatea statistic ca es se gseasc la un moment dat (t)ntr-o anumit regiune n atom, prinintermediul funciei de und :

Ecuaia lui Schrodinger

= funcia de und sau amplitudinea undei asociat en punctul de coordonate (x,y,z)

m = masa eh = constanta lui PlanckEp = energia potenial a eEt = energia total a e:n = nivelul energiei i e = sarcina e.

= densitatea de probabilitate (P) a prezenei e ntr-un punct de coordonate (x, z, y) din spaiul perinuclear

= rezolvarea ecuaiei d soluii reale care sunt funciilede und (sau OA), numai pentru anumite valoriale Et a e (valori proprii, E e n stri staionare), definite de setul de numere cuantice n, l, m, s D E e n atom este cuantificat

( ) 08 22222222 =+ + + pt EEh mzyx

2

22

422hnmeEt

=

H = E

22

NUMERE CUANTICEComportamentul electronului atomului de H este

descris de 4 numere cuantice: n, n, ll, m, s, m, s.nn numrul cuantic principal D indic energia

e.ll numrul cuantic secundar, azimutal D

indic mrimea momentului unghiularorbital.

mm numrul cuantic magnetic D indicdirecia momentului unghiular orbital.

ss numrul cuantic de spin D indic ocaracteristic intrinsec a e, spinul su.

n numrul cuantic principal, indic semiaxa mare a orbitei eliptice; ia valori 1,2,3,4,...n sau 1 n ; reprezint straturile electronice K, L, M, N, O, P,

Q. determin att energia total a e care ocup un

orbital, ct si dimensiunea orbitalului. Numrul maxim de e ce corespund unui strat cu

numr cuantic principal n este dat de relaia:

NUMERE CUANTICE

21-n

0=ln 2 1)-2n + .......... + 3 + (l 2 = 1)+l(2 2 =

23

l - numr cuantic secundar, orbital, azimutal,

indic semiaxa mic a orbitei eliptice reprezint momentul unghiular al

electronului pe orbit i substrat; are valorile l = 0,1,2,3,..... sau 0 1 n-1.

Pentru l=0 orbita e circular, l0 orbita este eliptic.

Indic tipul de substrat: s p d f

NUMERE CUANTICE

m numrul cuantic magnetic, indic poziia (orientarea) orbitei electronice ntr-un cmp magnetic i are valori negative i pozitive, n total 2l+1 valori:

-l .....-2 ,-1, 0, 1, 2, ..... +l sau -l m +l s numrul cuantic de spin, caracterizeaz

micarea de rotaie a electronului n jurul propriei sale axe, ia valorile +1/2 sau -1/2

NUMERE CUANTICE

OA: n=1l=0m=0

e: n=1l=0m=0s=-1/2

e: n=1l=0m=0s=+1/2

24

n 1 2 3 4 5 6 7 strat K L M N O P Q

l 0 1 2 3 4 5 6

substrat s p d f g h i

n 1 2

l 0 0 1

m 0 0 1 0 1

stare 1s 2s 2px 2py 2pz

NUMERE CUANTICE

numr cuantic secundarnumr cuantic principal

ORBITALI ATOMICIOrbitali s: Orbitali p

Orbitali d:

OA 1s, 2s i 3s

25

ORBITALI ATOMICI d

49

dxy dxz dyz

http://www.rsc.org/chemsoc/visualelements/orbital/orbital_d.htmldx2-y2 dz2

f z3 f xz2 i f yz2 f xyz i f z(x2-y2) f x(x2-3y2) i f y(3x2-y2)

ORBITALI ATOMICI f

26

STRATURI ELECTRONICESTRATUL K (n = 1) :

Primul strat (n = 1) nu are decat 1OA = 1s pentru c l nu poate avea dect valoarea 0.

Substratul 1s are 1 OA pentru ca m nu poate aveadect valoarea 0.

n = 1 0 l n - 1 l = 0- l m + l m = 0

B Primul strat nu poate conine dect max 2 e cu spini anti-paraleli

l = 0

1s

substrat s

1 OA

Strat L ( n = 2 ) n = 2 0 l n - 1 l = 0

- l m + l m = 0l = 0l = 1

- l m + l m = -1 ; 0 ; +1l = 1

2 s

m = 0

2 p

m = -1 m = 0 m = +1

Substrat s

Substrat p

1 OA

3 OA

2 e max.

6 e max.

8 e max. total

STRATURI ELECTRONICE

27

Strat M ( n = 3 )n = 3 0 l n - 1

l = 0

- l m + l m = 0l = 0

l = 1

- l m + l m = -1 ; 0 ; +1l = 1

3 s

m = 0

3 p

m = -1 m = 0 m = +1

Substrat s

Substrat p

1 OA

3 OA

2 e max.

6 e max.

18 e max. total

l = 2 Substrat d

- l m +l m =-2 ; -1 ; 0 ; +1; +2l = 25 OA 10 e max.

3 d

m = -2 m = -1 m = 0 m = +1 m = +2


Strat N ( n = 4 )

4 s

m = 0

4 p

m = -1 m = 0 m = +1

4 d

m = -2 m = -1 m = 0 m = +1 m = +2

4 f

m = -3 m = -2 m = -1 m = 0 m = +1 m = +2 m = +3

32 e max. total

l = 0 (4 s)

l = 1 (4 p)

l = 2 (4 d)

l = 3(4 f)

-3 m +3


28

Numere cuantice OA Energie2

02n

E ZEn

=

3dyz-1

3s0033px-113py09 OA de aceeasi energie

-E0Z2/93pz1(9 OA degenerati)3dxy-22

3dxz03dx2-y21

-E0Z21s0012s002

-E0Z2/42px-112py04 OA de aceeasi energie2pz1(4 OA degenerati)

Energien

3dz22

OAml

n = 1,2,3 ; l=0,,n-1 ; m = -l,-1,0,1,,l

1 Principiul energetic = construciei (AUFBACH) = stabilitii e sunt repartizai n ordinea creterii energiei nivelelor (n cresctor, l cresctor)2 Principiul lui Pauli2 e ai unui atom difer prin cel puin un nr. cuantic D 2 e pot s ocupe acelai OA, dac difer prin spinul lor (s) = ntr-un atom nu exist 2 e cu toate cele 4 numere cuantice identice:

3 Regula lui Hund D OA de aceeai energie (degenerai, din acelai substrat) se ocup cu ea.. s aib spin maxim

Reguli de distribuire a e configuraii electroniceFiecare e e caracterizat prin 4 nr. cuantice: n,l,m,s

Substrat p cu 3 e :

S=1

S=1,5

sasauusasauu

unul al 2-lea sau

29

4. Regula lui KlechkowskiOrdinea de completare a O.A. urmeaz riguros ordinea cresctoare a energiei acestora, care este dat de succesiunea sumei (n+l) a diferiilor O.A. n cazul n care 2 sau mai muli O.A. au aceeai sum (n+l), se completeaz mai nti O.A. cu n minim.

Reguli de distribuire a e configuraii electroniceFiecare e e caracterizat prin 4 nr. cuantice: n,l,m,s

OA Substrat n l n + l1 s 1 0 12 s 2 0 22 p 2 1 33 s 3 0 33 p 3 1 44 s 4 0 43 d 3 2 54 p 4 1 55 s 5 0 54 d 4 2 65 p 5 1 66 s 6 0 64 f 4 3 75 d 5 2 76 p 6 1 77 s 7 0 75 f 5 3 86 d 6 2 8

ordinea123456789101112131415161718

Ordinea de ocupare cu e a OA: Regula lui Klechkowski

30

Tabla de ah a lui Goldanski

Configuraia electronic a atomului unui ED locul E n SPConfiguraii electronice e distinctiv:

H 1H 1 ee 1s1s11HeHe 2e2e 1s1s22Li 3eLi 3e HeHe 2s2s11

B 5eB 5e HeHe 2s2s2 2 2p2p11BeBe 4e4e HeHe 2s2s22

C 6eC 6e HeHe 2s2s2 2 2p2p22N 7eN 7e HeHe 2s2s2 2 2p2p33O 8eO 8e HeHe 2s2s2 2 2p2p44F 9eF 9e HeHe 2s2s2 2 2p2p55Ne 10eNe 10e HeHe 2s2s2 2 2p2p66

STRATSTRATKK

n=1n=1

STRATSTRATLL

n=2n=2

1s

2s

4s

3p

3s

2p

ConfiguraConfiguraii ii electroniceelectronice fundamentalefundamentale

31

Stratul al 3-lea MD E din perioada a 3-a:

Na 11e Ne 3s1

Al 13e Ne 3s2 3p1Mg 12e Ne 3s2

Si 14 e Ne 3s2 3p2P 15e Ne 3s2 3p3S 16e Ne 3s2 3p4Cl 17e Ne 3s2 3p5Ar 18e Ne 3s2 3p6

1s

2s

4s

3p

3s

2p

ConfiguraConfiguraii ii electroniceelectronice fundamentalefundamentale

OA s i pPrincipiul construciei Aufbau

Regula lui Hund: Nr. maxim de e necuplai ntr-un substrat D configuraia cea mai stabil (cea mai joas energie)

1s 2s 2p

C: 1s2 2s22p2

32

OA d

19K: 1s22s22p63s23p64s1 sau 18[Ar]4s1

20Ca: 18[Ar]4s2

21Sc: 18[Ar]4s23d1

23V: 18[Ar]4s23d3

24Cr: 18[Ar]4s23d4D18[Ar]4s13d5

27Co: 18[Ar]4s23d7

29Cu: 18[Ar]4s23d9D 18[Ar]4s13d1030Zn: 18[Ar]4s23d10

31Ga: 18[Ar]4s23d104p1

36Kr: 18[Ar]4s23d104p6

4f

4d

4p

4s

n = 4

3d

3p

3s

n = 3

2p

2sn = 2

1sn = 1

Ener

gie

Substraturi

s

s

s

s

p

p

p

d

d f

1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d10 5p66s2 4f14 5d10 6p67s2 5f14 6d10 7p6

33

Diagrama energetic a OA

Energia OA 18

18

32

8

8

2

1s

2s 2p

3s 3p

4s 4p 3d

5s 5p 4d

6s 6p 5d 4f

NUCLEUSOConnor, Davis, MacNab, McClellan, CHEMISTRY Experiments and Principles 1982, page 177

Ocuparea cu e a OA ai unui atom polielectronic

Energie

0

3p (3px, 3py, 3pz)

3s

3d (3dxz, 3dxy, 3dyz, 3dx2-y2, 3dz2)

2p (2px, 2py, 2pz)

2s

1s

4s

4px (4px, 4py, 4pz)

5s

34

Diagrama energetic a OA

Ocuparea cu e a OA ai unui atom polielectronic

Strat K 1

OA neocupai cu e n stare fundamental

Strat L 2

Strat M 3

35

Ordinea de ocupare cu e a OA

Ocuparea cu e a OA n ordinea redat de sgeile coborte pe diagonal, de la dreapta spre stnga, ncepnd cu primul strat.

Numrul scris ca exponent la fiecare tip de substrat indic numrul maxim de e din acel substrat calculat astfel: 2 (2 l +1 ) = 4 l + 2, unde l = numrul cuantic secundar

1 s2

2 s 2 p6

3 s 3 p 3d10

4 s 4 p 4 d 4 f14

5 s 5 p 5 d 5 f

6 s 6 p 6 d 6 f

7s 7 p 7 d 7 f

K

L

M

N

O

P

Q

Regula lui Klechkowski

Scrierea fiecrui strat i a substraturilor corespunztoare n iruri orizontale, n ordinea cresctoarea a numrului cuantic principal n.

Configuraia electronic fundamental a unui atom

Elementul cu Z = 50

1 s2

2 s 2 p6

3 s 3 p 3d10

4 s 4 p 4 d 4 f14

5 s 5 p 5 d 5 f

6 s 6 p 6 d 6 f

7s 7 p 7 d 7 f

K

L

M

N

O

P

Q

Ordinea de ocupare cu e a OA Klechkowski :1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p2

Configuraia electronic reprezentnd nivelele energetice n ordinea cresctoare a n:1s2 / 2s2 2p6 / 3s2 3p6 3d104s2 4p6 4d10 / 5s2 5p2

Configuraia electronic reprezentnd straturile:

K2 L8 M18 N18 O4

36

Gaz nobil Simbol ZHeliu He 2Neon Ne 10Argon Ar 18Kripton Kr 36

Xenon Xe 54Radon Rn 86

1 s2

2 s 2 p6

3 s 3 p 3d10

4 s 4 p 4 d 4 f14

5 s 5 p 5 d 5 f

6 s 6 p 6 d 6 f

7s 7 p 7 d 7 f

K

L

M

N

O

P

Q

He (Z = 2)

Ne ( Z = 10 )

Ar ( Z = 18 )

Kr ( Z = 36 )

Xe ( Z = 54 )

Rn ( Z = 86 )

53E:1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p5D53E: 36Kr 4d10 5s2 5p5

88 86 = 2 D88 E: 88 = 86 + 2 D 86Rn 7s2

48 36 = 12D48E: 48 = 36 + 12D 36Kr 5s2 4d10D 36Kr 4d10 5s2

33 18 = 15D33E: 33 = 18 + 15D 18Ar 4s2 3d10 4 p3D 18Ar 3d10 4s2 4 p3

He (Z = 2)

Ne ( Z = 10 )

Ar ( Z = 1 8 )

Kr ( Z = 36 )

Xe ( Z = 54 )

Rn ( Z = 86 )

K

L

M

N

O

P

Q

1 s2

2 s 2 p6

3 s 3 p 3d10

4 s 4 p 4 d 4 f14

5 s 5 p 5 d 5 f

6 s 6 p 6 d 6 f

7s 7 p 7 d 7 f

Configuraia electronic simplificata atomilor elementelor

37

d9 s2

Substratul d10 complet ocupat cu eStabilitate mai mare

saltul unui electron"

d10 s1

Substratul d5 semiocupat cu eStabilitate mai mare

d4 s2

saltul unui electron"

d5 s1

Atomii elementelor blocului f, metale de tranziie intern, ar trebui s-i ocupe cu e OA n ordinea: 6s 4f 5d 6p, respectiv 7s 5f 6d 7p. Totui, n multe cazuri, substratul 5d (respectiv 6d) se ocup cu 1 e naintea ocuprii substratului 4f(respectiv 5f).

Excepii de la regula luiKlechkowski

Z Element Simbol Config. el Klechkowski Config. el. real24 Crom Cr (Ar)3d4 4s2 (Ar)3d5 4s129 Cupru Cu (Ar)3d9 4s2 (Ar)3d18 4s141 Niobiu Nb (Kr)4d3 5s2 (Kr)4d4 5s142 Molibden Mo (Kr)4d4 5s2 (Kr)4d5 5s144 Ruteniu Ru (Kr)4d6 5s2 (Kr)4d7 5s145 Rodiu Rh (Kr)4d7 5s2 (Kr)4d8 5s146 Paladiu Pd (Kr)4d8 5s2 (Kr)4d1047 Argint Ag (Kr)4d9 5s2 (Kr)4d10 5s157 Lantan La (Xe)4 f1 6s2 (Xe)5d1 6s258 Ceriu Ce (Xe)4 f2 6s2 (Xe)4 f1 5d1 6s264 Gadoliniu Gd (Xe)4 f1 6s2 (Xe)4f7 5d1 6s278 Platina Pt (Xe)4 f14 5d8 6s2 (Xe)4f14 5d9 6s179 Aur Au (Xe)4 f14 5d9 6s2 (Xe)4f14 5d10 6s189 Actiniu Ac (Rn)5 f1 6d0 7s2 (Rn)6d1 7s290 Toriu Th (Rn)5 f2 6d0 7s2 (Rn)6d2 7s291 Protactiniu Pa (Rn)5 f3 6d0 7s2 (Rn)5f2 6d1 7s292 Uraniu U (Rn)5 f4 6d0 7s2 (Rn)5f3 6d1 7s293 Neptun Np (Rn)5 f5 6d0 7s2 (Rn)5f4 6d1 7s296 Curiu Cm (Rn)5 f8 6d0 7s2 (Rn)5f7 6d1 7s2

38

Cr, Cu, Nb, Ru, Pd, Ce, Tb, Pt, Pa, Np, Bk .

Fenomenul de prbuire sau trecere a e de pe un subnivel pe alt subnivel.

LANTANIDE 4f1-14

57La: [Xe]6s25d1 72Hf: [Xe]6s24f145d2

64Gd: [Xe]6s24f7 5d1 ; 71Lu: [Xe]6s24f145d1

ACTINIDE 5f1-14

89Ac: [Rn]7s26d1 104Rf: [Rn]7s25f146d2

91Pa: [Rn]7s25f2 6d1; 103Lr: [Rn]7s25f14 6d1

CONCLUZIIReguli privind ocuparea cu e a nveliului electronic

1. Ocuparea cu e a OA unui strat (n) - n ordinea s>p>d>f

2. n substrat (l), config. el. cea mai stabil, cu energia cea mai joas are cel mai mare nr. de e necuplai (regula lui Hund)

3. OA (n+1)s se ocup cu e ntotdeauna naintea OA nd

4. La E situate dup La ([Xe]6s25d1) n SP, se ocup cu eOA 4f

5. La E situate dup Ac ([Rn]7s26d1) n SP se ocup cu e, OA 5f

Nr. max e dintr-un substrat: s: 2 e- ; p: 6 e- ; d: 10 e- ; f: 14 e-

Structura atomului

Documents

Transcript of Structura atomului