elektronen-structuur van de atomennuleren.be/edocumenten/chemie_h3_elektronenstructuur_van...positie...
TRANSCRIPT
-
HOOFDSTUK 3Elektronenstructuur van atomen
Het periodiek systeem
-
Kan baan object voorspeld worden?
Klassieke fysica:
• Positie meten
• Snelheid meten
• Potentiële energie kennen
Baan
precies
bekend
(positie in
toekomst)
Kleine systemen:
• Positie meten
• Snelheid meten
• Potentiële energie kennen
Baan
maar
ruwweg
bekend
Meten interfereert niet met onderwerp Meten interfereert wel met onderwerp
http://www.google.be/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjipMT45NnWAhUF5xoKHZGdBwgQjRwIBw&url=http://www.afrc.af.mil/News/Article-Display/Article/616412/reserve-airmen-clear-path-for-rocket-launch/&psig=AOvVaw2yTnaP_TTJqsPWvzJxJK30&ust=1507303406908560https://www.google.be/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiAp-uO5tnWAhVJPRoKHfqxCbkQjRwIBw&url=https://www.youtube.com/watch?v%3D8ONvEW9pSqc&psig=AOvVaw12zlpwz9Mhcd7FXXcDkMDo&ust=1507303719197474
-
Meten: klein beetje energie toevoeren
Conclusie:
Positie en snelheid kunnen niet beide precies gekend zijn
• Positie gekend door
waarneming gereflecteerd foton
• Snelheid niet gekend, want gewijzigd
doordat el
-
Analogie met fotografie
© Drew Zeller
Lange sluitertijd Korte sluitertijd
niet-klassieke fysica nodig om atomen te beschrijven
Analo
gie
met fo
togra
fie
http://www.google.be/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjU7_m1rNvWAhWGVhoKHa0mCOAQjRwIBw&url=http://drewzeller.weebly.com/blog/camera-function-part-1&psig=AOvVaw2o2N9HQ2afdRKFvReDXHYh&ust=1507356926366546
-
Wat weten we al over het atoom uit hoofdstuk 1?
ongeveer 10-15 m
elektronen
protonen +
neutronen
Atoom ~ 10-10 cm
Atoommodellen
(=kern)
quark
(niet kennen)
up, down,
strange, charm,
top, bottom
(niet kennen)
-
6
Atoommodellen
• Dalton: atoom is ondeelbaar
• Thomson: elektronen
• Rutherford: kern + elektronen
• Bohr: stationaire banen
(schillen)
• Schrödinger: atoomorbitalen
(elektronenwolken)H3
-
Elektronenstructuur van atomen: vragen
Hoe bewegen de elektronen rond de kern?
Kunnen elektronen op gelijk welke plaats rond de kern
voorkomen ?
Is de ruimte waarin de elektronen rond de kern kunnen
bewegen welbepaald ?
Hoe kunnen we best de beweging van de elektronen
beschrijven ?
Wat is de energie van elektronen?
1
2
3
4
5
-
Hoe gedrag van systemen beschrijven?
elektron
Massa = 9,1 x 10-31 kgMassa = 1000 kg
MACROWERELD MICROWERELD
Newtoniaanse
mechanica
Newtoniaanse mechanica
niet meer bruikbaar
Microwereld dient beschreven te worden met
QUANTUMMECHANICA
Voor de beschrijving van atomen onder de vorm van :
golfmechanica
-
Golfmechanica
Snelheid = v= 107 m/s
Massa = 9,1 x 10-31 kg
Waarom "golfmechanica"?
Basisaanname: bewegende deeltjes komen
overeen met elektromagnetische straling
(golven) met een bepaalde golflengte
vm
h
.
λ= 0,74 × 10-10 m
Constante van Planck
6,62 x 10-34 (J.s)
Snelheid v = 60 km/u = 16,7 m/s
Massa= 1000 kg
λ= 0,3964 × 10-37 m
(de Broglie-relatie)
Groter dan grootte elektron (10-18 m)
Grootte-orde atoomstraal
-
Golfmechanica
Verandering in ruimte en tijd
van de amplitude van de golf
("voortbewegend golfpakket")
Plaats van het
elektron rond de kern
Energie van
het elektron
elektron
Plaats & snelheid
van deeltje
Toegepast op elektron
rond de kern, beschrijft deze golf
-
Context: Golf
A
•gekarakteriseerd door golflengte en amplitude A
golflengte: [m]
frequentie: [s-1 of Hz]
vv
•breidt zich periodisch uit in ruimte en tijd
voortplantingsnelheid: v [ms-1]
Griekse letter nu
knoop: A = 0
knoop
Elektromagnetische golven: v = c
-
Licht is elektromagnetische straling
cc
c: lichtsnelheid
Context: Licht
Elektrisch en magnetisch veld staan loodrecht op elkaar
1
-
1 GOLFkarakterElektrisch veld
golflengte Vb. LICHT
Context: elektromagnetische straling
3. DIFFRACTIE1. INTERFERENTIE 2. BREKING
Karakteristiek voor golven zijn de fenomenen:
-
Golflengte in
m
380 nm780 nm
Elektromagnetisch spectrum
-
Licht gedraagt zich ook als deeltjes
1 GOLFkarakter
2 DEELTJESkarakter
Inzenden van elektromagnetische straling op materie: absorptie
FOTONEN
QUANTAEmissie & absorptie erloopt steeds in pakketjes:
De golflengte van licht is afhankelijk van de energie van een lichtfoton
𝐸 = ℎ𝜈 = ℎ𝑐
𝜆
Materie T = Emissie elektromagnetische straling (EMS)
(voor licht)
(algemeen)
met energie:(enkelvoud: quantum, foton)
https://www.google.be/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjM5-jJ69nWAhVMAxoKHfcUB7cQjRwIBw&url=https://bbqpassies.com/gloeiende-kolen-klein-2/&psig=AOvVaw08zY0cun_znI31_EmVhoeL&ust=1507305196860372
-
Licht is elektromagnetische straling
cc
c: lichtsnelheid
fotonfotonfoton
hchE
foton Efoton
h = 6.626 10-34 Js; Planck constante
Licht bestaat uit lichtquanta of fotonen
Context: Licht
)molJ(hc
NE 1
fotonAvfoton
1
2
-
17
Elektromagnetisch spectrum
hcE h
-
Wit licht bestaat uit vele golflengtes:
continu spectrum
Lichtbron
PrismaROOD
VIOLET
Continu spectrum
Detector of
fotografische plaat
Smalle
spleet
-
Geëxciteerde atomen stralen slechts
enkele golflengtes uit
Helium-
lamp
Lijnenspectrum
Prisma
Detector of
fotografische plaat
Smalle
spleet
golflengte
λ (nm)
-
21
H Ne Li Na K
Exciteren van elementen
Elektrische excitatie Excitatie van metalen in gasvlam
-
Spectrum van enkele geëxciteerde
elementenLijnen in het zichtbaar gebied
-
Emissie licht: overgangen tussen discrete E-niveau’s
wet van behoud van energie: Ebegin = Eeind
begintoestand: atoom in toestand 2
eindtoestand: atoom in toestand 1
E2
E1
E2 > E1 E21 = E1 – E2 < 0:
emissie foton met Efoton = hfoton,uit
2 1 ,foton uitE E E
2 1 ,foton uitE E h
Eij wordt gedefineerd als het
verschil in energie tussen het
atoom in toestand j en het
atoom in toestand i
energ
ie
2 1 ,foton uitE E h
Energie atoom daalt
Atoom straalt energie uit als licht met frequentie foton,uit
-
Absorptie is het omgekeerde van emissie
Emissiespectrum
Absorptiespectrum
Continu spectrum
Heet gas
Koud gas
eindtoestand: atoom in toestand 2
begintoestand: atoom in toestand 1
E2
E1
absorptie foton met
Efoton = hfoton, in
Lijnen vallen op precies
dezelfde golflengte,
maar nu zijn er fotonen
opgenomen i.p.v. uitgezonden
energ
ie
-
Absorptie is het omgekeerde van emissieeindtoestand: atoom in toestand 2
begintoestand: atoom in toestand 1
E2
E1
absorptie foton met
Efoton = hfoton, inenerg
ie
wet van behoud van energie: Ebegin = Eeind
E2 > E1 E12 = E2 – E1 > 0:
1 , 2foton inE E E
1 , 2foton inE h E
Eij wordt gedefineerd als het
verschil in energie tussen het
atoom in toestand j en het
atoom in toestand i
, 2 1foton inh E E
Zelfde formule
Energie atoom stijgt
Atoom neemt energie op uit licht met frequentie foton,uit
-
Fotonemissie in het H-atoom
E1
E2
E3
E4
>>
>
H
Grondtoestand
E1
E2
E3
E4
Geëxciteerde toestand
λ in UV-gebied
E = hν = hc/λ
122 nm
-
Fotonemissie in het H-atoom
E1
E2
E3
E4
>>
>
H
Grondtoestand
E1
E2
E3
E4
Geëxciteerde toestand
λ in UV-gebied
E = hν = hc/λ
103 nm
-
Fotonemissie in het H-atoom
E1
E2
E3
E4
>>
>
H
Grondtoestand
E1
E2
E3
E4
Geëxciteerde toestand
λ = 656 nm
E = hν = hc/λ
Rode
spectraallijn
-
Fotonemissie in het H-atoom
E1
E2
E3
E4
>>
>
H
ATOOMSPECTRA = EMS
uitgezonden door verhitten van een
gas of damp van een component
LIJNENSPECTRA
Energieniveaus van elektronen zijn niet continu maar gekwantiseerd
-
H-atoom
(ter info; namen niet kennen)
-
BOHR: Energieniveaus elektronen in atomen zijn niet continu maar
"gekwantiseerd" (kan enkel "discrete waarden" aannemen)
Enkel 'discrete waarden':
versnellingen in auto
of fietsderailleur
Wel continu:
traploze versnelling
Dit moet vroeger
-
Gekwantiseerde energieniveaus elektron in
H-atoom
E1
E2
E3
E4
>>
>
Grondtoestand
E1
E2
E3
E4
Geëxciteerde toestand
λ = 486.1 nm
E = hν = hc/λ
BOHR: Energieniveaus elektronen in atomen zijn niet continu maar
"discreet" of "gekwantiseerd"
22
2.
n
R
n
ZRE HHn
Z = ATOOMNUMMERRH = RYDBERGCONSTANTE = 2,179914 X 10
-18 Jn = GEHEEL POSITIEF GETAL =
HOOFDQUANTUMGETAL
Opgesteld op basis van lijnenspectrum H-atoom
-
Energieniveau's in atomen: algemeen
1
2
3
4
Hoofdquantumgetal n
K
L
M
N
2e-
8e-
18e-
32e-
2n2 VEREENVOUDIGDE VOORSTELLINGAantal e- per
energieniveau
-
1
2
3
4
Hoofdquantumgetal n Nevenquantumgetal l
0
01
012
0123
s
sp
spd
spdf
K
L
M
N
2e-
8e-
18e-
32e-
2n2 (als iets minder) VEREENVOUDIGDE VOORSTELLING
Magnetisch
quantumgetal ml
0-1
+1
0-1
+1
-2
+2
0
Notatie: e- (2,1,1)
HOOFDENERGIENIVEAUS SUBENERGIENIVEAUS
Energieniveau's in atomen: algemeen
-
Even samenvatten…Wat weten we tot nu toe?
Energieniveaus zijn gekwantiseerd
Voorstelling met n, l, ml (quantumgetallen)
Wat willen we weten?
Waar zijn de elektronen? Wat is de energie van elektronen?
Uit de verandering in ruimte en tijd
van de amplitude van de golf
-
Golfmechanica voor het H-atoom
Hoe plaats elektronen uit de verandering
in de ruimte en tijd van de amplitude van
de golf halen?
elektron
1) Opstellen van een
differentiaalvergelijking
)(
)(
ruimte
amplitude
2) Oplossen van de differentiaalvergelijking
Als we enkel willen weten waar de elektronen zitten:
-
Golfmechanica voor het H-atoomDefiniëren van een plaats in de ruimte
Cartesiaans assenstelsel Poolcoördinaten
Z
Y
X
X1, Y1, Z1
rϴ
φ
X = r. sin ϴ.cosφ
Y = r. sin ϴ.sinφ
Z = r.cosϴ
r1, ϴ1, φ1
-
Golfmechanica voor het H-atoom
Opstellen van een differentiaalvergelijking
= golfvergelijking = Schrödingervergelijking
Amplitude van de golf = Ψ(x,y,z)
0),,(.8
22
2
2
2
2
2
zyxVE
h
m
zyx
e
EH ˆ
Ψ= golffunctie = eigenfunctie
H= Hamiltoniaan operator
E= energie
Ĥ
Eenvoudiger schrijven als:
Lange notatie zelden gebruikt
-
Golfmechanica voor het H-atoom
TRILLEN VAN EEN SNAAR
MACROWERELD MICROWERELD
BEWEGING VAN HET ELEKTRON
1
2
0)()/1(4)( 22
2
2
xAx
xA
EH ˆ
OPSTELLEN DIFFERENTIAALVERGELIJKING
xAxA )
1(2sin.)( max
OPLOSSEN DIFFERENTIAALVERGELIJKING
E
),,(),,( rzyx Golffunctie = eigenfunctie
Energie = eigenwaarde
Differentiaalvgl en oplossing ter illustratie, niet van buiten; concept wel begrijpen
Dit heeft geen zin
-
Golfmechanica voor het H-atoom
TRILLEN VAN EEN SNAAR
MACROWERELD MICROWERELD
BEWEGING VAN HET ELEKTRON
1
2
VASTLEGGEN VAN RANDVOORWAARDEN/BEPERKINGEN
Snaar wordt vastgehouden in punt 1
en 2
-
Golfmechanica voor het H-atoom
TRILLEN VAN EEN SNAAR
MACROWERELD MICROWERELD
BEWEGING VAN HET ELEKTRON
1
2
VASTLEGGEN VAN RANDVOORWAARDEN/BEPERKINGEN
Snaar wordt
vastgehouden in punt
1 en 2
-
Golfmechanica voor het H-atoom
TRILLEN VAN EEN SNAAR
MACROWERELD MICROWERELD
BEWEGING VAN HET ELEKTRON
1
2
VASTLEGGEN VAN RANDVOORWAARDEN/BEPERKINGEN
Snaar wordt vastgehouden in punt 1
en 2
- Amplitude in punt 1 en 2
is nul
- Mogelijke amplitudes
beperkt
a
xnAxA
sin.)( max
n =1,2,3,…
1. Amplitude moet éénduidig
bepaald zijn in de ruimte
2. Amplitude moet continu zijn
Amplitude = Ψ zal aan bepaalde
voorwaarden moeten voldoen
-
Golfmechanica voor het H-atoom
TRILLEN VAN EEN SNAAR
MACROWERELD MICROWERELD
BEWEGING VAN HET ELEKTRON
1
2
VASTLEGGEN VAN RANDVOORWAARDEN/BEPERKINGEN
Snaar wordt vastgehouden in punt 1
en 2
- Amplitude in punt 1 en 2
is nul
- Mogelijke amplitudes
beperkt
a
xnAxA
sin.)( max
n =1,2,3,…
-
Interferentie van golven
Interference of waves (a) Constructive interference. When two waves are in phase their crests and
troughs add to produce a new wave of greater amplitude. (b) Destructive interference. When two
waves are out of phase, their crests and troughs cancel each other and the net amplitude is 0
-
45
de Broglie: interpretatie quantisatie r
en i r2
met i = 1, 2, 3…
e: gevangen in elektrisch veld kern
e: beschouwen als staande golf
mogelijk niet mogelijk
-
Golfmechanica voor het H-atoom
TRILLEN VAN EEN SNAAR
MACROWERELD MICROWERELD
BEWEGING VAN HET ELEKTRON
1
2
VASTLEGGEN VAN RANDVOORWAARDEN/BEPERKINGEN
Snaar wordt vastgehouden in punt 1
en 2
- Amplitude in punt 1 en 2
is nul
- Mogelijke amplitudes
beperkt
a
xnAxA
sin.)( max
n =1,2,3,…
Amplitude = Ψ zal aan bepaalde
voorwaarden moeten voldoen
Randvoorwaarden vastleggen
via quantumgetallen (n,l,ml)
),,( lmln ),,( lmlnE
-
Golfmechanica voor het H-atoom
TRILLEN VAN EEN SNAAR
MACROWERELD MICROWERELD
BEWEGING VAN HET ELEKTRON
1
2
EXACT de plaats van de snaar kunnen bepalen
INFORMATIE BIJ OPLOSSEN VAN DIFFERENTIAALVERGELIJKING
PROBILITEIT = KANS =
WAARSCHIJNLIJKHEIDom elektron op een bepaalde
plaats in de ruimte aan te treffen
4)(.
hmvx
Onzekerheidsprincipe van Heisenberg
-
48
W. Heisenberg
4
h)mv()x(
•beschrijving van elektron als deeltje dat welgedefinieerde baan rond de kern
volgt zoals in model van Bohr KAN NIET
•met welke kans kan het elektron in een bepaald gebied van de ruimte rond de
atoomkern aangetroffen worden?
Heisenberg: onzekerheidsprincipe
onzekerheid positie onzekerheid snelheid
elektron: onzekerheid op mv: mv 1025 kgms1
m10smkg104
sJ10626.6
)mv(4
h)x( 10
125
34
diameter atoom = 1010 m
-
Samenvatting
EH ˆ
ENERGIE? HOE?
Beweging/plaats van de elektronen
bespreken a.d.h.v. de VERANDERING
VAN DE AMPLITUDE in de RUIMTE
Ψ (n,l,ml) = golffunctie =
eigenfunctie ORBITAAL
Informatie over de energie van de
elektronen
E (n,l,ml) =
eigenwaarde
Quantumgetallen n, l ,ml
WAAR?
-
Atoomorbitalen: quantumgetallen
HOOFDQUANTUMGETAL n
n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, …
NEVENQUANTUMGETAL l
l = 0, 1, 2, 3, 4, …(n − 1)
MAGNETISCH QUANTUMGETAL ml : -l tot +l
ml = − l, −l +1, −l + 2, …, 0, 1, …, l −1, l
-
Atoomorbitalen: quantumgetallen
1s
n l (0, n-1) ml (-l
tot +l)
Golfunctie of
eigenfunctie
Eigenwaarde
1 0 0 Ψ(1,0,0) E(1,0,0)
Maximaal aantal elektronen per s-toestand: 2
-
2 0 0 Ψ(2,0,0) E(2,0,0)
2 1 0 Ψ(2,1,0) E(2,1,0)
2 1 -1 Ψ(2,1,-1) E(2,1,-1)
2s
2 1 +1 Ψ(2,1,+1) E(2,1,+1)
2pMaximaal aantal elektronen per p-toestand: 6
n l (0, n-1) ml (-l
tot +l)
Golfunctie of
eigenfunctie
Eigenwaarde
-
3 0 0 Ψ(3,0,0) E(3,0,0)
3 1 0 Ψ(3,1,0) E(3,1,0)
3 1 -1 Ψ(3,1,-1) E(3,1,-1)
3s
3 1 +1 Ψ(3,1,+1) E(3,1,+1)3p
3 2 +2 Ψ(3,2,+2) E(3,2,+2)
3 2 +1 Ψ(3,2,+1) E(3,2,+1)
3 2 0 Ψ(3,2,0) E(3,2,0)
3 2 -1 Ψ(3,2,-1) E(3,2,-1)
3 2 -2 Ψ(3,2,-2) E(3,2,-2)3d
Maximaal aantal elektronen per d-toestand: 10
n l (0, n-1) ml (-l
tot +l)
Golfunctie of
eigenfunctie
Eigenwaarde
-
In 1-elektron-systemen zijn de
energieniveaus "ontaard"
Voor meerdere golffuncties éénzelfde energie
in één-elektronsystemen hebben alle atoomorbitalen
met een zelfde n dezelfde energie
Z = 1: H-atoom
•toestanden met n 1:
aangeslagen of geëxciteerde
toestanden
-
Atoomorbitalen
Eén-elektronsysteem Meer-elektronensysteem
EnEn,l
22
2.
n
R
n
ZRE HHn
En, l,mlIn magnetische
velden: n, l en ml
Energie functie van n
Energie functie van n en l
Nog steeds ontaarding van de orbitalen in
afwezigheid van magnetisch veld:
Kan beter
-
kern
Atoomorbitalen
kern
n = 1 n = 2 n = 3
s
s
s,p
s,p
s,p,d
s,p,d
Één-elektronsysteem
Meer-elektronen-systeem
Energetisch:
2s = 2p
3s = 3p =3d
Energetisch:
2s ≠ 2p
3s ≠ 3p ≠ 3d
En
En,l
Interacties tussen elektronen
-
Atoomorbitalen
Naast ψ hebben we ook E-waarden
Energie
1s 1s
2s 2p2s
2p
3s 3p 3d
3s
3p
3d4s 4p 4d 4f
4s
4p
ontaard
Één-elektronsysteem Meer-elektronen-systeem
-
Atoomorbitalen: spinquantumgetal
Wanneer atomen zich in een MAGNETISCH VELD
bevinden moet een 4DE QUANTUMGETAL ingevoerd
worden om de energietoestand van de elektronen volledig
te kunnen beschrijven
tegenwijzerzin wijzerzin
MAGNETISCH SPINQUANTUMGETAL = ms
Derde ook al!
"spin up" "spin down"Spreektaal:
-
Atoomorbitalen: spinquantumgetal
elektron
kern
'Baan' bepaald door
hoofdquantumgetal,
nevenquantumgetal
en magnetische
quantumgetal
Elektron tolt rond zijn
eigen as; bepaald
door magnetisch
spinquantumgetal
Analogie "spin" met aarde die rond eigen as roteert
-
Atoomorbitalen: quantumgetallenBeweging van de elektronen- link met quantumgetallen
Hoofdquantumgetal = n:• maat voor de gemiddelde afstand van het elektron tot de kern
• maat voor de grootte van het orbitaal (voorgsteld door grensvlak)
Nevenquantumgetal = l:Maat voor de vorm van het orbitaal
l = 0 : sferisch
l = 1, 2,…: haltervormig,….
Magnetisch quantumgetal = mlMaat voor de ruimtelijke oriëntering van een orbitaal
l= 0 : niet richtingsafhankelijk
l= 1,2,3,… : richtingsafhankelijk
Magnetisch spinquantumgetal = ms
-
Atoomorbitalen
VISUALISEREN van de kans om een elektron op een bepaalde
plaats rond de kern aan te treffen
Ψ(n,l,ml) Ψ(1,0,0)
Relatie met positie elektron in ruimte?
Ψ(1,0,0)2
via grensoppervlaktenotatie
= 90% kans om elektron in de ruimte begrend door de grensoppervlak aan te treffen
Kans om een elektron op
een bepaalde plaats aan te treffen
(Ψ is functie van (x,y,z) of (r,,)
probabiliteitsdistributie
Mathematische manier om
golfgedrag van elektron te
beschrijven
Hoe makkelijk voorstellen?
-
62
•21s streeft asymptotisch naar 0
afmetingen atoom niet exact
gedefiniëerd
•21s grootst dicht bij de kern
21s
probabiliteit om e in de energietoestand
1s in één punt op een afstand r van de
kern van het H-atoom aan te treffen
Z = 1
Probabiliteitsdistributie 2
-
63
orbitaal = gebied in de ruimte waarbinnen de kans om een elektron aan te treffen
90% is
21s
21s % lading omsloten door bolopp. met straal r
93%
32%
-
64
1s orbitaal: boloppervlak omsluit 90% van lading e in toestand 1s
AtoomorbitaalZ = 1
21s
-
Atoomorbitalen: 1s
Ψ(1,0,0) Ψ(1,0,0)2
1s
kans
Afstand r tot de kern
-
Atoomorbitalen: 2s
Ψ(2,0,0) Ψ(2,0,0)2
1s
2s
kans
kans
Knoop / "knoopvlak" / "nodaal vlak"
Afstand r tot de kern
r
-
Atoomorbitalen: 3s
Ψ(3,0,0) Ψ(3,0,0)2
3s
3s
2s
1s
kans
kans
kans
Afstand r tot de kern
Afstand r tot de kern
Afstand r tot de kern
-
68
vergelijking
met r1 Bohr
vergelijking
met r2 Bohr vergelijking
met r3 Bohr
RPD
Atoomorbitalen: 1s vs. 2s vs. 3s
3s2s1s
-
Atoomorbitalen: p
Ψ2(2,1,0) p-orbitalenΨ(2,1,0)
-
Atoomorbitalen: p
P -ORBITALENΨ2(2,1,-1) Ψ2(2,1,0)
Ψ2(2,1,1)
-
Atoomorbitalen: dD -ORBITALEN Ψ2(3,2,-2) tot Ψ2(3,2,2)
-
Atoomorbitalen: s vs. p vs. d
Afstand r tot de kern
kans
-
Atoomorbitalen: f
F -ORBITALEN Nevenquantumgetal l = 3
-
74
•4f-orbitalen: n = 4, l = 3, ml = -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 E4f
Z = 1
f-orbitaal: l = 3l = 3 ml = -3,-2, -1, 0, 1, 2, 3 : zeven f orbitalen
-
Atoomorbitalen: g
G -ORBITALEN Nevenquantumgetal 4
-
Atoomorbitalen
http://www.orbitals.com/orb/orbtable.htm
https://www.youtube.com/watch?v=K-
jNgq16jEY
https://www.youtube.com/watch?v=sMt5Dce
x0kg
Extra afbeeldingen/animaties van orbitalen via volgende links
http://www.orbitals.com/orb/orbtable.htmhttps://www.youtube.com/watch?v=K-jNgq16jEYhttps://www.youtube.com/watch?v=sMt5Dcex0kg
-
Opvullen energieniveau's in atomen
1
1
LAAGST ENERGETISCHE NIVEAUS WORDEN EERST OPGEVULD (gebruikAufbau principe of regel n + l)
2
1
3
1
REGEL VAN HUND OF REGEL VAN DE
MAXIMALE SPREIDING
(elektronen met parallelle spin energetisch gunstiger)
PAULIVERBOD: ieder elektron in het atoommoet in minstens één van de 4 quantumgetallenverschillend zijn
-
Opvullen energieniveau's in atomen
n + l Laagste som laagste energie
Als gelijke som kleinste nlaagste energie
1a
1
1b
1
AUFBAU PRINCIPE
LAAGST ENERGETISCHE NIVEAUS
http://z.about.com/d/chemistry/1/0/j/g/econfiguration.jpg
-
Opvullen energieniveau's in atomenEnergievolgorde : ∑ n+l
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
1+ 0
2 +0
2 +1
3 +0
3 +1
3 +2
4 +0
4 +1
4 +2
4 +3
Gelijke som
Gelijke som
Gelijke som
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s <
3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f
< 5d < 6p < 7s < 5f < 6d < 7p
Als gelijke som n+l, wordt eerst het orbitaal
met de laagste n opgevuld.
-
Opvullen energieniveau's in atomen
1
1
LAAGST ENERGETISCHE NIVEAUS WORDEN EERST OPGEVULD gebruik Aufbau principe of regel n + l
2
1
3
1
REGEL VAN HUND OF REGEL VAN DE
MAXIMALE SPREIDING
elektronen met parallelle spin energetisch gunstiger:eerst alle orbitalen in eenzelfde niveau met één elektron
vullen, vooraleer een tweede toe te voegen
PAULIVERBOD: ieder elektron in het atoommoet in minstens één van de 4 quantumgetallenverschillend zijnmaximaal 2 elektronen per orbitaal
http://z.about.com/d/chemistry/1/0/j/g/econfiguration.jpg
-
Opvullen energieniveau's in atomenPAULIVERBOD: ieder elektron in het atoom moet in minstens één van de 4 quantumgetallen verschillend zijn
s-
orbitalen
p-
orbitalen
d-
orbitalen
3de elektron in s-orbitaal onmogelijk
gezien Pauliverbod
Per atoomorbitaal maximaal 2
elektronen met tegengestelde spin
3
1
REGEL VAN HUND OF REGEL VAN DE MAXIMALE SPREIDING
(elektronen met parallelle spin energetisch gunstiger)
2
1
-
Opvullen energieniveau's in atomenH 1 elektron 1s1
He 2 elektronen 1s2
Li 3 elektronen 1s2 2s1
Fe 26 elektronen1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6
Sc 21 elektronen1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
http://z.about.com/d/chemistry/1/0/j/g/econfiguration.jpg
-
Opvullen energieniveau's in atomenSc- atoom : 21 elektronen Exponentenmethode:
Opvullingsdiagramma:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
2p
3s
2s
1s
4s
3p 3d
-
Elektronenstructuur bepaalt
magnetisch gedrag atomenH 1 elektron 1s1
He 2 elektronen 1s2
Li 3 elektronen 1s2 2s1
Fe 26 elektronen1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6
Sc 21 elektronen1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
DIAMAGNETISCH
PARAMAGNETISCH
Alle elektronen gepaard
Er zijn ongepaarde elektronen
-
Periodiek systeem kan ingedeeld worden
in blokken a.d.h.v. hoogst bezette orbitaal
H He
Fe
Li
-
Ioniseren van atomen
Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6
Bij ionisatie:
ELEKTRONEN VERWIJDEREN UIT HET
HOOGSTE HOOFDENERGIENIVEAUwant de elektronenopbouw in een geïoniseerd atoom volgt
niet exact de Aufbau-regels (energieniveau's wijzigen beetje)
Bij ionisatie (ontrekken van enkele elektronen):
Fe2+:
-
Opvullen energieniveau's in atomen
Cr: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d4
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5
Uitzonderingen
HALF stabilisatie
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d9
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10
Cu:HALF-GANS stabilisatie
VALENTIE-ELEKTRONEN bepalen chemisch gedrag atoom2 definities gangbaar:
1. Elektronen op de hoogste bezette energieniveaus2. Elektronen op het hoogst bezette hoofdenergieniveau
[Ar] 4s1 3d10 • Energieniveau's 4s en 3d verschillen niet zoveel
• Volle of halve d-schil is soms
lager in energie
-
Periodiek systeem
GROEP
Elementen met analoge chemische eigenschappen
PERIODE
A
GROEP
A
GROEP
B
GROEP
B
GROEP
-
Periodiek systeemGROEPEN
Alkalimetalen
1s1
1s2 2s1
1s2 2s22p63s1
ns1
Groep 1
(groep I-A)
-
Periodiek systeemGROEPEN
Aardalkalimetalen
1s2 2s2
1s2 2s22p63s2
ns2
Groep 2
(groep II-A)
-
Periodiek systeemGROEPEN
Aardmetalen
1s2 2s22p1
1s2 2s22p63s23p1
ns2p1
Groep 13
(groep III-A)
-
Periodiek systeemGROEPEN
C-groep
1s2 2s22p2
1s2 2s22p63s2 3p2
ns2p2
Groep 14
(groep IV-A)
-
Periodiek systeemGROEPEN
N-groep
1s2 2s2 2p3
1s2 2s22p63s2 3p3
ns2p3
Groep 15
(groep V-A)
-
Periodiek systeemGROEPEN
O-groep of
chalcogenen
1s2 2s2 2p4
1s2 2s22p63s2 3p4
ns2p4
Groep 16
(groep VI-A)
-
Periodiek systeemGROEPEN
Halogenen
1s2 2s2 2p5
1s2 2s22p63s2 3p5
ns2p5
Groep 17
(groep VII-A)
-
Periodiek systeemGROEPEN
Edelgassen
1s2 2s2 2p6
1s2 2s22p63s2 3p6
ns2p6 1s2
Groep 18
(groep VIII-A)
-
Periodiek systeem
A- GROEP ELEMENTEN (IA tot VIIIA)
Streven naar EDELGASCONFIGURATIE
B – GROEP ELEMENTEN (transitiemetalen)
Streven naar PSEUDO EDELGASCONFIGURATIES
n s2p6
ns2 np6 nd10
(n-1)s2 (n-1)p6 (n-1)d10ns2
Vb Ag: [Kr] 5s1 4d10
Ag+ : [Kr] 4d10 met
volledig gevulde n=4
(Kr = [Ar]3d104s24p6)
-
ELEKTRONENSTRUCTUUR VAN
DE ATOMEN
-
ELEKTRONENSTRUCTUUR VAN
DE ATOMENZijn volgende beweringen JUIST of FOUT voor een
elektron met quantumgetallen n = 5 en l = 3
1. Het elektron bevindt zich in een f-orbitaal
2. Het elektron bevindt zich in een bolvormig
orbitaal
3. Het elektron bevindt zich in hoofdenergieniveau
N
n = 5 stemt overeen met
hoofdenergieniveau O
l = 3 stemt overeen met
subenergieniveau f
JUIST
FOUT
FOUT
-
ELEKTRONENSTRUCTUUR VAN
DE ATOMEN
Bepaal het set van quantumgetallen van het laatst toegevoegde
elektron in een Ni-atoom (Z= 28)
Bepaal het set van quantumgetallen van een valentie-elektron in
het Ni-atoom
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8
-
ELEKTRONENSTRUCTUUR VAN
DE ATOMEN
oneindig
De overgang van een elektron in een H-atoom , weergegeven
door pijl C komt overeen met ---------------- van een foton met
golflengte --------------nm.
a) Absorptie, 364,5
b) Absorptie, 486
c) Emissie, 364,5
d) Emissie, 486
e) Absorptie, 1280
ABSORPTIE
22
2.
n
R
n
ZRE HHn
E = hν = hc/λ