STRUKTURA ATOMA - opstahemija.tmf.bg.ac.rs hemija 1/05_Struktura atoma_1.pdf · STRUKTURA ATOMA OTKRIĆA OSNOVNIH SASTOJAKA ATOMA Do početka XX veka važila je Daltonova atomska
Post on 05-Sep-2019
61 Views
Preview:
Transcript
STRUKTURA ATOMA
Dalton (1803)
Tomson (1904)
Raderford (1911)
Bor (1913)
Šredinger (1926)
STRUKTURA ATOMA
OTKRIĆA OSNOVNIH SASTOJAKA ATOMA
Do početka XX veka važila je Daltonova atomska teorija o nedeljivosti atoma.
Karjem XIX i početkom XX veka došlo se do otkrića subatomskih čestica.
ELEKTRON
Tomson odredio specifično naelektrisanje elektrona
me= 1,76 ∙1011 C kg–1
Miliken odredio naelektrisanje elektrona
e = 1,602 ∙10–19 C
PROTON
Tomson je otkrio da je vodonikov jon najmanja čestica sa pozitivnimnaelektrisanjem i da je verovatno prisutna u svim vrstama atoma. Ova čestica dobila je naziv proton (od grčke reči protos‐prvi).
Dalton (1803)
Tomson (1904)
Raderford (1911)
Bor (1913)
Šredinger (1926)
Dalton (1803)
Tomson (1904)
Raderford (1911)
Bor (1913)
Šredinger (1926)
me = 9,109 ∙10–31 kgMasa elektrona
STRUKTURA ATOMA
OTKRIĆA OSNOVNIH SASTOJAKA ATOMANakon otkrića elektrona i protona:
Tomsonov model atoma
Pozitivno naelektrisanje je ravnomerno raspoređeneo po celoj zapremini atoma i neutralisano je elektronima utopljenim u “moru pozitivnog elektriciteta”.
Dalton (1803)
Tomson (1904)
Raderford (1911)
Bor (1913)
Šredinger (1926)
Dalton (1803)
Tomson (1904)
Raderford (1911)
Bor (1913)
Šredinger (1926)
STRUKTURA ATOMA
OTKRIĆA OSNOVNIH SASTOJAKA ATOMARaderfordov ogled: bombardovanje listića metala α‐česticama (2He2+)
Raderfordov model atomaPlanetarni model atoma
Dalton (1803)
Tomson (1904)
Raderford (1911)
Bor (1913)
Šredinger (1926)
Dalton (1803)
Tomson (1904)
Raderford (1911)
Bor (1913)
Šredinger (1926)
U slučaju ravnomerno raspoređenog pozitivnog i negativnog naelektrisanja, α‐čestice bi imale skoro pravolinijsku putanju uz malo skretanje pri prolazu korz listićmetala
Eksperiment je pkazao da pored α‐čestica koje ne menjaju pravac ili malo skreću, postoji i mali broj onih koje skreću pod uglom > 90 o.
Pozitivno naelektrisanje je skoncentrisano na malom prostoru atoma – jezgro atoma.
Elektroni kruže oko jezgra.Rutherford.exe
4
STRUKTURA ATOMA
OTKRIĆA OSNOVNIH SASTOJAKA ATOMA
NEUTRON
Čedvik je 1932. otkrio čestice koje su nenaelektrisane i imaju masu približno jednaku masi protona. Dobile su naziv neutron.
Atom je složena čestica i sastoji se iz elektrona, protona i neutrona.
Jezgro atoma(protoni i neutroni)
Elektroni
~ 10 – 10 m
~ 10 – 14 m
nukleoni
Čestica Simbol Masa, kg Naelektrisanje, C
Proton p 1,672 10‐27 + 1,602 10‐19
Neutron n 1,674 10‐27 0 0
Elektron e 9,109 10‐31 ‐ 1,602 10‐19
STRUKTURA ATOMA
IZOTOPI
Atomski broj (redni broj) – broj protona u jezgruZ
Maseni broj – broj protona i neutrona u jezgruA
A = Z + N
Nuklearni simbol elementa X XAZ
Broj neutrona u jezgruN
Hemijski element se sastoji od atoma istog atomskog broja, Z.
Z određuje položaj elementa u Periodnom sistemu elemenata i predstavlja broj protona, odnosno elektrona.
STRUKTURA ATOMA
IZOTOPI
Nuklearni simbol izotopa vodonika protijuma, deuterijuma i tricijuma
H11 H21 H31
Jednaki atomski broj = vodonik = H
Različiti maseni broj = IZOTOPI vodonika
STRUKTURA ATOMA
IZOTOPI
IZOTOPI ‐ atomi koji sadrže isti broj protona, a različit broj neutrona.‐ razlikuju se po masi, ali imaju ista hemijska svojstva.
He32
IZOTOPI HELIJUMA
Broj protona = Z = 2
Broj neutrona = A – Z = 1
He42
Broj protona = Z = 2
Broj neutrona = A – Z = 2
STRUKTURA ATOMA
IZOTOPI Još neki primeri izotopa
Element Simbol Atomski broj
(Z)Maseni broj
(A)Zastupljenost
(%)
H 1 1 99,985
D 1 2 0,015Izotopi vodonika
T 1 3 nepostojan (radioaktivan)
16O 8 16 99,75917O 8 17 0,037
Izotopi kiseonika
18O 8 18 0,204234U 92 234 0,0055235U 92 235 0,7200
Izotopiurana
238U 92 238 99,2745
STRUKTURA ATOMA
IZOTOPI
Dolazi do transmutacije elemenata (pretvaranja jedne atomske vrste u drugu) i gubitka mase koja se pretvara u energiju
C96 C106 C11
6 C126 C13
6 C146 C15
6 C166C96C
96 C10
6C106 C11
6C116 C12
6C126 C13
6C136 C14
6C146 C15
6C156 C16
6C166
Jedini stabilni izotopi
Nestabilni izotopi se vremenom spontano raspadaju ‐ RADIOAKTIVNOST
Praćeno oslobađanjem:α‐čestica (He2+),β‐čestica (elektroni),γ‐zraka (elektromagnetno zračenje malih λ ).
STRUKTURA ATOMA
IZOTOPI
Pojas stabilnosti jezgara atoma
Stabilnost jezgra zavisi od odnosa brojaprotona i neutrona.‐ za lakša jezgra (do Z = 20) optimalno je Z = N‐ za teža jezgra optimalno je Z < N (N = 1,5Z)
STRUKTURA ATOMA
SPEKTAR ELEKTROMAGNETNOG ZRAČENJA
Porast energije
Porast energije Porast talasne dužine
Elektromagnetno zračenje je talasne prirode
λ∙ν = cνc
λ =
Vidljiva oblast
STRUKTURA ATOMA
Maks Plank kvantna priroda zračenja
E = h ∙ν
OSNOVNE POSTAVKE KVANTNE TEORIJE
Intenzitet emitovan
og zračenja
Talasna dužina, nm
Ultarljubičasta katastrofa
Spektar zračenja crnog tela
Energija kvanta zavisi od frekvencije
Energija koja se emituje može biti samo celobrojni umnožak kvanta
E = n∙ h ∙ν n = 1, 2, 3 ,...
Energija koju zrači atom koji osciluje je diskontinualna.Emituje se u kvantima energije.
h = 6,626∙10–34 Js Plankova konstanta
STRUKTURA ATOMA
Albert Ajnštajnfotoelektrični efekat
OSNOVNE POSTAVKE KVANTNE TEORIJE
UpadnaEvakuisanaposuda
Pločica odfotoosetljiviogmetala
Elektron
Anoda
Galvanometar
ν < νo‐ Za nema emisije elektrona‐ Broj emitovanih elektrona ∼ intenzitetu svetlosti‐ Kinetička energija elektrona ∼ ν
Ajnštajnova pretpostavka:‐ svetlost se emituje u “česticama energije” (fotoni)
E = h ∙ν
Nema emitovanih elektrona
700 nm 550 nm 440 nm
Metal
vmax = 2,96∙105m/s
vmax = 6,22∙105m/s
svetlost
STRUKTURA ATOMA
Albert Ajnštajnfotoelektrični efekat
OSNOVNE POSTAVKE KVANTNE TEORIJEAjnšatajnova pretpostavka:‐ svetlost se emituje u “česticama energije” (fotoni)
E = h ∙ν
2vm
Ei +=h ∙ν = Ei + EkEi – izlazni rad elektronaEk – kinetička energija elektrona
Energija potrebna da se izbaci elektron (Ek = 0) E = Ei = h ∙νo
Ek = hν – EiSa porastom ν (opada λ)
raste i kinetička energija e–.
2
Nema emitovanih elektrona
700 nm 550 nm 440 nm
Metal
vmax = 2,96∙105m/s
vmax = 6,22∙105m/sν < νo
STRUKTURA ATOMA
Porast energije
Porast energije Porast talasne dužine
Porast energije
Porast energije Porast talasne dužine
ATOMSKI SPEKTRI
Intenzite
t emito
vano
g zracenja
Talasna dužina, nm
Intenzite
t emito
vano
g zracenja
Talasna dužina, nm
KONTINUALNI SPEKTRI
Supstance u gasovitom stanju daju LINIJSKE SPEKTRE
Talasna dužina
Vidljiva oblast
Talasna dužina
STRUKTURA ATOMA
ATOMSKI SPEKTRI
Cev sa pobuđenim H2
gasom
Sočivo
Uski prorez Uzani snop svetlosti
Prizma
Ekran
STRUKTURA ATOMA
SPEKTAR ATOMA VODONIKA
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=
22
1211
nR
λ ∞Ridbergova jednačina
Zavisnost talasnih dužina linija u atomskom spektru vodonika opisuje:
n > 2
R∞ ‐ Ridbergova konstanta
Poreklo spektralnih linija u atomskom spektru vodonika razrešio je Nils Borpostavljajući kvantno‐mehanički model atoma.
n – ceo nroj
u vidljivoj oblasti spektra
STRUKTURA ATOMA
BOROV MODEL ATOMA VODONIKA
PRVI BOROV POSTULAT
Elektron se oko jezgra kreće po kružnoj putanji – orbiti,pri čemu ne emituje i ne apsorbuje energiju.Orbita najbliža jezgru – stacionarno energetsko stanje elektrona.
(mv) (2rπ) = nh
Impulselektrona
Dužinaorbite
Celobrojni umnožak Plankove konstante
Prvi kvantni uslov
πh2
=ħ Borova jedinica mvr = nħ
STRUKTURA ATOMA
Izjednačavanjem centripetalne i Kulonove sile elektrostatičkog privlačenjauz korišćenje mvr = nħ Bor je dobio:
BOROV MODEL ATOMA VODONIKA
kmenrn 2
22= ħ
ħ
rn = n2 r1
Poluprečnik bilo koje orbite
Za n = 1
kvantni brojglavni kvantni broj
r1
r2= 4r1
r3= 9r1
r4= 16r1
proton
pm9522
2
1 ,kme
r ==
STRUKTURA ATOMA
Energija elektrona je jednaka zbiru kinetičke (kruženje elektrona oko jezgra) i potencijalne energije (položaj elektrona u odnosu na jezgro). Bor je dobio da je:
BOROV MODEL ATOMA VODONIKA
2nRhc
E −=nEnergija ektrona na bilo kojoj orbiti
R – konstanta proporcionalnosti R = R∞ = 1,09677 ∙107 m–1
Za n = 1 E1 = – 2,1788 ∙10–18 J Energija potrebna da se atom jonizuje
(energija potrebna da se ukloni e– sa prve orbite)
ENERGIJA JONIZACIJE (Ei)
Za 1 mol H Ei(H) = – E1 = 2,1788 ∙10–18 J ∙ 6,022∙1023 mol–1 = 1312 kJ mol– 1
STRUKTURA ATOMAEn
ergija
21
nE
En =
BOROV MODEL ATOMA VODONIKA
Za n →∞ E → 0
Kvan
tni broj
E1 = – 2,18∙10–18 J
E2 = E1/4 = – 5,45∙10–19 J
E3 = E1/9 = – 2,42∙10–19 J
E4 = E1/16 E5 = E1/20 E6 = E1/36
Osnovno stanje e–
STRUKTURA ATOMA
ΔE = hν
BOROV MODEL ATOMA VODONIKA
DRUGI BOROV POSTULATElektron može da apsorbuje ili emituje energiju samo ako je ispunjen drugi kvantni uslov:
E3 – E2 = ΔE = hνE3 – E2 = ΔE = hν
E3 – E2 == – 146 – (–328) == 182 kJ mol–1
emisija
Emituje se zračenjekarakteristično za dati prelaz
apsorpcija
STRUKTURA ATOMA
BOROV MODEL ATOMA VODONIKA
DRUGI BOROV POSTULATElektron može da apsorbuje ili emituje energiju samo ako je ispunjen drugi kvantni uslov:
Osnovno stanje Osnovno stanjePobuđeno stanje
Apsorbovnaenergija
Emitovanaenergija
/mol /mol
STRUKTURA ATOMA
BOROV MODEL ATOMA VODONIKABor je izveo jednačinu:
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−= 22
111
pk nnR
λ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−= 22
I 11Δ
pk nnRE
ΔE = (hc)/λ
nk = 2
Ukoliko se posmatraju nivoi
i np > 2
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−= 22
1211
nR
λn > 2
dobija se Ridbergova jednačina
R = R∞ = 1,09677 ∙107 m–1
STRUKTURA ATOMA
BOROV MODEL ATOMA VODONIKA⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−= 22
111
pk nnR
λ
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−= 22
1111
pnR
λ
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−= 22
1211
pnR
λ
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−= 22
1311
pnR
λ
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−= 22
1411
pnR
λ
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−= 22
1511
pnR
λ
Lajman
Balmer
Pašen
Breket
– 1312 kJ mol–1
– 328 kJ mol–1
– 146 kJ mol–1
– 82 kJ mol–1Pfund
Lajmanova serijank = 1 i np >1
Balmerovank = 2 i np >2
Pašenova serijank = 3 i np >3
Breketova serijank = 4 i np >4
Pfundova serijank = 5 i np >6
STRUKTURA ATOMA
KVANTNI BROJEVI
Prvi ili glavni kvantni broj, n
Određuje glavni energetski nivo i udaljenost od jezgra.
Vrednosti glavnog kvantnog broja n = 1, 2, 3,...
Elektroni sa istom vrednošću n su u istoj elektronskoj ljusci.
2nRhc
E −= rn = n2 r1
n 1 2 3 4 5 6 7
Elektronska ljuska K L M N O P Q
Maks. broj elektrona 2 8 18 32 32 18 8
STRUKTURA ATOMA
Drugi ili orbitalni kvantni broj, l
Zomerfeld je uveo drugi kvantni broj kao objašnjenje cepanja spektralnih linija.
Definiše oblik putanje elektrona i broj energetskih podnivoa.
Nedostaci Borovog modela atoma:‐ elektroni istog glavnog energetskog nivoa imaju isti sadržaj energije,‐ elektronske orbite su kružnog oblika.
Drugi ili azimutski kvantni broj, k, sa vrednostima od 1 do n.
k = n – kružna putanja
k < n – eliptična putanja
Za n = 4, k = 1, 2, 3, 4
STRUKTURA ATOMA
Definiše oblik putanje elektrona i broj energetskih podnivoa.
l = 0, 1, 2,..., (n – 1)
Oznaka k je zamenjena oznakom l, a naziv je promenjen u orbitalni kvantni broj.
Vrednosti orbitalnog kvantnog broja:
za n = 1, l = 0
za n = 2, l = 0 ili 1
za n = 3, l = 0, 1 ili 2
za n = 4, l = 0, 1, 2 ili 3
Drugi ili orbitalni kvantni broj, l
Svaki nivo, određen glavnim kvantnim brojem n, ima n podnivoa.
STRUKTURA ATOMA
Različiti oblici putanja elektrona (različiti orbitalni kvantni brojevi) dobili su posebne nazive.
s – sharp (oštra)p – principal (glavna)d ‐ diffuse (difuzna)f – fundamental (osnovna)
Oznaka podnivoa za prva 4 glavna kvantna broja
Drugi ili orbitalni kvantni broj, l
Vrednost, l Oznaka putanje
0 s1 p2 d3 f
n 1 2 3 4
l 0 0 1 0 1 2 0 1 2 3podnivo 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f
STRUKTURA ATOMA
Treći ili magnetni kvantni broj, ml
Uveden radi objašnjenja Zemanovog efekta (razdvajanje spektralnih linija pod uticajem spoljašnjeg magnetnog polja).
ml = –l, –(l – 1),..., – 1, 0, 1, ..., (l –1), l
Magnetni kvantni broj određuje pod‐podnivoe i pokazuje usmerenost orbite u prostoru.
Vrednosti magnetnog kvantnog broja:
Degenerisani nivoi – u njima se nalaze elektroni sa istim sadržajem energije (isti n i l).
U magnetnom polju degenerisani nivoi se razdvajaju na pod‐podnivoe.
l = 2
Svaki podnivo (određen kvantnim brojem l) ima 2l +1 pod‐podniva.
STRUKTURA ATOMA
Četvrti ili spinski kvantni broj, ms
Objašnjenje pojave dubleta spektralnih linija.
Elektron
Orbitni magnetni momenat
Spinski magnetni momenat (spin elektrona)
s =1/2 ħ s = – 1/2 ħ
Paralelan spoljašnjem
magnetnom polju
Antiparalelan spoljašnjem
magnetnom polju
ms = –1/2, 1/2
Vrednosti spinskog kvantnog broja:
STRUKTURA ATOMA
PAULIJEV PRINCIP ISKLJUČENJA
U atomu ne mogu postojati dva elektrona sa jednakim kvantnim brojevima.
Prvi energetski nivo
n = 1 l = 0
ml = 0ms = – 1/2
ms = + 1/2
2 e–
Drugi energetski nivo
n = 2
l = 0
l = 1 ml = 0
ml = 1
ml = – 1
ml = 0ms = – 1/2
ms = + 1/2
ms = – 1/2 ms = + 1/2
ms = – 1/2 ms = + 1/2
ms = – 1/2 ms = + 1/2
8 e–
Maksimalan broj elektrona na podnivoima: s – 2, p – 6, d – 10, f – 14.
STRUKTURA ATOMA
PAULIJEV PRINCIP ISKLJUČENJA
n 1 2 3 4 5 6 7Ljuska K L M N O P QMax. broj e– 2 8 18 32 32 18 8
Maksimalan broj elektrona na podnivou Nivo n Broj e–
s p d f1 2 2 ‐ ‐ ‐2 8 2 6 ‐ ‐3 18 2 6 10 ‐4 32 2 6 10 14
Maksimalan broj elektrona na energetskom nivou: 2n2.
Maksimalan broj elektrona na podnivoima: s – 2, p – 6, d – 10, f – 14.
Nivoi se popunjavaju elektronima po složenijim
pravilima.
top related