1 / 46

4.1 Elektronová struktura

4.1 Elektronová struktura. atomů. Pojem prvku. alchymie. Paracelsus (16.st). alchymie …. teorie flogistonu chemie. kvantitativn í. 17.-18.st při hoření látky ztrácí těkavou součást - flogiston. látky = flogiston + popel (... nesouhlasila hmotnost).

lecea
Download Presentation

4.1 Elektronová struktura

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 4.1 Elektronová struktura atomů

  2. Pojem prvku alchymie Paracelsus (16.st)

  3. alchymie …. teorie flogistonu chemie kvantitativní 17.-18.st při hoření látky ztrácí těkavou součást - flogiston. látky = flogiston + popel (... nesouhlasila hmotnost)  záznamy postupů  pojem čistá látka ‘přesné’ vážení Lavoisier: (1743–1794) … zdokonalení střelného prachu … hmota (určená hmotností) zůstává zachována v průběhu reakcí. proces hoření, dýchání … 33 ‘prvků’, mj. caloric (teplo) voda = HO

  4. … meteorologie … chemie: pojem prvku a sloučeniny: prvek - nedá se již rozložit na jiné prvky, sloučenina - rozložitelné John Dalton (1766-1844) C a O  2 sloučeniny, MO : MC = (1.33:1 nebo 2.66:1)  CO, CO2 zákony o stálých a množných poměrech slučovacích Atomová teorie: všechny prvky sestávají z malých částeček - atomů,  ty jsou nedělitelné a neměnné  všechny atomy daného prvku jsou stejné (stejná hmotnost) různé atomy  různé hmotnosti (atomová váha)  konečnýsoubor prvků (char. hmotnost)  sloučenina = kombinace atomů více prvků (pevné poměry, případně násobné) chem. reakce = přeskupení kombinací atomů

  5. pojem prvku a optická spektroskopie vlastnosti prvků: - vážení (... Lavoisier, Dalton, ... )  atomová váha (rel. at. hmotnost) - chemické chování tvorba sloučenin, oxidů, hydridů ~ 1860 ... molekula vs prvek, kvantitativní popis 1869: Mendeleev - periodická tabulka

  6.  protonové číslo 1875: objev Ga (spektroskopie)

  7. kahan ..zbarvení plynu ... atomová spektroskopie 1852 - Heidelberg objev Cs, Rb (1860) Experiment

  8. Experiment

  9. jednotlivé prvky charakteristická spektra - identifikace, atlasy spekter - hledání nových prvků (~ 1/4 nalezena díky spektroskopii) N O Ne S Al

  10. sluneční spektrum

  11. emisní a absorpční spektra

  12. (kvantitativní) pochopení složitější ... nejjednodušší H spektrum vodíku

  13. H H H H empirický popis vodíkového spektra: viditelný obor: 4 čáry n = 3, 4, 5, 6, ... 1885: Balmerova série: objeveny další série 1906: Lymanova série: n = 2, 3, 4, ... Ritz-Rydberg kombinačí princip: (1878-1909) term: 1908: Paschenova série: m = 4, 5, 6, ... (IČ oblast) ... a další

  14. vysvětlení? problém vnitřní struktury atomů - kladný a záporný (elektrony) náboj - radioaktivita, rozpady - kolik elektronů v atomu ? - rozložení náboje - rozložení hmoty 2 základní modely (klasické) (J.J.) Thomsonův "Plum Puding" model planetární Rutherfordův model - kladné malé jádro, kolem záp. el. - homogenně rozložená kladná hmota - v ní záporné elektrony - kvantitativně vysvětloval Rutherfordovy pokusy - možná valence - oscilátory - výklad čarových spekter

  15. stínění Au -zářič fluorescence N.c. za chemii 1908 Rutherfordův experiment (Geiger, Marsden, 1910-1911) Ernest Rutherford (1871-1937) (m = 4u, Q=2e) E ~ 7.7 MeV

  16. Marsden, Geiger Thomsonův model Rutherfordův model

  17. q = 2e r  b Q = Ze potenciální energie: kinetická energie: ZZE:

  18. nejmenší vzdálenost: kvantitativní ověření Rutherfordova planetárního modelu

  19. planetární Rutherfordův model:  atom = jádro + elektrony  jádro  elektrony N = Z (Fermiho model)

  20. + výchozí předkvantový planetární model nedostatky:  elektrodynamicky nestabilní spojité záření x experiment (čarová spektra)  elektrostaticky nestabilní dva atomy spojené ... nestabilní konfigurace  neudává pravidla pro velikost atomů  neudává pravidla pro čarová spektra nezbytný rozchod s klasickou fyzikou (Bohr)

  21. Bohrův kvantový model atomu  1) Elektrony krouží kolem jader po kruhových drahách.  2) Přípustné jsou jen vybrané stacionární orbity - na nich elektron obíhá a nezáří. Niels Bohr (1885-1962) Aage Niels Bohr (*1922)  3) Stacionární orbity vybereme kvantováním momentu hybnosti:  4) Elektrony mohou přeskakovat mezi jednotlivými orbity; přeskoky jsou spojeny s vyzářením nebo pohlcením fotonu.

  22. H: 1 elektron + 1 proton (H: Z = 1) Bohrův poloměr (~0.53Å) energie: Rydbergova konstanta Ry  13.6 eV

  23. H: limita série H H H H (Å) rychlost: =  ~ 1/137 (konstanta jemné struktury) přeskoky: série čar: od do

  24. K L M N O

  25. (H: ~ Ry/1.0005) Harold Clayton Urey (1893 - 1981) 1934: N.c. za chemii

  26. komentář k Bohrovu modelu: - kvaziklasické přiblížení - přenesl ħ na hmotné soustavy (předtím pro popis fotonů) - inspirace pro Heisenberga a kvantový popis atomů (kvantový popis H: stejný výsledek jako Bohr) - neudává pravděpodobnosti přechodů – proč nějaká spektrální čára silnější než jiná? - elektron jako malá planeta s danou polohou a hybností x relace neurčitosti - nepodařilo se zobecnění na víceelektronové atomy (problém e-e interakce) nutný úplný kvantový popis

  27. Schrödinger Bohr klasické orbity kvantování stacionární orbity kvantování L přeskoky centrálně sym. problém  mohu separovat proměnné Zlaté pravidlo poruchového počtu

  28. H kvantově kvantové řešení úlohy vodíku (shrnutí):

  29. energie: shoda s Bohrovým modelem pro dané n: "náhodná" degenerace ... radiální hustota pravděpodobnosti (nalezení částice ve vzdálenosti r od počátku) orbitály: l = 0, 1, 2, 3, 4, 5, ... s, p, d, f, g, h, ... sharp principal difuse fundamental

  30. zachycení elektronu (electron capture, K-záchyt)

  31. přeskoky - optická spektra: stav i  n l m stav f  n' l' m' výběrová pravidla: libovolně Grotrianovy diagramy

  32. vodíkupodobné (jednoelektronové) ionty e-,me Ze M H: Ry* .... relativita

  33. K K K L M L Henry Moseley (1887-1915) měření vlnové délky rtg záření pro různé prvky L úměra atomovému číslu Z (uspořádání v periodické tabulce) K cislo = 1 (K-čáry) = 7.5 (L-čáry) předpoěď prvků pro Z = 43(Tc), 61(Pm), 75(Re)

  34. víceelektronové atomy 1 elektron ... možné hladiny energie i ... n, l, m více elektronů ... obsazení jednotlivých hladin elektron má spin degenerace: n2 2n2 n, l, m,  n, l, m  = 1 Pauliho princip: žádný jednočásticový stav nemůže být obsazen více než 1 elektronem. v jednom atomu nemohou mít dva elektrony všechna 4 kv.č. stejná.

  35. obecněji ... N elektronů zjednodušení: 1-elektronová aproximace elektron se pohybuje pod vlivem ostatních elektronů, ve středním poli které je v důsledku působení ostatních elektronů ("mean field") nábojová hustota hustota elektronů jako částic v r Hartreeho rovnice

  36. nové = staré řešení Hartreeho problému: selfkonzistentní řešení prvotní odhad spočtu řeším Hartreeho rovnice nové ne ano konec

  37. Hartreeho přiblížení - nesplňuje podmínku antisymetrie zobecnění (splňuje AS) - Hartree-Fockova aproximace: H-F rovnice: Hartree + výměnný člen

  38. 6d 5f 7s 6p 5d 4f 6s 5p 4d 5s 4p 3d 4s 3p 3s 2p 2s 1s zaplňování jednotlivých kvantových stavů: základní stav nejnižší energie při splnění Pauliho principu .. 26 l = 0, 1, 2, 3, 4, 5, ... s, p, d, f, g, h, ... 32 18 18 8 8 2

  39. 1s 2p 1s (n=1, l=0, m=0) http://www.shef.ac.uk/chemistry/orbitron/AOs/2p/index.html

  40. 4d 4f

  41. Gd; radial charge density 1.4 Gd - 6s Gd - 5d 1.2 Gd - 4f 1.0 0.8 radial charge density (a.u.) 0.6 0.4 0.2 0.0 0 1 2 3 4 5 6 r (Å)

  42. iontové poloměry: Na Na+ Cl- Cl atomový poloměr: (QM výpočet)

  43. N: Be: 2p 2p 2s 2s 1s 1s B: O: 2p 2p 2s 2s 1s 1s ionizační potenciál (energie): He Ne Ar Kr vliv: Xe Rn - náboj jádra - vzdálenost elektronu od jádra - ostatní elektrony blíže k jádru - 1 nebo 2 elektrony u sebe (v jednom orbitálu)

More Related