Wykład VII

1. Wykład VII dr hab. Ewa Popko

2. Efekt Zeemana Umieszczenie atomu w polu magnetycznym: rozszczepienie linii widmowych

3. Moment magnetyczny pętli, przez którą płynie prąd I. Moment magnetyczny pętli prądowej

4. N S N S Energia potencjalna Energia potencjalna w polu magnetycznym B zależy od momentu magnetycznego obiektu Jeśli B jest w kierunku osi z:

5. e m Efekt Zeemana Orbitujące elektron zatacza pętlę prądową o promieniu r i powierzchni Średni prąd I jest równy średniemu ładunkowi, który przepływa w czasie równym okresowi obiegu Telektronu po pętli; T=2pr/v.

6. Efekt Zeemana magneton Bohra

7. Dla dowolnej pary liczb kwantowych (n, l) mamy (2l+1) stanów o tejsamej energii Eni tej samej wartości samym momentu pędu . Elektrony w tych stanach różnią się wartością rzutu momentu pędu na oś z, czyli wartością magnetycznej liczby kwantowej m = -l, -l+1, …, -1, 0, 1, …, l-1, l. Efekt Zeemana Umieszczenie atomu w polu magnetycznym znosi tą degenerację,następuje rozszczepienie poziomu Enna 2l+1 podpoziomów. Sąsiednie poziomy różnią się o wartość energii:

8. Efekt Zeemana Poziomy energetyczne dla elektronów w atomie wodoru bez i w polu magnetycznym.

9. Efekt Zeemana Rozszczepienie stanów d

10. Reguły wyboru Foton niesie tylko jednostkę momentu pędu ( ). Dlatego dozwolone są przejścia optyczne takie, że l zmienia się o 1 zaś ml musi zmieniać się o 0lub Linie ciągłe- przejścia dozwolone, przerywane – zabronione. Dziewięć linii daje tylko trzy różne energie przejść: Ei-Ef ; Ei-Ef +mBB; Ei-Ef -mBB

11. Podobnie do momentu magnetycznego związanego z orbitalnym momentem pędu elektron posiada również własny moment magne-tyczny związany z własnym momentem pędu Ls. Moment magnetyczny elektronu gdzie gejest stałążyromagnetyczną elektronu.Dla elektronu swobodnego ge=2

12. Własny moment pędu - spin Liczba spinowa s = ½ s  Wartość własnego moment pędu elektronu : Rzut własnego momentu pędu na wybraną oś

13. Własny moment magnetyczny elektronu Ls

14. Elektron w polu magnetycznym

15. Stan elektronu charakteryzowany jest poprzez: energię, wartość momentu pędu, rzut momentu pędu oraz wartość rzutu własnego momentu pędu

16. Powłoki i podpowłoki • Z przyczyn historycznych, o elektronach znajdujących się w stanach opisywanych tą samą główną liczbą kwantową n mówimy, że zajmują one tą samą powłokę. • powłoki numerowane są literami K, L, M, … dla stanów o liczbach kwantowych n = 1, 2, 3, … odpowiednio. • O stanach elektronowych opisywanych tymi samymi wartościami liczb n oraz mówimy, że zajmują te same podpowłoki. • Podpowłoki oznaczane są literami s, p, d, f,… dla stanów o = 0, 1, 2, 3, … odpowiednio.

17. Powłoki i podpowłoki l powłoka n Nmax podpowłoka 2 1 K 0 s 2 2 L 0 s 6 L 1 p 2 3 M 0 s 6 M 1 p 10 M 2 d s 2 0 N 4 p 1 6 N 10 2 d N N f 14 3 Nmax - maksymalna liczba elektronów na danej podpowłoce 2(2l+1)

18. Atom wieloelektronowy • Atom zawierający więcej niż jeden elektron. • Energie elektronu są teraz inne niż dozwolone energie w atomie wodoru. Związane jest to z odpychaniem pomiędzy elektronami.Zmienia to energię potencjalną elektronu. • Dozwolone energie elektronu zależą od głównej liczby kwantowej n orazw mniejszym stopniu od orbitalnej liczby kwantowej . Zależność od l staje się istotna dla atomów o dużej ilości elektronów. • Każdy elektron zajmuje w atomie stan który jest opisany poprzez liczby kwantowe: n, , m,ms.

19. Zakaz Pauliego • Ułożenie elektronów na kolejnych powłokach określone jest poprzez zakaz Pauliego : • Elektrony w atomie muszą różnić się przynajmniej jedną liczbą kwantową tzn. nie ma dwu takich elektronów których stan opisywany byłby przez ten sam zestaw liczb kwantowych n, , moraz ms. • Struktura elektronowa atomu złożonego może być rozpatrywana jako kolejne zapełnianie podpowłok elektronami. Kolejny elektron zapełnia zajmuje kolejny stan o najniższej energii. • O własnościach chemicznych atomów decydują elektrony z ostatnich podpowłok ( podpowłok walencyjnych) odpowiedzialnych za wiązania chemiczne.

20. Powłoki K, L, M ­¯ ­¯ ­­ ­¯ ­¯ ­¯­­ obrazuje stan o ms = +1/2 1s22s22p2 1s22s22p4 Węgiel Tlen N : Liczba dozwolonych stanów obrazuje stan o ms = -1/2 Reguła Hunda- elektrony wypełniając daną podpowłokę początkowo ustawiają swoje spiny równolegle

22. Atomy helu, litu i sodu 3s n =3,  = 0 2p n =2,  = 1 n =2,  = 1 2s n =2,  = 0 n =2,  = 0 n =2,  = 0 1s n =1,  = 0 n =1,  = 0 n =1,  = 0 Sód (Z= 11) Lit (Z = 3) Hel (Z = 2)

23. Stan podstawowy atomu wieloelektronowego • Od berylu do neonu(Z=4 do Z=10):podpowłoka 2sjest całkowicie zapełniona, kolejne elektrony muszą wypełniać podpowłokę 2p, która może przyjąć maksymalnie 6 elektronów. • Konfiguracja od 1s22s22p do 1s22s22p6 • Od sodu do argonu(Z=11 do Z=18):podpowłoki K orazLsą całkowicie wypełnione, kolejne elektrony muszą wypełniać powłokę M (3s3p3d). Konfiguracja: 1s22s22p63s,1s22s22p63s2 ,orazod 1s22s22p63s23pdo 1s22s22p63s23p6 • Atomy z Z>18: istotny udział „energii odpychania”, zmienia się kolejność zapełniania powłok; np. a) 19-ty electron potasu zapełnia 4s1 a niepodpowłokę 3d b) 20-ty electron wapnia zapełnia 4s2 a niepodpowłokę 3d

24. Konfiguracja elektronowa - kolejność zapełniania orbit 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d105p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 6d10 5f14

25. jest zastąpiony przez +11 +1 Całkowity moment pędu elektronu - J • W atomie każdy elektron posiada orbitalny moment pędu L oraz własny moment pędu LS. • Oba momenty dają wkład do całkowitego momentu pędu elektronu - J. • W przypadku atomów z I grupy układu okresowego mamy całkowicie zapełnione „wewnętrzne” powłoki, a na zewnętrznej znajduje się tylko jeden elektron. • Wówczas • Dotyczy to również jonów takich jak He+, Be+, Mg+, …, B2+, Al2+, …, które mają również tylko jeden elektron na zewnętrznej powłoce.

26. Całkowity moment pędu elektronu - J Przypadek gdy możliwe dwie wartościj : Przykład:l = 1, s = ½ j = 3/2 j = 1/2

27. Eksperyment Sterna-Gerlacha

28. . DiamagnetykiPowłoki całkowicie wypełnione elektronami, Całkowity moment magnetyczny równy zero Diamagnetyzm i paramagnetyzm • Gaz szlachetny • - He, Ne, Ar….. • Gaz dwuatomowy • - H2, N2….. • Ciała stałe o wiązaniach jonowych • - NaCl(Na+, Cl-)… • Związki o wiązaniach kowalencyjnych • - C(diament), Si, Ge….. • Większość materiałów organicznych

29. Diamagnetyzm i paramagnetyzm • Składowa w kierunku pola magnetycznego • . ParamagnetykiPowłoki nie są całkowicie wypełnione elektronami, Całkowity moment magnetyczny różny od zera