Chemia kwantowa w liceum - orbitale atomowe
By Roger Zięba - lipca 04, 2021
1. Zasada nieoznaczoności Heisenberga
Według opisu kwantowo-mechanicznego nie można sobie wyobrażać elektronu jako punktu materialnego, ponieważ nie jest możliwe jednoczesne, dokładne wyznaczenie pędu i położenia elektronu w atomie (zasada Heisenberga). Można jedynie stwierdzić prawdopodobieństwo znalezienia elektronu w określonym czasie, w dowolnie wybranym obszarze wokół jądra atomowego w tkz.: chmurze elektronowej. Chmura ta jest bardziej gęsta w tym miejscu, gdzie prawdopodobieństwo znalezienia elektronu jest większe.
2. Orbitale atomowe
Stan energetyczny elektronu w atomie lub jonie jest opisywany matematycznie przez funkcję falową ψ, zwanym orbitalem atomowym. Gdy podniesiemy tą funkcję do kwadratu otrzymamy prawdopodobieństwo znalezienie elektronu w badanym obszarze wokół jądra atomowego. Orbitale atomowe opisują elektrony zarówno w stanie podstawowym jak i wzbudzonym. Elektron występujący w stanie wzbudzonym posiada wyższą energie niż w stanie podstawowym.
3. Rodzaje orbitali atomowych
Wyróżniamy trzy rodzaje orbitali:
- orbital atomowy typu s
Posiada on kształt kuli oraz przedstawia najniższy poziom energetyczny elektronu - orbital atomowy typu p
Występuje w postaci trzech form przestrzennych, które są równocenne energetycznie. Odpowiada on wyższemu polu energetycznemu niż orbital typu s. - orbital atomowy typu d
Występuje w pięciu formach i odpowiada wyższemu polu energetycznemu niż orbital typu p. - orbital atomowy typu f
O nim należy wyłącznie pamiętać iż jest ich 7 oraz odpowiadają wyższemu polu energetycznemu niż orbital typu d
4. Liczby kwantowe
Stan energetyczny elektronu w atomie i jonie (Stan kwantowy) opisywany jest za pomocą czterech liczb kwantowych. Należy pamiętać o nich za co odpowiadają oraz jakie mogą przyjmować wartości.
- n - główna liczba kwantowa, to liczba która określa energie elektronu w atomie. Przyjmuje wartości liczb naturalnych, czyli n=1,2,3... . Stany kwantowe o takiej samej wartości n tworzą powłokę elektronową, które oznacza się kolejno literami K, L, M, N, O, P, Q
- l - poboczna liczba kwantowa, określa kształt orbitali atomowych i przyjmuje wartości liczb odpowiadających 0 ≤ l ≤ (n-1). Stany kwantowe, które posiadają zarówno taką samą liczbę główną n oraz poboczną liczbę kwantową l tworzą podpowłokę elektronową, które oznacza się za pomocą liter s, p, d, f.
- m - magnetyczna liczba kwantowa, określa ona liczbę poziomów orbitalnych związanych z ułożeniem się orbitali atomowych w przestrzeni pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego. Przyjmuje ona wartości równe -l ≤ m ≤ l. Stany kwantowe, które posiadają takie same wartości liczb n, l i m tworzą poziom orbitalny.
- ms - magnetyczna spinowa liczba kwantowa, określa orientację przestrzenną wektoru spinu elektronu tzn. kierunek obrotu elektronu wokół własnej osi. W polu magnetycznym elektron może poruszać się tylko w dwóch kierunkach, więc liczba przyjmuje dwie wartości -1/2 i 1/2.
5. Zakaz Pauliego oraz maksymalna liczba elektronów na powłoce elektronowej
Zakaz Pauliego
W atomie nie mogą występować elektrony, które nie różnią się przynajmniej jedną liczbą
kwantową.Lub
Dowolny orbital może być obsadzony przez najwyżej dwa elektrony, różniące się orientacją spinu (czyli wartością ms – magnetycznej spinowej liczby kwantowej).
Dowolny orbital może być obsadzony przez najwyżej dwa elektrony, różniące się orientacją spinu (czyli wartością ms – magnetycznej spinowej liczby kwantowej).
Maksymalna liczba elektronów na powłoce elektronowej
Liczbę stanów kwantowych, równą maksymalnej liczbie elektronów, które mogą wypełnić daną powłokę elektronową, można obliczyć ze wzoru: Maksymalna liczba elektronów = 2n2
0 comments