Η δομή του ατόμου.Η δομή του ατόμου.

Από τον Δημόκριτο μέχρι το σύγχρονο κβαντικό άτομο.Από τον Δημόκριτο μέχρι το σύγχρονο κβαντικό άτομο.

ΙΙΙΙΙΙ. Ηλεκτρονική δόμηση.. Ηλεκτρονική δόμηση.

Επιμέλεια: Διογένης ΚοσμόπουλοςΕπιμέλεια: Διογένης Κοσμόπουλος22οο ΓΕΛ Αργυρούπολης. ΓΕΛ Αργυρούπολης.

1

Αρχές ηλεκτρονικής δόμησης.Αρχές ηλεκτρονικής δόμησης.

Η ηλεκτρονική δόμηση

βασίζεται σε τρεις αρχές.

Απαγορευτική αρχή του Pauli

Αρχή ελάχιστης ενέργειας.

Κανόνας του Hund.

2

Απαγορευτική αρχή του Pauli

Στο ίδιο τροχιακό μπορεί να υπάρχουν

μόνο δύο ηλεκτρόνια με αντιπαράλληλα spin.

Στο ίδιο άτομο δεν μπορούν υπάρξουν

ηλεκτρόνια με ίδιους και τους τέσσερις

κβαντικούς αριθμούς.

H απαγορευτική αρχή του Pauli καθορίζει ένα μέγιστο αριθμός ηλεκτρονίων σε κάθε τροχιακό, υποστιβάδα

και στιβάδα.

3

Δυνατοί διαφορετικοί συνδυασμοί

κβαντικών αριθμών n, l, ml και ms.

στιβάδες

n

l

ml

υποστιβάδες

Κ2

2s2 2p6 3d10

1

0

0

1s

2

0

0

1

-1 +10

2s 2py 2pz 2px

3

0

0

1

-1 0 +1

2

-2 -1 0 +1 +2

3s 3py 3d 3d 3d 3d 3d3px3pz

ms

3s2

τροχιακά

3p6

21- 2

1+

L8 M18

1s2

Υπόμνημα ,4

Ο μέγιστος αριθμός ηλεκτρονίων(ανά τροχιακό, υποστιβάδα και

στιβάδα).

e2

e)2l4(

Σε κάθε τροχιακό:

Σε υποστιβάδα:

Σε στιβάδα: en2 2

s 2

p 6

d 10

f 14

ηλεκτρόνιαανάυποστιβάδα

K 2

L 8

M 18

N 32

ηλεκτρόνιαανάστιβάδα

5

Αρχή ελάχιστης ενέργειας..(κανόνας δόμησης (κανόνας δόμησης aufbauaufbau))

Στη θεμελιώδη (σταθερότερη δυνατή) κατάσταση του ατόμου τα ηλεκτρόνια τοποθετούνται με τέτοια σειρά ώστε

να συμπληρώνονται πρώτα τα τροχιακά που έχουν την μικρότερη ενέργεια.

Όσο μικρότερο είναι το άθροισμα (n+l) τόσο μικρότερη είναι η ενεργειακή στάθμη του τροχιακού.

Αν δύο τροχιακά έχουν το ίδιο (n+l), τότε μικρότερη ενεργειακή στάθμη έχει το τροχιακό με το μικρότερο 1ο κβαντικό αριθμό (n).

Τα τροχιακά στην ίδια υποστιβάδα έχουν την ίδια ένέργεια (εκφυλισμένα τροχιακά)

6

Παράδειγμα κατάταξης τροχιακών

με αύξουσα ενέργεια αύξουσα ενέργεια ..

Άρα για τα τροχιακά αυτά η σειρά αυξανόμενης ενέργειας είναι: 2s < 3p < 4s < 3d

2s n+l=2+0=23p n+l=3+1=4 4s n+l=4+0=43d n+l=3+2=5

7

Διαγράμματα αυξανόμενης ενέργειας τροχιακών.

1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s,4f,5d,6p,7s,5f,6d,7p,8s,5g,6f, ...

Σειρά πλήρωσης τροχιακών:

8

Διαγράμματα αυξανόμενης ενέργειας τροχιακών.

1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s,4f,5d,6p,7s,5f,6d,7p,8s,5g,6f, ...

1s

2s

2p

3p

4p

3s

4s

3d

E

9

Παραδείγματα ηλεκτρονικής δόμησης

(κατά αύξουσα ενέργεια υποστιβάδας)

1s2 2s2 2p6Ne (Z=10)

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6

1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d104p65s24d105p66s24f145d106p6…

Fe (Z=26)

[Νe]3s2 3p1Al (Z=13) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1

[Ne]

[Ar]

[Ar] 4s2 3d6

10

11ηη παρατήρηση στην ενέργεια των παρατήρηση στην ενέργεια των τροχιακών.τροχιακών.

Στο άτομο του υδρογόνου η ενέργεια εξαρτάται μόνο

από τον 1ο κβαντικό αριθμό n .

Έτσι τα τροχιακά της ίδιας στιβάδας του υδρογόνου έχουν την ίδια ενέργεια (εκφυλισμένα) και δεν διαφοροποιούνται ενεργειακά όπως

τα τροχιακά των πολυηλεκτρονικών ατόμων.

2s

3s

2p

3d3p

1s

2s2p

3s3p

3d

1s

ενέρ

γεια

άτομο Η (z=1) άτομο Νa (Z=11)

11

22ηη παρατήρηση στην ενέργεια των παρατήρηση στην ενέργεια των τροχιακών.τροχιακών.

Από τους κανόνες δόμησης είδαμε ότι το ns τροχιακό έχει μικρότερη ενέργεια από τα (n-1)d τροχιακά και γι’ αυτό συμπληρώνεται

πρώτα το ns και μετά τα (n-1)d.

Όταν όμως τοποθετούνται τα ηλεκτρόνια στα (n-1)d τροχιακά, αυτά αποκτούν μικρότερη ενέργεια από τα ηλεκτρόνια στο ns.

Τα εσωτερικά ηλεκτρόνια (n-1)d εξασκούν απωστικές δυνάμεις στα εξωτερικά ns με αποτέλεσμα τα ns ηλεκτρόνια να αυξάνουν την ενέργειά τους.

(n-1)d

ns

ns

(n-1)d

12

Πρέπει να είμαστε προσεκτικοί όταν μας ζητείται μία ηλεκτρονική διαμόρφωση και πάντα να γίνεται διευκρίνιση για την διαμόρφωση που γράφουμε.

33ηη παρατήρηση στην ηλεκτρονική παρατήρηση στην ηλεκτρονική δόμηση.δόμηση.

Σύμφωνα με την προηγούμενη (2η) παρατήρηση είναι δυνατόν να γράφουμε της ηλεκτρονικές διαμορφώσεις με δύο τρόπους:

Με αύξουσα ενέργεια τροχιακών 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6

Με αύξουσα ενέργεια ηλεκτρονίων 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2

π.χ. Fe (Z=26)

Καλό είναι να γράφουμε την ηλεκτρονική διαμόρφωση με αύξουσα ενέργεια ηλεκτρονίων γιατί διευκολύνει στην διαμόρφωση των κατιόντων:

π.χ. για τον Fe2+ γράφουμε: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6

ενώ για τον Fe3+ γράφουμε: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5

13

Η σταθερότητα συμπληρωμένων και ημισυμπληρωμένων υποστιβάδων

44ηη παρατήρηση στην ενέργεια των παρατήρηση στην ενέργεια των τροχιακών.τροχιακών.

Την αρχή της μεγίστης σταθερότητας των συμπληρωμένων και ημισυμπληρωμένων υποστιβάδων σύμφωνα με την οποία αυξημένη σταθερότητα επιδεικνύουν οι συμπληρωμένες και ημισυμπληρωμένες υποστιβάδες.

Cr: [Ar]3d54s1 και όχι [Ar]3d44s2 Cu: [Ar]3d104s1 και όχι [Ar]3d94s2

14

Κανόνας του Hund .Τα ηλεκτρόνια

της ίδιας υποστιβάδας τοποθετούνται σε τροχιακά

έτσι ώστε να έχουν το μέγιστο συνολικό spin.

Τα ηλεκτρόνια της ίδιας υποστιβάδας ,

τοποθετούνται σε τροχιακά έτσι ώστε να έχουν κατά

προτίμηση παράλληλα spin.

π. χ. στο άτομο του οξυγόνου με δομή 1s2, 2s2, 2p4, τα 4 ηλεκτρόνια στην υποστιβάδα (2p) έχουν δυνατότητα να έχουν δύο διαμορφώσεις:

σωστή διαμόρφωση.λάθος διαμόρφωση.

2py2 2pz2px

2 2py1 2pz

12px2

02

1

2

1

2

1

2

1So 1

2

1

2

1

2

1

2

1So

15