1
ATOMY WIELOELEKTRONOWE,
UKŁAD OKRESOWY,
METALE ALKALICZNE
1
ATOMY WIELOELEKTRONOWE,
UKŁAD OKRESOWY,
METALE ALKALICZNE
2
Atomy wieloelektronowe
przybliżenie pola centralnego
zakaz Pauliego
zdjęcie degeneracji orbitalnej (ekranowanie)
Model atomu
wieloelektronowego:
„inne” elektrony częściowo
ekranują jądro modyfikując
efektywny potencjał
„widziany” przez rozważany
elektron
elektrony „wewnętrzne” i
„zewnętrzne”
Różnice dla elektronów s, p,
d itd.
3
Efektywny potencjał
„widziany” przez jeden z
elektronów atomu
wieloelektronowego
Copyright © Springer-Verlag, The Physics of Atoms and Quanta by Hermann Haken and
Hans Christoph Wolf
Copyright © for the Polish edition by Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Warszawa 2002
4
UKŁAD poziomów w
atomie
wieloelektronowym
(diagram Grotriana)
Zapełnianie powłok,
zakaz Pauliego,
kolejność
(zasada aufbau):
1s,
2s, 2p,
3s, 3p, 3d,
4s, 4p, 4d, 4f,
5s, 5p, 5d, 5f, …
6s, 6p, 6d, …
7s, …
Brak
degeneracji,
różnice dla
elektronów
s, p, d, f
Zasada aufbau:
hipotetyczny proces „budowania atomu” „od dołu”
Reguła
Madelunga-
Kleczkowskiego
kolejność
wypełniania.
powłok (n+ )
ℓ .
wyjątki:
Cr, Cu
5
Układ okresowy pierwiastków
periodyczność własności chemicznych,
metale przejściowe, ziemie rzadkie
nieregularności w energiach jonizacji
6
Układ okresowy
pierwiastków
7
Feynman, t.
III
Copyright © California Institute of
Technology, 1963
!
!
8
Feynman, t.
III
Copyright © California Institute of
Technology, 1963
!
!
!
9
Kierunkowość wiązań chemicznych:
H
2
O (105°), H
2
S (
93°)
, H
2
Se (90
°):
niepełne
p
x
, p
y
,
NH
3
, PH
3
, AsH
3
(niepełne p
x
, p
y
, p
z
)
diament, krystaliczny krzem
(hybrydyzacja, sp
3
)
10
Atomy metali alkalicznych
2
n
,
3
Z
Li
1s
2
2s
[He]2s
Na 1s
2
2s
2
2p
6
3s
[Ne]3s
K
1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
4s
[Ar]4s
Rb 1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
4s
2
3d
10
4p
6
5s
[Kr]5s
Cs
1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
4s
2
3d
10
4p
6
5s
2
4d
10
5p
6
6s
[Xe]6s
Jeden elektron walencyjny, jak w atomie
wodoru.
Inny potencjał, Z protonów i
ekranowanie
3
n
,
11
Z
4
n
,
19
Z
5
n
,
37
Z
6
n
,
55
Z
11
Model atomu metalu alkalicznego
Jądro o ładunku +Ze
jest otoczone
elektronami z
wewnętrznych powłok o
łącznym ładunku
–(Z-1)e skupionym w
obszarze o promieniu R.
Pojedynczy zewnętrzny
elektron walencyjny
porusza się głównie w
obszarze, w którym r >
R
Duże podobieństwo do
wodoru; atomy
wodoropodobne
12
Radialny rozkład
gęstości
elektronowej w
atomie wodoru i
jednododatnich
jonach Li, Na i K
widoczne powłoki
całkowicie
obsadzone
elektronami:
K: n = 1
L: n = 2
M: n = 3
Copyright © Springer-Verlag, The Physics of
Atoms and Quanta by Hermann Haken and
Hans Christoph Wolf
Copyright © for the Polish edition by
Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Warszawa
2002
13
Diagram Grotriana atomu Li
stan podstawowy
2s,
wodoropodobne
termy
wzbudzone;
zbieżność do
wodoru dla
większych n i
większych ℓ
Ekranowanie
Dozwolone
przejścia:
Δ =
ℓ
±1
14
Diagram
Grotriana atomu
Li
Dozwolone
przejścia:
Δ =
ℓ
±1
Copyright © Springer-Verlag, The Physics of
Atoms and Quanta by Hermann Haken and
Hans Christoph Wolf
Copyright © for the Polish edition by
Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Warszawa
2002
15
Serie widmowe dla atomu Na
Copyright © Springer-Verlag, The Physics of Atoms and Quanta by Hermann Haken and
Hans Christoph Wolf
Copyright © for the Polish edition by Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Warszawa 2002
16
Diagram
Grotriana atomu
Na
Dozwolone
przejścia:
Δ =
ℓ
±1
Copyright © Springer-Verlag, The Physics of
Atoms and Quanta by Hermann Haken and
Hans Christoph Wolf
Copyright © for the Polish edition by
Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Warszawa
2002
17
Diagram
Grotriana atomu
K
Dozwolone
przejścia:
Δ =
ℓ
±1
Copyright © Springer-Verlag, The Physics of
Atoms and Quanta by Hermann Haken and
Hans Christoph Wolf
Copyright © for the Polish edition by
Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Warszawa
2002
18
Pełny diagram
Grotriana atomu
K
Dozwolone
przejścia:
Δ =
ℓ
±1
obszar
widzialny,
podczerwień,
ultrafiolet,
obszar rtg
Copyright © Springer-Verlag, The Physics of
Atoms and Quanta by Hermann Haken and
Hans Christoph Wolf
Copyright © for the Polish edition by
Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Warszawa
2002
19
Emisyjne serie widmowe dla atomów
metali alkalicznych
Termy energetyczne dla obojętnego atomu
metalu alkalicznego
2
R
2
ef
,
n
,
n
n
1
E
n
1
Rhc
E
ef
n
n
,
n
efektywna liczba
kwantowa n
ef
i defekt
kwantowy Δ(n, )
ℓ
Uwzględniając regułę wyboru Δ =
ℓ
±1
otrzymamy
następujące serie dozwolonych przejść:
20
Seria główna (principal) np. 3p-3s dla
sodu (linia D):
Seria ostra (sharp), inaczej II poboczna,
s-p:
,
n
n
,
1
,
n
n
1
0
,
n
n
1
Rhc
E
0
2
2
0
0
p
1,
n
n
,
0
,
n
n
1
1
,
n
n
1
Rhc
E
0
2
2
0
0
s
,
n
n
,
2
,
n
n
1
1
,
n
n
1
Rhc
E
0
2
2
0
0
d
Seria rozmyta (diffuse), inaczej I
poboczna, d-p:
21
Seria podstawowa (fundamental) f-d:
n
0
to główna liczba kwantowa
najniższego stanu dla elektronu
walencyjnego:
2 dla litu, 3 dla sodu, 4 dla potasu,
5 dla rubidu i 6 dla cezu
Linie absorpcyjne dla serii innych niż
główna występują tylko w wysokich
temperaturach, zatem tylko linie serii
głównej w normalnych warunkach są
liniami rezonansowymi.
1,
n
n
,
3
,
n
n
1
2
,
n
n
1
Rhc
E
0
2
2
0
0
f