wyklad03.pdf

Szkoþa Gþwna SþuŇby PoŇarniczej

w Warszawie

Temat 3: BUDOWA ATOMìW

• Budowa elektronowa atomu wodoru.

• Powþoki walencyjne.

• Orbitale atomowe.

NajwaŇniejszĢ teoriĢ w Chemii jest teoria atomistyczna . TwrcĢ hipotezy

atomistycznej byþ angielski chemik i fizyk John Dalton (1766-1844). W 1805

roku ogþosiþ, Ňe ánajmniejszĢ niepodzielnĢ porcjĢ materii, zachowujĢcĢ jej

wþaĻciwoĻci chemiczne, jest atom pierwiastkaÑ . Termin atom zostaþ

wprowadzony przez staroŇ. Grekw (od gr. sþowa atomos Î niepodzielny) na

okreĻlenie najmniejszej niepodzielnej czĢstki materii.

Atomy sĢ podstawowymi elementami budujĢcymi materiħ, zdolne do

samodzielnego istnienia jak rwnieŇ do þĢczenia siħ miħdzy sobĢ.

Hipoteza atomistyczna Daltona daþa proste wyjaĻnienie zaleŇnoĻci miħdzy

masami substancji biorĢcych udziaþ w reakcjach chemicznych. W prosty sposb

wyjaĻniaþa:

• prawo zachowania masy ,

• prawo stosunkw staþych ,

• prawo stosunkw wielokrotnych .

Ponad 100 lat pŅniej Rutherford (1911) w oparciu

o swoje badania przyjĢþ, Ňe atom zbudowany jest

z niewielkiego jĢdra, w ktrym skupiona jest niemal caþa

masa atomu, oraz elektronw znajdujĢcych siħ

w stosunkowo duŇej przestrzeni otaczajĢcej jĢdro. Elektrony

obdarzone sĢ þadunkiem ujemnym a jĢdra þadunkiem

dodatnim.

DoĻwiadczenie Rutherforda polegaþo na bombardowaniu cienkiej folii ze zþota

strumieniem szybko pħdzĢcych czĢstek a i badaniu stopnia rozproszenia czĢstek

w zaleŇnoĻci od gruboĻci folii. Rozpraszanie czĢstek rejestrowano na ekranie

z siarczku cynku.

Rutherford badajĢc procesy rozpraszania czĢstek przechodzĢcych przez cienkĢ

foliħ metalowĢ doszedþ do przekonania, Ňe prawie caþa masa atomu skupiona

jest w bardzo maþym dodatnio naþadowanym jĢdrze atomowym a elektrony

krĢŇĢ w odlegþej chmurze. OtaczajĢce to jĢdro elektrony wyznaczaþy caþkowity

rozmiar atomu.

Uproszczony model atomu

Prawie caþa masa atomu skupiona jest w bardzo maþym dodatnio naþadowanym

jĢdrze atomowym a elektrony krĢŇĢ w odlegþej chmurze. OtaczajĢce to jĢdro

elektrony wyznaczaþy caþkowity rozmiar atomu.

Rzeczywiste rozmiary atomu i jego czħĻci skþadowych

Lp.

Nazwa

Promieı [m]

Masa atomu

Atom

ok. 10 -10

rŇna w zaleŇnoĻci od

pierwiastka

JĢdro

ok. 10 -15

ok. 99,9% masy

Elektron

tworzĢ chmurħ

o r » r atomu

< 0,1% masy

WþaĻciwoĻci czĢstek elementarnych

Nazwa

Symbol

Masa *

ýadunek **

Spin

1 -1 ď

Proton p 1836 +1 ď

Neutron n 1838 0 ď

(*) - Masa elektronu wynosi m elektronu = 9,108 . 10 -28 g; (**) - þadunek elementarny w jednostkach

ukþadu SI ma wartoĻę 1.602 x 10 -19 C.

e -

Protony i neutrony noszĢ wsplnĢ nazwħ nukleonw .

Pikometr jest jednĢ bilionowĢ czħĻciĢ metra

1pm = 10 -12 m

Promienie atomw

Nazwa pierwiastka

Promieı

[pm]

[m]

Wodr ( 1 H )

0,3*10 -10

Hel ( 2 He )

140

1,4*10 -10

Wapı ( 20 Ca )

197

1,97*10 -10

Cynk ( 30 Zn )

133

1,33*10 -10

Siarka ( 32 S )

104

1,04*10 -10

Brom ( 35 Br )

114

1,14*10 -10

Pyt.: JakĢ għstoĻę ma jĢdro atomu?

Przyjmiemy, Ňe jĢdro skþada siħ z 1 protonu i 1 neutronu.

• masa jĢdra = ~2.0 u = 2 * (1.66 x 10 -24 g) = 3.32 x 10 -24 g

• Ļrednica jĢdra = 1 x 10 -15 m

• promieı jĢdra r = 5 x 10 -16 m

• objħtoĻę jĢdra = (4/3) p (r) 3 = 5.24 x 10 -46 m 3

• masa/objħtoĻę = 3.32 x 10 -24 g/5.24 x 10 -46 m 3 = 6.34 x 10 21 g/m 3

Oznacza to, Ňe 1 cm 3 materii skþadajĢcej siħ tylko z neutronw

i protonw bħdzie miaþ masħ - 6,34 x 10 21 g/m 3 ) * (1 x 10 -6 m 3 ) = 6.34 x

10 15 g/cm 3 czyli szeĻę bilionw kilogramw, lub szeĻę miliardw ton.

A jakĢ għstoĻę ma jĢdro atomu, gdy Ļrednica jĢdra wynosi 1 x 10 -14 m lub gdy

jĢdro zþoŇone jest z 82 protonw i 125 neutronw (tak jak dla oþowiu)?

Elektron

Budowa elektronowa atomu wodoru

Badania linii widm atomw wielu pierwiastkw (1913 - 1925) pozwoliþo

opracowaę teoriħ struktur elektronowych. Teoria ta daþa odpowiedŅ na

nastħpujĢce pytanie.

Dlaczego wszystkie atomy wodoru emitujĢ Ļwiatþo o takiej samej

dþugoĻci fali? OtŇ odpowiedŅ jest prosta Î elektrony w atomie zajmujĢ

ĻciĻle okreĻlone poziomy energetyczne a przy przejĻciu z wyŇszego

poziomu na niŇszy towarzyszy emisja energii odpowiadajĢca rŇnicy

poziomw D E, w postaci fotonu promieniowania.

D E = h n

gdzie; n - czħstoĻę promieniowania, h - staþa Plancka.

Pochþanianie i emisja fotonu

Schemat powstawania serii widma emisyjnego

wodoru

Model Bohra

Niels Bohr proponujĢc model atomu wodoru, przyjĢþ nastħpujĢce zaþoŇenia;

• elektron krĢŇy wokþ jĢdra po torze zamkniħtym, na jednej ze ĻciĻle

okreĻlonych energetycznie orbit stacjonarnych,

• w tym stanie elektron nie pobiera ani nie oddaje energii,

• emisja lub absorpcja promieniowania, w postaci okreĻlonych porcji

zwanych kwantami , jest powiĢzana ze zmianĢ orbity stacjonarnej

elektronu.

Przyjħte przez Bohra zaþoŇenia sprawdziþy siħ jedynie dla atomu wodoru;

natomiast nie sprawdziþy siħ dla pozostaþych atomw wieloelektronowych.

Jak wiemy elektron ma w swojej naturze dwie cechy - falowĢ

i korpuskularnĢ , dlatego nie jesteĻmy w stanie dokþadnie okreĻlię jego

poþoŇenia w atomie. Elektron nie porusza siħ po okreĻlonej orbicie; ruch

elektronu odbywa siħ we wszystkich moŇliwych pþaszczyznach.

Zgodnie ze wspþczesnym poglĢdem, atom wodoru moŇna opisaę jako kulistĢ

przestrzeı z ciħŇkim jĢdrem w Ļrodku, wypeþnionĢ przez szybko poruszajĢcy siħ

dookoþa jĢdra elektron. W miejsce orbity wprowadzono pojħcie powþoki ,

a elektron spostrzegany jest jako áchmura elektronowaÑ posiadajĢcĢ swojĢ

energiħ.

Teoria Schrodingera zakþada, Ňe:

• stan elektronu w atomie opisuje funkcja falowa Y , nazwana orbitalem,

• kwadrat tej funkcji daje prawdopodobieıstwo znalezienia elektronu

w danym obszarze wokþ jĢdra,

• energia elektronw jest kwantowana a geometryczne ksztaþty orbitali

wskazujĢ na przestrzenny rozkþad prawdopodobieıstwa znalezienia

elektronu opisanego danym orbitalem.

• kaŇdy stan kwantowy elektronu jest opisany za pomocĢ czterech liczb

kwantowych , tj. gþwna liczba kwantowa - n, poboczna liczba kwantowa -

l, magnetyczna liczba kwantowa - m i spinowa liczba kwantowa - s.

Porwnanie dwch modeli budowy atomu wodoru

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: