profil

Liczby kwantowe, reguła Hunda, powłoki elektronowe,

drukuj
satysfakcja 48 % 271 głosów

Treść
Obrazy
Wideo
Opinie

1. Główna liczba kwantowa - kwantuje energię elektronu (tzw. energię orbitalną) En
Cechy i zastosowanie głównej liczby kwantowej:
· oznacza się ją literą "n"
· Energię orbitalną określa się wzorem:

gdzie:
- n - główna liczba kwantowa
- e - ładunek elementarny
- m - masa elektronu (1/1840 u)
- h - stała Plancka
· ilość wielkości przyjmowanych przez główną liczbę kwantową jest nieskończona, są to liczby naturalne wyłączając zero
· powłoka elektronowa - zbiór stanów kwantowych o takiej samej wartości głównej liczby kwantowej, liczbę stanów kwantowych określa się wzorem:
2n2 ,np.:
- gdy n = 1, to liczba stanów kwantowych wynosi 2, ponieważ 2*12 = 2
- gdy n = 4, to liczba stanów kwantowych wynosi 32, ponieważ 2*42 = 32 , itd.
· powłoki odpowiadające kolejnym wartością głównej liczby kwantowej oznacza się symbolami literowymi według schematu:
wartość n - 1 2 3 4 5 6 7...
symbol powłoki K L M N O P Q...
· decyduje ona o rozmiarach obszaru orbitalnego, im większa wartość n, tym większszy obszar orbitalny.
2. Poboczna (orbitalna) liczba kwantowa - kwantuje wartość momentu pędu (kręt) elektronu M
Cechy i zastosowanie pobocznej liczby kwantowej:
· oznacza się ją literą "l"
· Orbitalny (zewnętrzny) moment pędu określa się wzorem:

gdzie:
- l - poboczna liczba kwantowa
- h - stała Plancka
· ilość wielkości przyjmowanych przez poboczną liczbę kwantową jest ograniczona, a mianowicie n, co oznacza, że np. dla 4 powłoki (n = 4) orbitalna liczba kwantowa może przyjąć 4 wartości. Są to liczby całkowite od 0 do n-1, tak więc dla n = 4, l = 0,1,2,3
· podpowłoka elektronowa - zbiór stanów kwantowych o takiej samej wartości głównej liczby kwantowej i pobocznej liczby kwantowej, liczbę stanów kwantowych w danej podpowłoce określa się wzorem:
4l + 2 ,np.:
- gdy l = 1, to liczba stanów kwantowych wynosi 6, ponieważ 4*1 + 2 = 6
- gdy l = 4, to liczba stanów kwantowych wynosi 18, ponieważ 4*4 + 2 = 18 , itd.
· podpowłoki odpowiadające kolejnym wartością orbitalnej liczby kwantowej oznacza się symbolami literowymi według schematu:
wartość l 0 1 2 3 4 5 6...
symbol podpowłoki s p d f g h i...
·
· poboczna liczba kwantowa decyduje o kształcie obszarów orbitalnych.
3. Magnetyczna liczba kwantowa - kwantuje orientacje przestrzenną momentu pędu w postaci rzutu M na wyróżniony kierunek z
Cechy i zastosowanie magnetcznej liczby kwantowej:
· oznacza się ją literą "m"
· orjętację przestrzenną momentu pędu określa się wzorem:

gdzie:
- m - magnetyczna liczba kwantowa
- h - stała Plancka
· ilość wielkości przyjmowanych przez magnetyczną liczbe kwantową jest ograniczona - przybiera 2l + 1 wartości całkowitych od -l do +l z zerem włącznie, np.:
- gdy l = 1, to mamy 3 wartości: -1, 0 ,1, ponieważ 2*1 + 1 = 3
- gdy l = 4, to mamy 9 wartości: -4,-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4, ponieważ 2*4 + 1 = 9 , itd.
· poziom orbitalny - zbiór stanów kwantowych o takiej samej wartości głównej, pobocznej oraz magnetycznej liczby kwantowej;
- liczba poziomów orbitalnych w powłoce, jest określana wzorem: n2;
- liczbę poziomów orbitalnych w danej podpowłoce określa się ze wzoru: 2l+1
· magnetyczna liczba kwantowa decyduje o orientacji przestrzennej obszarów orbitalnych
4. Spinowa liczba kwantowa - kwantuje wartość spinu (własny moment pędu elektronu)
Cechy i zastosowanie magnetcznej liczby kwantowej:
· oznacza się ją literą "s"
· spin określa się wzorem:


- s - magnetyczna liczba kwantowa
- h - stała Plancka
· spinowa liczba kwantowa przyjmuje tylko jedną wartość, a mianowicie 1/2
5. Magnetyczna spinowa liczba kwantowa - kwantuje rzut spinu na wyróżniony kierunek
Cechy i zastosowanie magnetcznej liczby kwantowej:
· oznacza się ją literą "ms"
· rzut spinu na okreslony kierunek kreśla się wzorem:

gdzie:
- s - magnetyczna liczba kwantowa
- h - stała Plancka
· magnetyczna spinowa liczba kwantowa przyjmuje dwie wartości: 1/2 i - 1/2
· symbole wartości to:
dla 1/2 -
dla - 1/2 -
· liczba stanów kwantowych w poziomie orbitalnym wynosi - 2

Aby lepiej zrozumieć czego dotyczy ten artykuł zapoznaj się najpierw z budową atomu ( Atom) oraz z artykułem o liczbach kwantowych ( Liczby kwantowe), z którymi także tutaj będziemy mieli do czynienia.Powłoka elektronowa - jest to zbiór elektronów o zbliżonej wartości energii. Oznacza to, że elektrony nie krążą wokół jądra atomowego w dowolny sposób, tylko są pogrupowane według energii jaką gromadzą, jak napisałem wyżej, powłoka elektronowa sortuje elektrony o zbliżonej wartości energii, natomiast podpowłoki elektronowe są zbiorami elektronów o identycznej wartości energii.
Aby rozpisać elektrony na poszczególne powłoki, należy wiedzieć, ile elektronów ma dany pierwiastek w atomie, ile powłok elektronowych posiada dany atom, ile podpowłok zawiera się w poszczególnej powłoce no i oczywiście ile elektronów może się znaleźć w danej powłoce, podpowłoce. A dla licealistów w jaki sposób są zapełniane poziomy orbitalne i ile ich jest w danej podpowłoce.O tym, ile elektronów ma dany pierwiastek, informuje nas liczba porządkowa danego pierwiastka.Ilość powłok elektronowych jest uzależniona od okresu, w którym znajduje się dany pierwiastek:Numer okresu 1 2 3 4 5 6 7
Ilość powłok 1 2 3 4 5 6 7
No, a teraz ile elektronów może znajdować się na danej powłoce? Aby to ustalić stosuje się wzór , gdzie n - numer powłoki.Każda powłoka ma swoją nazwę w postaci dużej litery alfabetu zaczynając od K:Numer powłoki 1 2 3 4 5 6 7
Symbol powłoki K L M N O P Q
Przyszła kolej na podpowłoki elektronowe, ich ilość na danej powłoce jest równa numerowi powłoki. Ilość elektronów na podpowłoce wyraża się wzorem 4l + 2, gdzie l to numer podpowłoki elektronowej. Tak ja powłoki, również podpowłoki posiadają symbole, natomiast zachodzi tutaj pewna zmiana, mianowicie numeruje się je od 0:Numer podpowłoki 0 1 2 3
Symbol podpowłoki s p d f
Zostały nam już tylko poziomy orbitalne. Dana podpowłoka ma 2l + 1 poziomów orbitalnych, gdzie l to nr podpowłoki. Poszczególne obszary orbitalne mają symbole takie jak podpowłoki - s, p, d, f. Obszar s ma kształt kuli, powłoka p klepsydry, natomiast obszary d i f maja skomplikowane kształty. A oto reguły dotyczące zapełniana tych poziomów.Reguła rozbudowy:Obszary orbitalne o niższej wartości energii zapełniają się wcześniej niż obszary o wyższej wartości energii.
Reguła Hunda:1. W danej podpowłoce powinna być możliwie największa liczba niesparowanych elektronów; 2. Niesparowane elektrony zajmujące poziomy orbitalne danej podpowłoki mają identyczny spin; 3. Pary elektronów tworzą się dopiero po zapełnieniu wszystkich poziomów orbitalnych danej podpowłoki przez niesparowane elektrony.
W ramach wyjaśnienia - spin (orientacja przestrzenna spinu), przyjmuje dwie wartości lub . W 1925 roku wdaj fizycy Uhlenbeck i Goudsmit, odkryli, że elektron ma spin - obraca się wokół własnej osi (podobnie jak Ziemia wokół osi przechodzącej przez bieguny). Wielkość spinu jest taka sama dla wszystkich elektronów, jednak różna jest orientacja osi obrotu. Oznacza to, że elektrony mogą posiadać jeden z dwuch sposobów zorientowania: równolegle do linii sił pola lub antyrównolegle - w przeciwnym kierunku. Istnieje także prawo, tzw. Zakaz Pauliego, który mówi, że:Dwa elektrony mogą zajmować ten sam orbital tylko wówczas, gdy ich spiny są przeciwne, tj. zorientowane w przeciwnych kierunkach.
Podsumowując, w danym obszarze orbitalnym może znajdować się jeden elektron lub dwa o przeciwnych spinach, w ostatnim przypadku mówimy o parze elektronowej.Na koniec powiem o sposobach zapisywania uporządkowania elektronów na powłokach, podpowłokach i orbitalach:· Na powłokach:np. rozpiszemy elektrony sodu:11Na K2L8M1 - jest to najprostszy sposób, stosowany w gimazjum, ilustruje tylko ile elektronów znajduje się na poszczególnych powłokach (cyfra nad symbolem powłoki). Przed pierwiastkiem zapisujemy liczbę atomową (porządkową) pierwiastka - jest ona równoznaczna z ilością protonów w jądrze i ilością elektronów krążących wokół jądra. · Na podpowłokach:również zajmiemy się sodem:I sposób: 11Na 1s2 2s2 2p6 3s1 - przed symbolem zapisujemy również liczbę atomową. Później rozpisujemy elektrony na poszczególnych podpowłokach, wiadomo jednak, że podpowłoki są również uporządkowane na powłokach, dlatego przed symbolem powłoki piszemy liczbę, która mówi nam na której powłoce znajduje się podpowłoka. W górnym indeksie zapisana jest liczba elektronów na danej podpowłoce. (można także stosować zapis trochę skrócony: 1s2 2s2p6 3s1)II sposób: 11Na1s22s2 2p63s1Ten sposób różni się jedynie ułożeniem rozpisanych podpowłok, może zajmuje więcej miejsca, jednak według mnie jest bardziej czytelny. · Na obszarach orbitalnych:Obszary orbitalne są zapisywane jako kwadraciki, wewnątrz których znajdują się strzałki (do góry bądź do dołu) oznaczające spin jednego elektronu (1 strzałka = 1 elektron):11Na1s2
2s2 2p6





· 3s1
· Najlepiej jest rozpisać podpowłoki tak jak w II sposobie w podpunkcie wyżej, a następnie rysuje się tyle kwadracików ile ma dana podpowłoka obszarów orbitalnych. Dopiero w tedy, gdy ma się już wszystko rozpisane przystępuje się do rysowania strzałek, ponieważ trzeba pamiętać o regułach, które podałem wcześniej! · Istnieje jeszcze tzw. konfiguracja skrócona, związana jest ona z tym, że każdy gaz szlachetny ma zapełnione wszystkie powłoki maksymalną ilością elektronów (dlatego są one tak mało aktywne chemicznie). Konfiguracja skrócona dla sodu wygląda następująco:[Ne]3s1 - czyli, w nawiasie kwadratowym wpisujemy symbol gazu szlachetnego z poprzedniego okresu, a za nawiasem kwadratowym podpowłokę, której nie było w konfiguracji elektronowej tego gazu. Teraz postaram się przedstawić w jaki sposób na tle całego Układu Okresowego przedstawia się zapełnianie powłok i podpowłok elektronowych.Kolejność poziomów energetycznych atomów, liczoną według wzrastającej energii: Pierwszym pierwiastkiem jest wodór i on rozpoczyna zapełnianie pierwszej powłok - K.W atomie hel przybywa jeden elektron o orbitalu 1s i uzyskujemy konfigurację 1s2. Z tego wynika, że hel wypełnia całokowicie powłokę pierwszą, która może przyjąć maksymalnie 2 elektrony. Budowę następnej powłoki - L - rozpoczyna lit, przyjmujący trzeci elektron podpowłoki 2s, a następnie beryl z dwoma elektronami o orbitalu 2s.W atomach boru, węgla, azotu, tlenu, fluoru i neonu następuje kolejne obsadzanie poziomu 2p, którego energia jest nieco wyższa niż energia orbitalu 2s. Neon kończy zapełnianie powłoki L (max 8 elektronów).Kolejną powłoką elektronową jest powłoka M, którą zaczyna zapełniać sód. W tej powłoce kolejno zajmowane są orbitale podpowłok s i p. Ostatnim pierwiastkiem w tym okresie jest argon, który ma konfigurację:Ar 1s2 2s2p6 3s2p6 No i teraz zaczynają się schodki... co zrobić, żeby zapełnić podpowłokę 3d? Można by pomyśleć, że zacznie to robić potas, jednak tak nie jest! Potas zapełnia podpowłokę 4s, ponieważ ma ona niższą energię od podpowłoki 3d. Dopiero gdy zostanie zapełniona podpowłoka 4s, zacznie się zapełnianie podpowłoki 3d., czyli zajmie się tym skand, później jest tytan i wanad, który osiąga konfigurację:V 1s2 2s2p6 3s2p6d3 4s2 I teraz następuje najważniejsza część tego akapitu. UWAGA!Chrom jest pierwiastkiem, w którym występuje tzw. PROMOCJA. Oznacza to, że elektron, który normalnie powinien znajdować się na podpowłoce 4s2, zostaje przesunięty do podpowłoki 3d, gdzie znajduje się w tym momencie już 4 elektrony, 4+1=5, czyli chrom ma konfiguracjeCr 1s2 2s2p6 3s2p6d5 4s1Spowodowane jest to tym, że konfiguracja z pięciu niesparowanymi elektronami o orbitalach 3d okazuje się energetycznie bardziej dogodna.
Następnie mangan zapełnia ponownie orbital 4p, a żelazo, kobalt i nikiel orbital 3d. Dochodzimy teraz do miedzi, w kótrej także następuje promocja. Tutaj podobnie jak wcześniej przechodzi jeden elektron z orbitalu 4s do orbitalu 3d, dzięki czemu konfiguracja 3d10 wykazuje wzmożoną trwałość:Cu 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s1Cynk zapełnia podpowłokę 4s i następne pierwiastki do kryptonu zajmują się obsadzaniem podpowłoki 4p.I teraz według schematu przedstawionego na początku tego akapitu, rubid zacznie zapełniać powłokę O, czyli następuje przerwa w zapełnianiu powłoki N.Po wypełnieniu podpowłoki 5s, następuje powrót do powłoki N, czyli pierwiastki od itru do kadmu będą zajmowały się podpowłoką 4d:Y 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p6d1 5s2Jednak w niobie i palladzie spotkamy się znowu z tzw. promocją, czyli elektron z ostatniej podpowłoki (5s) przejdzie na podpowlokę 4d. Następny pierwiastek po kadmie, mimo to, że powłoka N dalej jest niekompletna, ponieważ pozostała jeszcze do zapełnienia cała podpowłoka 4f, to teraz pierwiastki od indu do ksenonu, będą zapełniały podpowłokę 5p, ponieważ jest to dogodniejsze pod względem energetycznym, natomiast pierwaistki cez i bar zajmą się podpowłoką 6s. Patrząc na przytoczony na początku schemiat, można by oczekiwać od lantanu, że obsadzi elektronem podpowłkę 4f, jednak lantan chce nam jeszcze więcej namieszać, dlatego zaczął wypełniać podpowłokę 5d (spowodowane jest to tym, że oba orbitale leżą blisko siebie, zazwyczaj jest tak, że orbital 5d leży powyżej poziomu orbitalu 4f, jednak mogą się one jak widać zamieniać miejscami :) ). Konfiguracja lantanu:La 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p6d10 5s2p6d1 6s2Następne pierwiastki już na szczęście nie przestawiają orbitali i zapełniają podpowłokę 4f. Jednak już cen uzyskuje promocje i z orbitalu 5d przenosi elektron na orbital 4f, dzięki czemu otrzymuje konfiguracje:Ce 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p6d10f2 5s2p6 6s2Do gadolinu wszystko przebiega normalnie - zapełniana jest podpowłoka 4f. Natomiast w gadolinie mamy do czynienia z zapełnianiem orbitalu 5d:Gd 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p6d10f7 5s2p6d1 6s2Jednak tylko po to, by następny pierwiastek terb miał promocję i elektron z tego orbitalu przeniósł na orbital 4f:Tb 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p6d10f9 5s2p6 6s2Teraz już nie ma żadnych zawirowań, lutet kończy budowę powłoki N:Lu 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p6d10f14 5s2p6d1 6s2Następne pierwiastki od hanfu do rtęci zapełniają zapoczątkowaną już podpowłokę 5d.I znowu według schematu na podanego na początku, mimo tego, że powłoka piąta (O), nie jest jeszcze zapełniona, to elektrony będą obsadzane na podpowłokach 6p i 7s, którym odpowiadają niższe poziomy energetyczne od poziomu 5f.Orbital 6p rozbudowują pierwiastki od talu do radonu, a podpowłokę 7s zapełnia frans i rad.Następne pierwiastki aktyn i tor zachowują się podobnie jak lantan i przyjmują elektrony nie do podpowłoki 5f, jak wynika ze schematu, ale do podpowłoki 6d:Ac 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p6d10f14 5s2p6d10 6s2p6d1 7f2Th 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p6d10f14 5s2p6d10 6s2p6d2 7f2Budowę podpowłoki 5f rozpoczynają protaktyn i uran, przy czym w tym pierwszym następuje znowu promocja!Dalsze zapełnianie podpowłoki f kontynuują pierwiastki do lorensa.


Np. w przypadku orbitalu d, na którym może zmieścić się 10 elektronów, pierwsze pięć elektronów będzie zajmowało kolejno wolne orbitale pozostając niesparowanymi

Dopiero dalsze elektrony zajmują wolne miejsca tworząc pary np. szósty elektron:

Przykładowe zapisy konfiguracji elektronowych za pomocą wzorów klatkowych:





Wodór - 1HK1 1s1 1s1


Hel - 2HeK2 1s2 1s2


Lit - 3LiK2L1 1s22s1 [He]2s1 1s2
2s1


Beryl - 4BeK2L2 1s22s2 [He]2s2 1s2
2s2


Bor - 5BK2L3 1s22s2 2p1 [He]2s2 2p1 1s2
2s2 2p1



Węgiel - 6CK2L4 1s22s2 2p2 [He]2s2 2p2 1s2
2s2 2p2



Azot - 7NK2L5 1s22s2 2p3 [He]2s2 2p3 1s2
2s2 2p3



Tlen - 8OK2L6 1s22s2 2p4 [He]2s2 2p4 1s2
2s2 2p4



Fluor - 9FK2L7 1s22s2 2p5 [He]2s2 2p5 1s2
2s2 2p5



Neon - 10NeK2L8 1s22s2 2p6 [He]2s2 2p6 1s2
2s2 2p6



Sód - 11NaK2L8M1 1s22s2 2p63s1 [Ne]3s1 1s2
2s2 2p6

3s1


Magnez - 12MgK2L8M2 1s22s2 2p63s2 [Ne]3s2 1s2
2s2 2p6

3s2


Glin - 13AlK2L8M3 1s22s2 2p63s2 3p1 [Ne]3s2 3p1 1s2
2s2 2p6

3s2 3p1



Krzem - 14SiK2L8M4 1s22s2 2p63s2 3p2 [Ne]3s2 3p2 1s2
2s2 2p6

3s2 3p2



Fosfor - 15PK2L8M5 1s22s2 2p63s2 3p3 Ne]3s2 3p3 1s2
2s2 2p6

3s2 3p3



Siarka - 16SK2L8M6 1s22s2 2p63s2 3p4 [Ne]3s2 3p4 1s2
2s2 2p6

3s2 3p4



Chlor - 17ClK2L8M7 1s22s2 2p63s2 3p5 [Ne]3s2 3p5 1s2
2s2 2p6

3s2 3p5



Argon - 18ArK2L8M8 1s22s2 2p63s2 3p6 [Ne]3s2 3p6 1s2
2s2 2p6

3s2 3p6



Potas - 19KK2L8M8N1 1s22s2 2p63s2 3p64s1 [Ar]4s1 1s2
2s2 2p6

3s2 3p6

4s1



Wapń - 20CaK2L8M8N2 1s22s2 2p63s2 3p64s2 [Ar]4s2 1s2
2s2 2p6

3s2 3p6

4s2



Skand - 21ScK2L8M9N2 1s22s2 2p63s2 3p6 3d14s2 [Ar]3d1 4s2 1s2
2s2 2p6

3s2 3p6 3d1

4s2




Przydatna praca? Tak Nie
Komentarze (9) Brak komentarzy zobacz wszystkie
10.2.2012 (00:05)

dlaczego Lit ma 3 powloki, a nie 2 ? wytlumaczenie przeslij na panoramix_rex@wp.pl dzieki wielkie

7.9.2011 (15:28)

Praca nieskończona , pisana na szybko , posiada rażące błędy. Jaki jest wzór spin określa się wzorem: BRAK WZORU . Praca nienadająca sie do nauki .

27.8.2011 (16:00)

Fajna praca. Szczególnie wyjątki w konfiguracji fajnie wytłumaczone.

8.6.2010 (20:53)

:) praca świetna .. gdyby ktos mial problem z wf :) chetnie pomoge

10.10.2008 (15:50)

teks jest znakomity....brawo dla autora...

Rozkład materiału


BasterkaPL0 rozwiązanych zadań
Chemia 10 pkt wczoraj o 16:13

podaj przykłady soli występujących w przyrodzie

Rozwiązań 1 z 2
punktów za rozwiązanie do 8 rozwiązań 1 z 2
Rozwiązuj

natalinia20 rozwiązanych zadań
punktów za rozwiązanie do 15 rozwiązań 0 z 2
Rozwiązuj

krzysiek18030 rozwiązanych zadań
punktów za rozwiązanie do 8 rozwiązań 1 z 2
Rozwiązuj

damianek79911 rozwiązane zadanie
Chemia 50 pkt 18.11.2014 (18:58)

pilne , prosze o pomoc

Rozwiązań 2 z 2
punktów za rozwiązanie do 38 rozwiązań 2 z 2
Rozwiązuj

Masz problem z zadaniem?

Tu znajdziesz pomoc!
Wyjaśnimy Ci krok po kroku jak
rozwiązać zadanie.

Zaloguj się lub załóż konto

Serwis stosuje pliki cookies w celu świadczenia usług. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w urządzeniu końcowym. Możesz dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów w Serwis stosuje pliki cookies w celu świadczenia usług. Więcej szczegółów w polityce prywatności.