ELEKTRONEN-STRUCTUUR VAN DE ATOMENnuleren.be/edocumenten/chemie_H3_elektronenstructuur_van...Positie...

HOOFDSTUK 3Elektronenstructuur van atomen

Het periodiek systeem

Kan baan object voorspeld worden?

Klassieke fysica:

• Positie meten

• Snelheid meten

• Potentiële energie kennen

Baan

precies

bekend

(positie in

toekomst)

Kleine systemen:

• Positie meten

• Snelheid meten

• Potentiële energie kennen

Baan

maar

ruwweg

bekend

Meten interfereert niet met onderwerp Meten interfereert wel met onderwerp

http://www.google.be/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjipMT45NnWAhUF5xoKHZGdBwgQjRwIBw&url=http://www.afrc.af.mil/News/Article-Display/Article/616412/reserve-airmen-clear-path-for-rocket-launch/&psig=AOvVaw2yTnaP_TTJqsPWvzJxJK30&ust=1507303406908560https://www.google.be/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiAp-uO5tnWAhVJPRoKHfqxCbkQjRwIBw&url=https://www.youtube.com/watch?v%3D8ONvEW9pSqc&psig=AOvVaw12zlpwz9Mhcd7FXXcDkMDo&ust=1507303719197474

Meten: klein beetje energie toevoeren

Conclusie:

Positie en snelheid kunnen niet beide precies gekend zijn

• Positie gekend door

waarneming gereflecteerd foton

• Snelheid niet gekend, want gewijzigd

doordat el

Analogie met fotografie

© Drew Zeller

Lange sluitertijd Korte sluitertijd

niet-klassieke fysica nodig om atomen te beschrijven

Analo

gie

met fo

togra

fie

http://www.google.be/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjU7_m1rNvWAhWGVhoKHa0mCOAQjRwIBw&url=http://drewzeller.weebly.com/blog/camera-function-part-1&psig=AOvVaw2o2N9HQ2afdRKFvReDXHYh&ust=1507356926366546

Wat weten we al over het atoom uit hoofdstuk 1?

ongeveer 10-15 m

elektronen

protonen +

neutronen

Atoom ~ 10-10 cm

Atoommodellen

(=kern)

quark

(niet kennen)

up, down,

strange, charm,

top, bottom

(niet kennen)

6

Atoommodellen

• Dalton: atoom is ondeelbaar

• Thomson: elektronen

• Rutherford: kern + elektronen

• Bohr: stationaire banen

(schillen)

• Schrödinger: atoomorbitalen

(elektronenwolken)H3

Elektronenstructuur van atomen: vragen

Hoe bewegen de elektronen rond de kern?

Kunnen elektronen op gelijk welke plaats rond de kern

voorkomen ?

Is de ruimte waarin de elektronen rond de kern kunnen

bewegen welbepaald ?

Hoe kunnen we best de beweging van de elektronen

beschrijven ?

Wat is de energie van elektronen?

1

2

3

4

5

Hoe gedrag van systemen beschrijven?

elektron

Massa = 9,1 x 10-31 kgMassa = 1000 kg

MACROWERELD MICROWERELD

Newtoniaanse

mechanica

Newtoniaanse mechanica

niet meer bruikbaar

Microwereld dient beschreven te worden met

QUANTUMMECHANICA

Voor de beschrijving van atomen onder de vorm van :

golfmechanica

Golfmechanica

Snelheid = v= 107 m/s

Massa = 9,1 x 10-31 kg

Waarom "golfmechanica"?

Basisaanname: bewegende deeltjes komen

overeen met elektromagnetische straling

(golven) met een bepaalde golflengte

vm

h

.

λ= 0,74 × 10-10 m

Constante van Planck

6,62 x 10-34 (J.s)

Snelheid v = 60 km/u = 16,7 m/s

Massa= 1000 kg

λ= 0,3964 × 10-37 m

(de Broglie-relatie)

Groter dan grootte elektron (10-18 m)

Grootte-orde atoomstraal

Golfmechanica

Verandering in ruimte en tijd

van de amplitude van de golf

("voortbewegend golfpakket")

Plaats van het

elektron rond de kern

Energie van

het elektron

elektron

Plaats & snelheid

van deeltje

Toegepast op elektron

rond de kern, beschrijft deze golf

Context: Golf

A

•gekarakteriseerd door golflengte en amplitude A

golflengte: [m]

frequentie: [s-1 of Hz]

vv

•breidt zich periodisch uit in ruimte en tijd

voortplantingsnelheid: v [ms-1]

Griekse letter nu

knoop: A = 0

knoop

Elektromagnetische golven: v = c

Licht is elektromagnetische straling

cc

c: lichtsnelheid

Context: Licht

Elektrisch en magnetisch veld staan loodrecht op elkaar

1

1 GOLFkarakterElektrisch veld

golflengte Vb. LICHT

Context: elektromagnetische straling

3. DIFFRACTIE1. INTERFERENTIE 2. BREKING

Karakteristiek voor golven zijn de fenomenen:

Golflengte in

m

380 nm780 nm

Elektromagnetisch spectrum

Licht gedraagt zich ook als deeltjes

1 GOLFkarakter

2 DEELTJESkarakter

Inzenden van elektromagnetische straling op materie: absorptie

FOTONEN

QUANTAEmissie & absorptie erloopt steeds in pakketjes:

De golflengte van licht is afhankelijk van de energie van een lichtfoton

𝐸 = ℎ𝜈 = ℎ𝑐

𝜆

Materie T = Emissie elektromagnetische straling (EMS)

(voor licht)

(algemeen)

met energie:(enkelvoud: quantum, foton)

https://www.google.be/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjM5-jJ69nWAhVMAxoKHfcUB7cQjRwIBw&url=https://bbqpassies.com/gloeiende-kolen-klein-2/&psig=AOvVaw08zY0cun_znI31_EmVhoeL&ust=1507305196860372

Licht is elektromagnetische straling

cc

c: lichtsnelheid

fotonfotonfoton

hchE

foton Efoton

h = 6.626 10-34 Js; Planck constante

Licht bestaat uit lichtquanta of fotonen

Context: Licht

)molJ(hc

NE 1

fotonAvfoton

1

2

17

Elektromagnetisch spectrum

hcE h

Wit licht bestaat uit vele golflengtes:

continu spectrum

Lichtbron

PrismaROOD

VIOLET

Continu spectrum

Detector of

fotografische plaat

Smalle

spleet

Geëxciteerde atomen stralen slechts

enkele golflengtes uit

Helium-

lamp

Lijnenspectrum

Prisma

Detector of

fotografische plaat

Smalle

spleet

golflengte

λ (nm)

21

H Ne Li Na K

Exciteren van elementen

Elektrische excitatie Excitatie van metalen in gasvlam

Spectrum van enkele geëxciteerde

elementenLijnen in het zichtbaar gebied

Emissie licht: overgangen tussen discrete E-niveau’s

wet van behoud van energie: Ebegin = Eeind

begintoestand: atoom in toestand 2

eindtoestand: atoom in toestand 1

E2

E1

E2 > E1 E21 = E1 – E2 < 0:

emissie foton met Efoton = hfoton,uit

2 1 ,foton uitE E E

2 1 ,foton uitE E h

Eij wordt gedefineerd als het

verschil in energie tussen het

atoom in toestand j en het

atoom in toestand i

energ

ie

2 1 ,foton uitE E h

Energie atoom daalt

Atoom straalt energie uit als licht met frequentie foton,uit

Absorptie is het omgekeerde van emissie

Emissiespectrum

Absorptiespectrum

Continu spectrum

Heet gas

Koud gas

eindtoestand: atoom in toestand 2


E2

E1

absorptie foton met

Efoton = hfoton, in

Lijnen vallen op precies

dezelfde golflengte,

maar nu zijn er fotonen

opgenomen i.p.v. uitgezonden

energ

ie

Absorptie is het omgekeerde van emissieeindtoestand: atoom in toestand 2


E2

E1

absorptie foton met

Efoton = hfoton, inenerg

ie

wet van behoud van energie: Ebegin = Eeind

E2 > E1 E12 = E2 – E1 > 0:

1 , 2foton inE E E

1 , 2foton inE h E

Eij wordt gedefineerd als het

verschil in energie tussen het

atoom in toestand j en het

atoom in toestand i

, 2 1foton inh E E

Zelfde formule

Energie atoom stijgt

Atoom neemt energie op uit licht met frequentie foton,uit

Fotonemissie in het H-atoom

E1

E2

E3

E4

>>

>

H

Grondtoestand

E1

E2

E3

E4

Geëxciteerde toestand

λ in UV-gebied

E = hν = hc/λ

122 nm


E1

E2

E3

E4

>>

>

H

Grondtoestand

E1

E2

E3

E4


λ in UV-gebied

E = hν = hc/λ

103 nm


E1

E2

E3

E4

>>

>

H

Grondtoestand

E1

E2

E3

E4


λ = 656 nm

E = hν = hc/λ

Rode

spectraallijn


E1

E2

E3

E4

>>

>

H

ATOOMSPECTRA = EMS

uitgezonden door verhitten van een

gas of damp van een component

LIJNENSPECTRA

Energieniveaus van elektronen zijn niet continu maar gekwantiseerd

H-atoom

(ter info; namen niet kennen)

BOHR: Energieniveaus elektronen in atomen zijn niet continu maar

"gekwantiseerd" (kan enkel "discrete waarden" aannemen)

Enkel 'discrete waarden':

versnellingen in auto

of fietsderailleur

Wel continu:

traploze versnelling

Dit moet vroeger

Gekwantiseerde energieniveaus elektron in

H-atoom

E1

E2

E3

E4

>>

>

Grondtoestand

E1

E2

E3

E4


λ = 486.1 nm

E = hν = hc/λ

BOHR: Energieniveaus elektronen in atomen zijn niet continu maar

"discreet" of "gekwantiseerd"

22

2.

n

R

n

ZRE HHn

Z = ATOOMNUMMERRH = RYDBERGCONSTANTE = 2,179914 X 10

-18 Jn = GEHEEL POSITIEF GETAL =

HOOFDQUANTUMGETAL

Opgesteld op basis van lijnenspectrum H-atoom

Energieniveau's in atomen: algemeen

1

2

3

4

Hoofdquantumgetal n

K

L

M

N

2e-

8e-

18e-

32e-

2n2 VEREENVOUDIGDE VOORSTELLINGAantal e- per

energieniveau

1

2

3

4

Hoofdquantumgetal n Nevenquantumgetal l

0

01

012

0123

s

sp

spd

spdf

K

L

M

N

2e-

8e-

18e-

32e-

2n2 (als iets minder) VEREENVOUDIGDE VOORSTELLING

Magnetisch

quantumgetal ml

0-1

+1

0-1

+1

-2

+2

0

Notatie: e- (2,1,1)

HOOFDENERGIENIVEAUS SUBENERGIENIVEAUS

Energieniveau's in atomen: algemeen

Even samenvatten…Wat weten we tot nu toe?

Energieniveaus zijn gekwantiseerd

Voorstelling met n, l, ml (quantumgetallen)

Wat willen we weten?

Waar zijn de elektronen? Wat is de energie van elektronen?

Uit de verandering in ruimte en tijd

van de amplitude van de golf

Golfmechanica voor het H-atoom

Hoe plaats elektronen uit de verandering

in de ruimte en tijd van de amplitude van

de golf halen?

elektron

1) Opstellen van een

differentiaalvergelijking

)(

)(

ruimte

amplitude

2) Oplossen van de differentiaalvergelijking

Als we enkel willen weten waar de elektronen zitten:

Golfmechanica voor het H-atoomDefiniëren van een plaats in de ruimte

Cartesiaans assenstelsel Poolcoördinaten

Z

Y

X

X1, Y1, Z1

rϴ

φ

X = r. sin ϴ.cosφ

Y = r. sin ϴ.sinφ

Z = r.cosϴ

r1, ϴ1, φ1


Opstellen van een differentiaalvergelijking

= golfvergelijking = Schrödingervergelijking

Amplitude van de golf = Ψ(x,y,z)

0),,(.8

22

2

2

2

2

2

zyxVE

h

m

zyx

e

EH ˆ

Ψ= golffunctie = eigenfunctie

H= Hamiltoniaan operator

E= energie

Ĥ

Eenvoudiger schrijven als:

Lange notatie zelden gebruikt


TRILLEN VAN EEN SNAAR


BEWEGING VAN HET ELEKTRON

1

2

0)()/1(4)( 22

2

2

xAx

xA

EH ˆ

OPSTELLEN DIFFERENTIAALVERGELIJKING

xAxA )

1(2sin.)( max

OPLOSSEN DIFFERENTIAALVERGELIJKING

E

),,(),,( rzyx Golffunctie = eigenfunctie

Energie = eigenwaarde

Differentiaalvgl en oplossing ter illustratie, niet van buiten; concept wel begrijpen

Dit heeft geen zin





1

2

VASTLEGGEN VAN RANDVOORWAARDEN/BEPERKINGEN

Snaar wordt vastgehouden in punt 1

en 2





1

2


Snaar wordt

vastgehouden in punt

1 en 2





1

2



en 2

- Amplitude in punt 1 en 2

is nul

- Mogelijke amplitudes

beperkt

a

xnAxA

sin.)( max

n =1,2,3,…

1. Amplitude moet éénduidig

bepaald zijn in de ruimte

2. Amplitude moet continu zijn

Amplitude = Ψ zal aan bepaalde

voorwaarden moeten voldoen





1

2



en 2


is nul


beperkt

a

xnAxA

sin.)( max

n =1,2,3,…

Interferentie van golven

Interference of waves (a) Constructive interference. When two waves are in phase their crests and

troughs add to produce a new wave of greater amplitude. (b) Destructive interference. When two

waves are out of phase, their crests and troughs cancel each other and the net amplitude is 0

45

de Broglie: interpretatie quantisatie r

en i r2

met i = 1, 2, 3…

e: gevangen in elektrisch veld kern

e: beschouwen als staande golf

mogelijk niet mogelijk





1

2



en 2


is nul


beperkt

a

xnAxA

sin.)( max

n =1,2,3,…

Amplitude = Ψ zal aan bepaalde

voorwaarden moeten voldoen

Randvoorwaarden vastleggen

via quantumgetallen (n,l,ml)

),,( lmln ),,( lmlnE





1

2

EXACT de plaats van de snaar kunnen bepalen

INFORMATIE BIJ OPLOSSEN VAN DIFFERENTIAALVERGELIJKING

PROBILITEIT = KANS =

WAARSCHIJNLIJKHEIDom elektron op een bepaalde

plaats in de ruimte aan te treffen

4)(.

hmvx

Onzekerheidsprincipe van Heisenberg

48

W. Heisenberg

4

h)mv()x(

•beschrijving van elektron als deeltje dat welgedefinieerde baan rond de kern

volgt zoals in model van Bohr KAN NIET

•met welke kans kan het elektron in een bepaald gebied van de ruimte rond de

atoomkern aangetroffen worden?

Heisenberg: onzekerheidsprincipe

onzekerheid positie onzekerheid snelheid

elektron: onzekerheid op mv: mv 1025 kgms1

m10smkg104

sJ10626.6

)mv(4

h)x( 10

125

34

diameter atoom = 1010 m

Samenvatting

EH ˆ

ENERGIE? HOE?

Beweging/plaats van de elektronen

bespreken a.d.h.v. de VERANDERING

VAN DE AMPLITUDE in de RUIMTE

Ψ (n,l,ml) = golffunctie =

eigenfunctie ORBITAAL

Informatie over de energie van de

elektronen

E (n,l,ml) =

eigenwaarde

Quantumgetallen n, l ,ml

WAAR?

Atoomorbitalen: quantumgetallen

HOOFDQUANTUMGETAL n

n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, …

NEVENQUANTUMGETAL l

l = 0, 1, 2, 3, 4, …(n − 1)

MAGNETISCH QUANTUMGETAL ml : -l tot +l

ml = − l, −l +1, −l + 2, …, 0, 1, …, l −1, l

Atoomorbitalen: quantumgetallen

1s

n l (0, n-1) ml (-l

tot +l)

Golfunctie of

eigenfunctie

Eigenwaarde

1 0 0 Ψ(1,0,0) E(1,0,0)

Maximaal aantal elektronen per s-toestand: 2

2 0 0 Ψ(2,0,0) E(2,0,0)

2 1 0 Ψ(2,1,0) E(2,1,0)

2 1 -1 Ψ(2,1,-1) E(2,1,-1)

2s

2 1 +1 Ψ(2,1,+1) E(2,1,+1)

2pMaximaal aantal elektronen per p-toestand: 6

n l (0, n-1) ml (-l

tot +l)

Golfunctie of

eigenfunctie

Eigenwaarde

3 0 0 Ψ(3,0,0) E(3,0,0)

3 1 0 Ψ(3,1,0) E(3,1,0)

3 1 -1 Ψ(3,1,-1) E(3,1,-1)

3s

3 1 +1 Ψ(3,1,+1) E(3,1,+1)3p

3 2 +2 Ψ(3,2,+2) E(3,2,+2)

3 2 +1 Ψ(3,2,+1) E(3,2,+1)

3 2 0 Ψ(3,2,0) E(3,2,0)

3 2 -1 Ψ(3,2,-1) E(3,2,-1)

3 2 -2 Ψ(3,2,-2) E(3,2,-2)3d

Maximaal aantal elektronen per d-toestand: 10

n l (0, n-1) ml (-l

tot +l)

Golfunctie of

eigenfunctie

Eigenwaarde

In 1-elektron-systemen zijn de

energieniveaus "ontaard"

Voor meerdere golffuncties éénzelfde energie

in één-elektronsystemen hebben alle atoomorbitalen

met een zelfde n dezelfde energie

Z = 1: H-atoom

•toestanden met n 1:

aangeslagen of geëxciteerde

toestanden

Atoomorbitalen

Eén-elektronsysteem Meer-elektronensysteem

EnEn,l

22

2.

n

R

n

ZRE HHn

En, l,mlIn magnetische

velden: n, l en ml

Energie functie van n

Energie functie van n en l

Nog steeds ontaarding van de orbitalen in

afwezigheid van magnetisch veld:

Kan beter

kern

Atoomorbitalen

kern

n = 1 n = 2 n = 3

s

s

s,p

s,p

s,p,d

s,p,d

Één-elektronsysteem

Meer-elektronen-systeem

Energetisch:

2s = 2p

3s = 3p =3d

Energetisch:

2s ≠ 2p

3s ≠ 3p ≠ 3d

En

En,l

Interacties tussen elektronen

Atoomorbitalen

Naast ψ hebben we ook E-waarden

Energie

1s 1s

2s 2p2s

2p

3s 3p 3d

3s

3p

3d4s 4p 4d 4f

4s

4p

ontaard

Één-elektronsysteem Meer-elektronen-systeem

Atoomorbitalen: spinquantumgetal

Wanneer atomen zich in een MAGNETISCH VELD

bevinden moet een 4DE QUANTUMGETAL ingevoerd

worden om de energietoestand van de elektronen volledig

te kunnen beschrijven

tegenwijzerzin wijzerzin

MAGNETISCH SPINQUANTUMGETAL = ms

Derde ook al!

"spin up" "spin down"Spreektaal:

Atoomorbitalen: spinquantumgetal

elektron

kern

'Baan' bepaald door

hoofdquantumgetal,

nevenquantumgetal

en magnetische

quantumgetal

Elektron tolt rond zijn

eigen as; bepaald

door magnetisch

spinquantumgetal

Analogie "spin" met aarde die rond eigen as roteert

Atoomorbitalen: quantumgetallenBeweging van de elektronen- link met quantumgetallen

Hoofdquantumgetal = n:• maat voor de gemiddelde afstand van het elektron tot de kern

• maat voor de grootte van het orbitaal (voorgsteld door grensvlak)

Nevenquantumgetal = l:Maat voor de vorm van het orbitaal

l = 0 : sferisch

l = 1, 2,…: haltervormig,….

Magnetisch quantumgetal = mlMaat voor de ruimtelijke oriëntering van een orbitaal

l= 0 : niet richtingsafhankelijk

l= 1,2,3,… : richtingsafhankelijk

Magnetisch spinquantumgetal = ms

Atoomorbitalen

VISUALISEREN van de kans om een elektron op een bepaalde

plaats rond de kern aan te treffen

Ψ(n,l,ml) Ψ(1,0,0)

Relatie met positie elektron in ruimte?

Ψ(1,0,0)2

via grensoppervlaktenotatie

= 90% kans om elektron in de ruimte begrend door de grensoppervlak aan te treffen

Kans om een elektron op

een bepaalde plaats aan te treffen

(Ψ is functie van (x,y,z) of (r,,)

probabiliteitsdistributie

Mathematische manier om

golfgedrag van elektron te

beschrijven

Hoe makkelijk voorstellen?

62

•21s streeft asymptotisch naar 0

afmetingen atoom niet exact

gedefiniëerd

•21s grootst dicht bij de kern

21s

probabiliteit om e in de energietoestand

1s in één punt op een afstand r van de

kern van het H-atoom aan te treffen

Z = 1

Probabiliteitsdistributie 2

63

orbitaal = gebied in de ruimte waarbinnen de kans om een elektron aan te treffen

90% is

21s

21s % lading omsloten door bolopp. met straal r

93%

32%

64

1s orbitaal: boloppervlak omsluit 90% van lading e in toestand 1s

AtoomorbitaalZ = 1

21s

Atoomorbitalen: 1s

Ψ(1,0,0) Ψ(1,0,0)2

1s

kans

Afstand r tot de kern

Atoomorbitalen: 2s

Ψ(2,0,0) Ψ(2,0,0)2

1s

2s

kans

kans

Knoop / "knoopvlak" / "nodaal vlak"


r

Atoomorbitalen: 3s

Ψ(3,0,0) Ψ(3,0,0)2

3s

3s

2s

1s

kans

kans

kans




68

vergelijking

met r1 Bohr

vergelijking

met r2 Bohr vergelijking

met r3 Bohr

RPD

Atoomorbitalen: 1s vs. 2s vs. 3s

3s2s1s

Atoomorbitalen: p

Ψ2(2,1,0) p-orbitalenΨ(2,1,0)

Atoomorbitalen: p

P -ORBITALENΨ2(2,1,-1) Ψ2(2,1,0)

Ψ2(2,1,1)

Atoomorbitalen: dD -ORBITALEN Ψ2(3,2,-2) tot Ψ2(3,2,2)

Atoomorbitalen: s vs. p vs. d


kans

Atoomorbitalen: f

F -ORBITALEN Nevenquantumgetal l = 3

74

•4f-orbitalen: n = 4, l = 3, ml = -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 E4f

Z = 1

f-orbitaal: l = 3l = 3 ml = -3,-2, -1, 0, 1, 2, 3 : zeven f orbitalen

Atoomorbitalen: g

G -ORBITALEN Nevenquantumgetal 4

Atoomorbitalen

http://www.orbitals.com/orb/orbtable.htm

https://www.youtube.com/watch?v=K-

jNgq16jEY

https://www.youtube.com/watch?v=sMt5Dce

x0kg

Extra afbeeldingen/animaties van orbitalen via volgende links

http://www.orbitals.com/orb/orbtable.htmhttps://www.youtube.com/watch?v=K-jNgq16jEYhttps://www.youtube.com/watch?v=sMt5Dcex0kg

Opvullen energieniveau's in atomen

1

1

LAAGST ENERGETISCHE NIVEAUS WORDEN EERST OPGEVULD (gebruikAufbau principe of regel n + l)

2

1

3

1

REGEL VAN HUND OF REGEL VAN DE

MAXIMALE SPREIDING

(elektronen met parallelle spin energetisch gunstiger)

PAULIVERBOD: ieder elektron in het atoommoet in minstens één van de 4 quantumgetallenverschillend zijn


n + l Laagste som laagste energie

Als gelijke som kleinste nlaagste energie

1a

1

1b

1

AUFBAU PRINCIPE

LAAGST ENERGETISCHE NIVEAUS

http://z.about.com/d/chemistry/1/0/j/g/econfiguration.jpg

Opvullen energieniveau's in atomenEnergievolgorde : ∑ n+l

1s

2s

2p

3s

3p

3d

4s

4p

4d

4f

1+ 0

2 +0

2 +1

3 +0

3 +1

3 +2

4 +0

4 +1

4 +2

4 +3

Gelijke som

Gelijke som

Gelijke som

1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s <

3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f

< 5d < 6p < 7s < 5f < 6d < 7p

Als gelijke som n+l, wordt eerst het orbitaal

met de laagste n opgevuld.


1

1

LAAGST ENERGETISCHE NIVEAUS WORDEN EERST OPGEVULD gebruik Aufbau principe of regel n + l

2

1

3

1

REGEL VAN HUND OF REGEL VAN DE

MAXIMALE SPREIDING

elektronen met parallelle spin energetisch gunstiger:eerst alle orbitalen in eenzelfde niveau met één elektron

vullen, vooraleer een tweede toe te voegen

PAULIVERBOD: ieder elektron in het atoommoet in minstens één van de 4 quantumgetallenverschillend zijnmaximaal 2 elektronen per orbitaal


Opvullen energieniveau's in atomenPAULIVERBOD: ieder elektron in het atoom moet in minstens één van de 4 quantumgetallen verschillend zijn

s-

orbitalen

p-

orbitalen

d-

orbitalen

3de elektron in s-orbitaal onmogelijk

gezien Pauliverbod

Per atoomorbitaal maximaal 2

elektronen met tegengestelde spin

3

1

REGEL VAN HUND OF REGEL VAN DE MAXIMALE SPREIDING

(elektronen met parallelle spin energetisch gunstiger)

2

1

Opvullen energieniveau's in atomenH 1 elektron 1s1

He 2 elektronen 1s2

Li 3 elektronen 1s2 2s1

Fe 26 elektronen1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6

Sc 21 elektronen1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1


Opvullen energieniveau's in atomenSc- atoom : 21 elektronen Exponentenmethode:

Opvullingsdiagramma:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1

2p

3s

2s

1s

4s

3p 3d

Elektronenstructuur bepaalt

magnetisch gedrag atomenH 1 elektron 1s1

He 2 elektronen 1s2

Li 3 elektronen 1s2 2s1

Fe 26 elektronen1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6

Sc 21 elektronen1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1

DIAMAGNETISCH

PARAMAGNETISCH

Alle elektronen gepaard

Er zijn ongepaarde elektronen

Periodiek systeem kan ingedeeld worden

in blokken a.d.h.v. hoogst bezette orbitaal

H He

Fe

Li

Ioniseren van atomen

Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6

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

Bij ionisatie:

ELEKTRONEN VERWIJDEREN UIT HET

HOOGSTE HOOFDENERGIENIVEAUwant de elektronenopbouw in een geïoniseerd atoom volgt

niet exact de Aufbau-regels (energieniveau's wijzigen beetje)

Bij ionisatie (ontrekken van enkele elektronen):

Fe2+:


Cr: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d4

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5

Uitzonderingen

HALF stabilisatie

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d9

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10

Cu:HALF-GANS stabilisatie

VALENTIE-ELEKTRONEN bepalen chemisch gedrag atoom2 definities gangbaar:

1. Elektronen op de hoogste bezette energieniveaus2. Elektronen op het hoogst bezette hoofdenergieniveau

[Ar] 4s1 3d10 • Energieniveau's 4s en 3d verschillen niet zoveel

• Volle of halve d-schil is soms

lager in energie

Periodiek systeem

GROEP

Elementen met analoge chemische eigenschappen

PERIODE

A

GROEP

A

GROEP

B

GROEP

B

GROEP

Periodiek systeemGROEPEN

Alkalimetalen

1s1

1s2 2s1

1s2 2s22p63s1

ns1

Groep 1

(groep I-A)


Aardalkalimetalen

1s2 2s2

1s2 2s22p63s2

ns2

Groep 2

(groep II-A)


Aardmetalen

1s2 2s22p1

1s2 2s22p63s23p1

ns2p1

Groep 13

(groep III-A)


C-groep

1s2 2s22p2

1s2 2s22p63s2 3p2

ns2p2

Groep 14

(groep IV-A)


N-groep

1s2 2s2 2p3

1s2 2s22p63s2 3p3

ns2p3

Groep 15

(groep V-A)


O-groep of

chalcogenen

1s2 2s2 2p4

1s2 2s22p63s2 3p4

ns2p4

Groep 16

(groep VI-A)


Halogenen

1s2 2s2 2p5

1s2 2s22p63s2 3p5

ns2p5

Groep 17

(groep VII-A)


Edelgassen

1s2 2s2 2p6

1s2 2s22p63s2 3p6

ns2p6 1s2

Groep 18

(groep VIII-A)

Periodiek systeem

A- GROEP ELEMENTEN (IA tot VIIIA)

Streven naar EDELGASCONFIGURATIE

B – GROEP ELEMENTEN (transitiemetalen)

Streven naar PSEUDO EDELGASCONFIGURATIES

n s2p6

ns2 np6 nd10

(n-1)s2 (n-1)p6 (n-1)d10ns2

Vb Ag: [Kr] 5s1 4d10

Ag+ : [Kr] 4d10 met

volledig gevulde n=4

(Kr = [Ar]3d104s24p6)

ELEKTRONENSTRUCTUUR VAN

DE ATOMEN


DE ATOMENZijn volgende beweringen JUIST of FOUT voor een

elektron met quantumgetallen n = 5 en l = 3

1. Het elektron bevindt zich in een f-orbitaal

2. Het elektron bevindt zich in een bolvormig

orbitaal

3. Het elektron bevindt zich in hoofdenergieniveau

N

n = 5 stemt overeen met

hoofdenergieniveau O

l = 3 stemt overeen met

subenergieniveau f

JUIST

FOUT

FOUT


DE ATOMEN

Bepaal het set van quantumgetallen van het laatst toegevoegde

elektron in een Ni-atoom (Z= 28)

Bepaal het set van quantumgetallen van een valentie-elektron in

het Ni-atoom

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8


DE ATOMEN

oneindig

De overgang van een elektron in een H-atoom , weergegeven

door pijl C komt overeen met ---------------- van een foton met

golflengte --------------nm.

a) Absorptie, 364,5

b) Absorptie, 486

c) Emissie, 364,5

d) Emissie, 486

e) Absorptie, 1280

ABSORPTIE

22

2.

n

R

n

ZRE HHn

E = hν = hc/λ

ELEKTRONEN-STRUCTUUR VAN DE ATOMENnuleren.be/edocumenten/chemie_H3_elektronenstructuur_van...Positie...

Documents

Transcript of ELEKTRONEN-STRUCTUUR VAN DE ATOMENnuleren.be/edocumenten/chemie_H3_elektronenstructuur_van...Positie...