TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi. Genel Kimya 101. Yrd.Doç.Dr.Zeynep OBALI Ofis: z-83/2

Transkript

1 Genel Kimya 101 Yrd.Doç.Dr.Zeynep OBALI Ofis: z-83/2

2 Gaz Yasaları Gazların fiziksel özellikleri aşağıdaki dört değişken ile tanımlanabilir; 1. Basınç, (P) 2. Sıcaklık (T) 3. Hacim (V) 4. Miktar yada mol sayısı (n) Bu dört değişken arasındaki ilişkiler gaz yasaları ile tanımlanır. Bu yasaları izleyen gazlara ideal gaz denir.

3 BOYLE YASASI: Hacim ve Basınç Arasındaki İlişki 1atm 2 atm Artan Basınç Azalan Basınç P=1,0 atm V=1,0 L P=2,0 atm V=0,5 L İdeal gazın hacmi basıncıyla ters orantılı değişir (n ve T sabit) PxV= k(sabit) TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi

4 Hacim (V) TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi Hacim (V) Boyle Yasası: PxV= k Basınç (mm Hg) 1/P (mm Hg) V=k(1/P)

5 CHARLES YASASI: Hacim ve Sıcaklık Arasındaki İlişki 1 atm 1 atm Isıtma soğutma V=0,5 L T=200 K V=1,0 L T=400 K İdeal gazın hacmi sıcaklığıyla doğru orantılı değişir (n ve P sabit) V/T= k(sabit)

6 Hacim (V) TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi Charles Yasası: V/T=k V=0 T= C* 0 Sıcaklık (K) Mutlak Sıfır Sıcaklığı *Bir gazın hacmi moleküllerin kendi hacimleri değil, gaz molekülleri arasındaki serbest hacimdir.burada sözü edilen gaz kuramsaldır. Bu gaz,moleküllerinin kütlesi olan fakat hacmi olmayan ve sıvı/katı hale geçmeyen bir gazdır.

7 GAY-LUSSAC YASASI Basınç ve Sıcaklık arasındaki ilişki Sıcaklık, bir maddenin ortalama kinetik enerjisi olduğu için sıcaklığının arttığında kinetik enerjisinin de arttığı söylenilebilir. Bu durumda, gaz parçacıkları, gazın tutulduğu kabın duvarlarıyla daha çok çarpışacağından, daha çok basınç uygularlar. İdeal gazın basıncı gazın sıcaklığı ile doğru orantılı değişir (V ve n sabit) P/T= k(sabit)

8 AVOGADRO YASASI: Hacim ve Miktar arasındaki ilişki 1 atm 1 atm Gaz ekleme Gaz çıkarma V=22,4 L n=1mol V=44,8 L n=2 mol İdeal gazın hacmi gazın miktarı ile doğru orantılı değişir (T ve P sabit) V/n= k(sabit)

9 Standard Sıcaklık ve Basınç (STP) 0 C (273,15 K) ve 1 atm (760 torr); bu koşullarda 1 mol ideal gazın hacmi 22,4 L

10 İdeal Gaz Yasası PxV= k V/T= k V/n= k nrt V P R ; gaz sabiti PxV= nrt=k V/T= nr/p=k V/n= RT/P=k R P.V n.t (1atm)(22,414 L) (1mol)(273,15K) 0, L.atm K.mol

11 1.Durum madde miktarı basınç sıcaklık 2.Durum Boyle yasası, P 1 V 1 =P 2 V 2 Charles yasası, V 1 /T 1 =V 2 /T 2 Gay-Lussac, P V n P 1 /T 1 =P 2 /T 2 1 T 1 P V n 2 T 2

12 Dalton Kısmı Basınç Yasası Sabit V&T de Ptoplam P1 P2 P3 P4 P5 P toplam n Pi i... P n RT RT n ( ) P2 n 2( ) V V P1 1 RT RT n ( ) P4 n 4( ) V V P3 3 P (n n n n total RT...)( V )

13 Dalton Kısmı Basınç Yasası mol kesri( X 1 ) n 1 n 2 n 1 n 3... n n 1 toplam n X P 1 1 PV RT P X P ( 1 toplam V ) RT V ( RT 1P toplam ) P P 1 toplam

14 Dalton Kısmı Basınç Yasası Havanın içeriğine bakacak olursak: P(N 2 )= 0,780 atm P(O 2 )= 0,2095 atm P(Ar)= 0,0093 atm P(CO 2 )= 0,00037 atm P(hava)= 1,000 atm

15 Kinetik Moleküler Teori 1. Gazlar gelişi güzel hareket eden çok çok küçük taneciklerden (atom yada molekül) meydana gelir. 2. Bu moleküllerin hacmi gazın toplam hacmi düşünüldüğünde çok çok küçüktür, dolayısıyla bu moleküllerin hacimleri ihmal edilebilir. 3. Gaz molekülleri birbirlerinden bağımsız hareket ederler, gaz molekülleri arasında itici yada çekici bir güç yoktur. 4. Gaz moleküllerinin birbirleri ve içinde bulundukları kabın duvarları ile çarpışmalarında toplam kinetik enerji korunur (elastik çarpışma) 5. Gaz moleküllerinin kinetik enerjileri, gaz moleküllerinin Kelvin cinsinden sıcaklıkları ile doğru orantılıdır

16 Gaz moleküllerinin hızları E K 3RT 2N A 1 2 m 2 2 3RT mn A Ortalama hız 3RT mn A 3RT M Birimlere dikkat TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi

17 Gazların yayılma (difüzyon) ve dışa yayılmaları (efüzyon) vakum Difüzyon Gazların birbiri ile karışması (moleküler çarpışma olur) TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi Efüzyon Gazların çok küçük bir delikten yayılmaları (moleküler çarpışma olmaz)

18 Gazların yayılma (difüzyon) ve dışa yayılmaları (efüzyon) (Graham yasası) m Efüzyon (2) Efüzyon (1) m m Efüzyon Hızı ) 2 1 ( ) 2 1 ( m m m m m N RT gaz gaz gaz gaz A TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi

19 Gerçek Gazlar İdeal gaz yasasına göre PV/T bir sabite eşit (nr). Gerçek gazlar için bu doğru değildir PV T 1.0 İdeal gaz Basınç (atm)

20 Gerçek Gazlar; Gaz molekülleri arasında bir etkileşim vardır Gazlar sıvılaştırılabilir. Bu da gaz moleküllerinin düşük sıcaklıklarda birbirleri ile etkileşimleri ile olur. Gaz molekülleri arasında bir etkileşim vardır. Bu etkileşimden dolayı, gaz molekülleri bulundukları kabın çeperlerine kinetik moleküler teorinin tahmin ettiğinden daha az bir kuvvetle çarparlar.

21 Gerçek Gazlar; Gazların hacimleri vardır Bütün gazlar yeterince düşük basınçlarda (P<1 atm) ideal davranırlar ancak basınç arttıkça ideallikten sapma gösterirler. BOYLE yasasına göre (P1/V), çok yüksek basınçlarda gaz hacmi sıfıra yaklaşır ancak gerçek gazlarda moleküllerin kendilerinin de bir hacmi vardır ve bu hacim bastırılamaz. Bu nedenle PV değeri ideal gaz için olandan büyüktür ve sıkıştırılabilirlik faktörü (PV/nRT) 1 den büyük olur. Gerçek gazlar yüksek T ve düşük P de idealliğe yaklaşırlar Gerçek gazlar düşük T ve yüksek P de ideallikten uzaklaşırlar.

22 Van der Waals Eşitliği; Gözlenen basınç ve hacmi ideal basınç ve hacme (KMT) benzetir P ideal V ideal nrt P gözlenen n a( V 2 2 ) V - nb nrt gözlenen a ve b van der Waals Sabitleridir

23 Gerçek Gazlar 2 an P nb V 2 Moleküller arası çekim kuvveti ile ilgili Bastırılamayan hacim (gaz moleküllerin hacmine bağlı) V - nrt Daha geniş T ve P aralığında kullanılabilir. Moleküllerin öz hacimlerine ve moleküller arası kuvvetlere bağlı düzeltme birimleri taşırlar.

24 a ve b sabitleri Soy gazlar a (L 2 atm.mol 2- ) b (L/mol) Diğer gazlar a (L 2 atm.mol 2- ) b (L/mol) He 0, ,02370 H 2 0, ,02661 Ne 0,2107 0,01709 O 2 1,360 0,03138 Ar 1,345 0,03219 N 2 1,390 0,03913 Kr 2,318 0,03978 CH 4 2,253 0,04278 Xe 4,194 0,05105 CO 2 3,592 0,04267 H 2 O 5,464 0,03049 Büyük a değerleri gaz molekülleri arasında güçlü bir etkileşim olduğunu, Büyük b değerleri gaz moleküllerinin boyutlarının büyük olduğunu ifade eder.

25 Gerçek Gazlar V gözlenen V ideal 1.0 İdeal gaz Basınç (atm) 350 atm basıncın altında 25 C de gazın hacmi gaz molekülleri arasındaki güçlü etkileşimlerden dolayı ideal gaz denkleminden hesaplanan hacimden küçüktür. 350 atm de bu güçlü etkileşimler gaz moleküllerinin kendi hacimlerinden kaynaklanan faktörle dengelenirler. 350 atm üzerinde ise gaz molekülerinin kendi hacimlerinin etkisi artar ve baskın olur.

26 Elektromanyetik Işıma Enerji, ısı transferi yanında ışık yada ışıma yoluyla da transfer olabilir (yanma tepkimeleri). Gözümüzle gördüğümüz,görülebilir ışık bir elektromanyetik ışımadır. Radyo dalgaları yada x-ray de farklı dalga boylarındaki elektromanyetik ışımalardır. Elektromanyetik ışımalar vakum altında ışık hızında hareket ederler. Dalga bir ortamda enerji taşıyan bir uyarıcıdır.

27 Elektromanyetik Spektrum =390 =760

28 oworlds/alstool/ems pec/emspec2.html

29 Dalga boyu ve Frekans Kısa dalgaboyu Dalga yüksekliği yüksek frekans Uzun dalgaboyu Dalga boyu, λ: Birbirini izleyen iki tepenin arasındaki uzaklık, genelde metre cinsinden ifade edilir. Frekans, ν: birim zamandaki dalga sayısı s 9 Hz düşük frekans Saniyedeki dalga sayısı Hertz (s -1 ) ile ifade edilir.

30 Işık için Elektromanyetik ışımanın belirgin özelliği vakumda 2,998*10 8 m/s lik sabit bir hızla yayılmasıdır IŞIK HIZI c kısaldıkça, E ve artar

31 Işık foton denilen parçacıklardan meydana gelir ve bu fotonların enerjisi: PLANCK DENKLEMİ E h h c h= 6,626 x10-34 j.s(planck sabiti)

32 Yayılan yada soğurulan enerji her zaman h nin katlarıdır. (h, 2h, 3h ) Dolayısıyla belirli enerji seviyeleri vardır ve enerji seviyelerinin enerjileri sabittir (kuantum= belirli miktar) (PLANCK) TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi

33 Fotoelektrik etki (EINSTEIN) Belirli metallerin yüzeyine ışık çarptığında metalden elektron boşalımı olur fotoelektrik olayı Elektron yayınlanması, ancak gelen ışığın frekansı belirli bir eşik değerin üzerine çıktığında gerçekleşir. Bunun sonucunda yayınlanan elektron sayısı gelen ışığın şiddetine bağlıdır. Ayrıca bu elektronların kinetik enerjisi ışığın frekansına bağlıdır. Enerjinin frekansa bağlı olması klasik dalga kuramı ile açıklanamadığından 1905 yılında Einstein ışımanın tanecik karakterine sahip olduğunu ve foton adı verilen bu ışık taneciklerinin Planck denklemi ile hesaplanabilecek bir enerjiye sahip olduğunu ileri sürmüştür.

34 Bir çok ışıma kaynağı (lambalar, yıldızlar) birçok dalga boyunda ışıma yaparlar.bu dalga boyları birbirinden ayrılabildiğinde spektrum meydana gelir. Bütün renklerin görüldüğü bu spektruma sürekli spektrum denir (gök kuşağı) Bütün ışıma kaynakları sürekli spektrum üretmez. Basıncı azaltılmış tüplere konulan farklı gazlar, yüksek voltaj uygulandığında farklı renklerdeki ışığı yayarlar. Bu yayılan farklı renkteki ışıklar bir prizmadan geçirildiğinde, sürekli spektrumdan farklı olarak birkaç dalga boyunda renkli çizgiler görünür. Bu renkli çizgilere çizgi spektrumu denir ve siyah alanlardan ayrılmıştır. Bu siyah alanlar sürekli spektrumdaki eksik renkleri temsil eder. Atom spektrumları arasında en geniş şekilde incelenen hidrojenin spektrumudur.

35 Hidrojen Atomu Hidrojen bir elektrona sahip olduğundan elektronik yapıyı anlamak üzere yapılan çalışmalarda önemli rol almıştır.

36 Dalgaboyu, (nm) Sodyum Çizgi Spektrumu

37 BALMER denklemi(balmer hidrojen için 4 farklı dalga boyunda çizgi spektrumu gözlemledi) (Rydberg tarafından düzenlenmiştir) , ) ( 1 m x R n n R H s i H Rydberg sabiti TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi

38 BOHR Atom Modeli Hidrojen atomunun merkez protonu vardır ve elektron çekirdeğin çevresinde dairesel yörüngede hareket eder. Elektron izin verilen sabit bir yörünge dizisinde bulunabilir ve buna durağan hal denir.klasik kuramın öngörüsünün aksine, bir e - belirli bir yörüngede ne kadar kalırsa kalsın, enerji yayınlamaz ve enerjisi sabit kalır. Elektron yalnızca izin verilen bir yörüngeden, izin verilen diğer yörüngeye geçebilir ve bu tür geçişte Planck eşitliği ile hesaplanabilen, belirli değere sahip bir enerji paketi (kuanta) alınır/verilir.

39 r n E E n n BOHR Atom Modeli Hidrojen atomunun merkez protonu vardır ve elektron çekirdeğin çevresinde dairesel yörüngede hareket eder. Protonun elektron üzerindeki çekim kuvveti ve elektronun dönmesinden meydana gelen dönme kuvveti arasında bir ilişki kurdu. Böylelikle, atomun enerjisini elektronun çembersel yörüngesinin yarıçapı cinsinden hesapladı n 2 a 0 ; a ,18x10 J n ; Elektronun enerjisi 0 0,53(53pm) 2 n; ana kuantum sayisi(pozitif n 1,2,3...) TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi Çekirdekten çok uzaktaki serbest bir e - çekirdeğe çekilerek bir n yörüngesine yerleştiğinde, elektronun enerjisi azalır.

40 BOHR Atom Modeli Proton ve elektronun tamamen birbirinden ayrıldığı noktaya sıfır enerji noktası denir. Bu noktaya ulaşmak için enerji soğurulmalıdır. Dolayısıyla elektronun enerjisi her bir seviyede (n=1,2,3 ) sıfırın altındadır. (negatif, bir önceki eşitlikteki işareti) Hidrojen elektronun en alt enerji seviyesine (n=1) temel seviye denir. Elektron yeterli miktarda enerji soğurunca uyarılmış seviyeye hareket eder. Hidrojen atomu için ilk uyarılmış seviye n=2, ikinci uyarılmış seviye ise n=3 tür. Uyarılmış elektron enerjisini foton olarak yayınlayınca bir önceki enerji seviyesine geri döner. (n=2 den n=1 e yada n=3 den n=2 ye). Bu durumda, oluşan fotonun enerjisi, iki seviye arasındaki enerji farkına eşittir.

41 Elektron izin verilen bir enerji seviyesinden başka bir enerji seviyesine atlarsa; TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi E E f E i E foton h hc ( 2,18x E ( 2,18x10 J )( ) 1,94x10 J c hc (6,63x10 J. s)(3,00x10 m / s) 18 E 1,94x10 J 1 J )( n 2 s 1 n 1,03x10 2 i 7 ) m - işareti bir yön gösterir ve yayılan enerjiyi ifade eder. Bundan dolayı, dalga boyu hesaplamalarında kullanılmaz

42 Elektronu çekirdekten tamamen uzaklaştırmak(n=1 n=) için gereken enerji miktarı; TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi E E E s E E ( 2,18x10 i 18 foton h 1 J )( hc ) ( 2,18x10 2,18x10 18 J 18 1 J )( n 2 s 1 n 2 i ) Eğer elektron 2, J luk bir enerji kazanırsa, n= yörüngesine geçer, yani hidrojen atomu iyonlaşır.

43 Elektronun çekirdekten tamamen uzaklaştırıldığı bu seviyeye referans yada sıfır enerji seviyesi denir. Bütün enerji seviyeleri bu sıfır enerji seviyesinden daha küçük enerjiye sahiptir TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi

44 Benzer bir şekilde spektrum çizgisinin dalga boyu da hesaplanabilir; hc J x R m x R n n R H H s i H , , ) ( 1 TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi

45 Bohr Modelindeki Enerji Seviyeleri

46 BOHR Modelinin Sınırlayıcıları Elektronlar çok hızlı olduğu için sadece klasik fizik değil, rölativite(görecelik kavramı) de göz önüne alınarak düşünülmeliydi. BOHR Atom Modeli, sadece tek elektronlu atomların (hidrojen) spektrumlarını açıklayabilir. Çok elektronlu atomların spektrumlarını açıklayamaz. Bohr Atom Modelinde dalga-tanecik ikiliği (De Broglie hipotezi) göz önüne alınmamıştır. Heisenberg belirsizlik ilkesine göre atomdaki elektronun yeri ve hızı kesin olarak ölçülemez. Bundan dolayı "yörünge" kavramı yanlıştır.

47 Dalga-Tanecik İkiliği Işımanın dalga davranışı De Broglie küçük tanecikler bazen dalgaya benzer özellikler gösterebilirler şeklinde bir düşünce ileri sürerek, elektronun hareketini bir dalga hareketi olarak tanımlar ve bu hareketin dalga boyunu ise; h mu Tanecik hızı Tanecik kütlesi momentum

48 Kütlesi ve hızı aşağıda belirtilen elektronun dalga boyu nedir? 28 m e 9,11x10 g 6 u e 5,97x10 m s h mu (9,11x10 6,63x J. s g)(5,97x10 6 m ) s 1kg m ( 1J 2 s g )( ) 1kg 0,122nm

49 HEİSENBERG in Belirsizlik İlkesi z x y Hareket eden bir cismin pozisyonunu hareket yönünü ve hızını bilebiliriz. Elektronlar için bu mümkün müdür?

50 HEİSENBERG in Belirsizlik İlkesi Elektronun momentumunu (mv) ve boşluktaki yerini aynı anda bilmemiz imkansızdır. Diğer bir deyişle, bu iki değer aynı anda büyük bir duyarlılıkla ölçülemez. x. mv h 4 Pozisyondaki belirsizlik Momentumundaki belirsizlik(hızdaki belirsizlikten kaynaklı)

51 Diyelim ki elektronun hızını %1 Hızdaki Belirsizlik: belirsizlikle biliyoruz; 6 m ( 5x10 ) x(0,01) s 5x10 Momentumundaki Belirsizliğin en önemli kaynağı hızdaki belirsizliktir: mv mv Dolayısıyla, pozisyondaki belirsizlik; 4 m s x h 4mv h 4mv 34 6,63x10 J. s 31 4 (9,1 x10 kg)(5x10 4 m/ s) 1x10 9 m Hidrojen atomunun çapı yaklaşık 2x10-10 m. Belirsizlik yaklaşık olarak bu çapın 5 katı. Dolayısıyla elektronun nerede olduğunu bilemiyoruz.

52 Dalga Mekaniği Elektron hareket etmeyen bir dalga olarak düşünülebilinir. Böyle bir dalga sistemi iki ucu sabit bir tel kullanarak elde edilir. Böylelikle her bir titreşim için bir dalga fonksiyonu yazılabilir.

53 Dalga Mekaniği 1 yarım dalga boyu 2 yarım dalga boyu; 1 tam dalga Bu noktaya düğüm noktası denir. Bu noktalarda dalga genliği sıfırdır. 3 yarım dalga boyu Tam dalga sayısı,yarım dalga boyu sayısının tam katları olmalıdır.

54 Dalga Mekaniği (a) ve (b) deki dalga modelleri, bir duran dalganın kabul edilebilir gösterimidir. Dalga çekirdeği dalga boyunun tam sayılık katı ile çevreler; peşpeşe gelen dalgalar birbirini iter. (c) deki model kabul edilemez bir gösterim şeklidir. Çekirdeğin çevresindeki yol nun tam sayılık katı değildir ve dalganın bir parçasındaki tepe, diğer parçasındaki çanağın üzerine biner ve dalga söner. TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi

55 Schrödinger Eşitliği : Dalga fonksiyonu elektronun 3 boyutlu yerini tanımlar, (herbirine orbital denir) E: Matematiksel operatör, dalga fonksiyonuna düşen toplam enerjiyi üretir

56 Kuantum Sayıları 1. Ana kuantum sayısı,n: Ana enerji seviyesini belirler. n arttıkça: (n:1,2,3, ) Orbitalin büyüklüğü artar. Enerji artar. Elektronun çekirdekten ortalama uzaklığı artar. 2. İkinci kuantum sayısı, Açısal momentum kuantum sayısı,l: Elektronun bulunduğu bölgenin şeklini belirler (alt kabuk). l=0,1,2,3,.,n-1 s,p,d,f l=0 s orbitali l=2 d orbitali l=1 p orbitali l=3 f orbitali

57 Kuantum Sayıları 3. Üçüncü Kuantum Sayısı,Manyetik Kuantum Sayısı, m l : Belirli bir orbitali tanımlar. m l =-l,,0, l l=1 p orbitali m l =-1,0,1 4. Dördüncü kuantum Sayısı,Dönme Kuantum Sayısı, m s : Elektronun dönmesini ve dönme sayesinde üretilen manyetik alanın yönünü belirler. m s = ±1/2

58 2 nd Quantum Number s orbitals: 1: s spherical l value of 0 1 st occur at n=1

59 2 nd Quantum Number p orbitals: 3 2p x, 2p y, 2p z dumbbellshaped l value of 1 1 st occur at n=2 for n>2, shape is same but size increases

60 2 nd Quantum Number d orbitals: 5: 3d xz, 3d yz, 3d xy, 3d x2-y2, d z2 mostly cloverleaf l value of 2 1 st occur at n=3 for n>3, same shape but larger size

61 2 nd Quantum Number f orbitals: 7 types various shapes l value of 3 begin in n=4

62 3 rd Quantum Number Magnetic Quantum Number: m l indicates the orientation of an orbital around the nucleus has values from +l -l specifies the exact orbital that the electron is contained in each orbital holds maximum of 2 electrons total number of orbitals is equal to n 2 for an energy level number of possible m l values for a certain subshell is equal to 2l + 1

63 4 th Quantum Number Spin Quantum Number: m s indicates the spin state of the electron only 2 possible directions only 2 possible values: +½ and -½ paired electrons must have opposite spins maximum number of electrons in an energy level is 2n 2

64 Orbitaller 7 s p 6 s p d n 5 s p d f 4 s p d f 3 s p d 2 s p 1 s

65 Dört kuantum sayısı arasındaki ilişki: Bir atomda aynı dört kuantum sayısına sahip iki elektron yoktur! (PAULİ İlkesi) n (ana kuantum sayısı) l (ikinci kuantum sayısı) m l (üçüncü kuantum sayısı) m s (dördüncü kuantum sayısı) 1 0 (1s) 0 ± 1/2 2 0 (2s) 1 (2p) 0-1,0,1 ± 1/2 ± ½ her bir m l için 0 (3s) 0 ± 1/2 3 1 (3p) -1,0,1 ± ½ her bir m l için 2 (3d) -2,-1,0,1,2 ± ½ her bir m l için 0 (4s) 0 ± 1/2 4 1 (4p) -1,0,1 ± ½ her bir m l için 2 (4d) -2,-1,0,1,2 ± ½ her bir m l için 3 (4f) -3,-2,-1,0,1,2,3 ± ½ her bir m l için

66 Elektron dağılımları, AUFBAU İlkesi İlk önce daha alt enerji seviyesindeki orbitallere elektronlar yerleştirilir; temel-hal elektron dağılımı (en az enerjili dağılım). Bazı orbitaller aynı enerji seviyesindedirler (3 tane p orbitali, 5 tane d orbitali). Böyle orbitallere eş enerjili orbitaller denir. Bir orbitalde en fazla iki elektron bulunabilir (Pauli ilkesinin bir başka şekilde söylenmesi) ve bu elektronlar zıt spinlere sahip olmalıdır. Elektronlar eşenerjili orbitallere öncellikle birer birer yerleşirler.(hund ilkesi).

67 Elektron Dağılımı 5B : 1s 2 2s 2 2p 1 8O : 1s 2 2s 2 2p 4 10Ne : 1s 2 2s 2 2p 6

68 Periyodik Çizelgeye Giriş

69 Grup1 ve Grup 2 elementlerinin elektron dağılımları Grup 1 Grup 2 3Li [He]2s 1 4Be [He]2s 2 11Na [Ne]3s 1 12Mg [Ne]3s 2 19K [Ar]4s 1 20Ca [Ar]4s 2 37Rb [Kr]5s 1 38Sr [Kr]5s 2 55Cs [Xe]6s 1 56Ba [Xe]6s 2

70 1s 1s 2s 2s 2p 2p 2p 2p 2p 2p 3s 3s 3p 3p 3p 3p 3p 3p 4s 4s 3d 3d 3d 3d 3d 3d 3d 3d 3d 3d 4p 4p 4p 4p 4p 4p 5s 5s 4d 4d 4d 4d 4d 4d 4d 4d 4d 4d 5p 5p 5p 5p 5p 5p 6s 6s 5d 5d 5d 5d 5d 5d 5d 5d 5d 5d 6p 6p 6p 6p 6p 6p 7s 7s 6d 6d 6d 6d 6d 6d 6d 6d 6d 6d 4f 4f 4f 4f 4f 4f 4f 4f 4f 4f 4f 4f 4f 4f 5f 5f 5f 5f 5f 5f 5f 5f 5f 5f 5f 5f 5f 5f

71 Elektron Dağılımı B 1s 2 2s 2 2p 1 C 1s 2 2s 2 2p 2 N 1s 2 2s 2 2p 3 O 1s 2 2s 2 2p 4 F 1s 2 2s 2 2p 5 Ne 1s 2 2s 2 2p 6

72 Periyodik Tablo Boyunca Atom Özellikleri Metaller, soygazların elektron dağılımlarına ulaşmak için elektron kaybetme eğilimindedirler. Ametaller, soygazların elektron dağılımlarına ulaşmak için elektron alma eğilimindedirler. TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi A.N

73 Atomların Boyutları Atomlar bilardo topuna benzemezler. Orbitallerin çok kesin sınırları yoktur. O zaman atomların çaplarını nasıl belirleriz?

74 Atomların Boyutları Atomların YARIçapları iki atomun (aynı atom) merkezleri arasındaki uzaklığın yarısıdır. C C Cl Cl =154 pm/2=77pm 154 pm 200 pm =200 pm/2=100 pm C Cl 100pm+77pm=177pm (tahmin edilen) 176 pm TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi ölçülen

75 Etkili Çekirdek Yükü Perdeleme etkisi(shielding effect): - Perdeleme etkisi, elektronlar ile atom çekirdeği (proton) arasındaki etkileşmenin azalmasını ifade eder. - Farklı orbitallerde bulunan elektronların(iç kabuklardaki) birbirleri üzerinde yarattıkları itme kuvveti, çekirdeğin çekme kuvvetini engellemesinden dolayı elektronlar (genelde en dış kabuktaki) ve çekirdek arasındaki çekim azalır. Perdeleme Z et Z S Etkin Ç.Y Gerçek Ç.Y Perdeleme TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi

76 Artar TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi Atomların Boyutları Ana kuantum sayısı değişmez. Elektronlar çekirdeğe aynı mesafededir.** Ana kuantum sayısı artıkça Çekirdeğe eklenen elektronların çekirdeğe olan mesafesi artar. Çap artar Artar Atom Çapı **Etkili çekirdek yükü: n=1 ve n=2 deki toplam 10 elektron dış kabuktaki elektronları engellerler. Aynı ana kuantum sayısındaki elektronlar birbirlerini çok az engellerler. Soldan sağa gittikçe, çekirdeğe proton ve en dıştaki kabuğa elektronlar eklenir ve eklenen e - perdeleme etkisi, eklenen protonun çekme kuvvetine göre daha az etkili olur, böylece Z et artar. Bunun sonucunda atom çapı küçülür

77 Artar Artar İyonlaşma Enerjisi Gaz fazındaki atomdan bir elektron almak için gerekli enerji miktarına denir. (+ değerlidir) Artar İlk iyonlaşma Enerjisi M(g) M + + 1e - ΔE=iyonlaşma enerjisi Atom Çapı ve iyonlaşma enerjisi ters orantılıdır. Artar Atom Çapı

78 Artar EA1&2 Elektron İlgisi Gaz fazındaki atoma bir elektron eklenmesinden meydana gelen enerji değişimine denir. İyonlaşma enerjileri her zaman pozitiftir. Çünkü elektron koparmak için enerji gereklidir. Nötr bir atoma elektron eklendiğinde genelde dışarıya enerji verilir. Bu sebeple elektron ilgileri genelde negatiftir. A(g) + e - A - (g) ΔE=elektron ilgisi Artar Grup 2A ve 5A Bu düzene uymaz

79 Halogens (group 7A, F to At) Most negative EA values, addition of an e - leads to noble gas configuration, very favorable. Group 5A (N to Bi) ½ filled shell discourages addition of an electron, EA values less negative than neighbors (groups 4A & 6A). Alkaline Earths (group 2A, Be to Ba) Filled s subshell discourages addition of an electron, EA values nearly zero. Noble Gases (Group 8A, He to Rn) Completely filled shell strongly discourages addition of an electron, EA values are positive. 3 rd period more negative than 2 nd period atoms are larger, more space for the electrons, repulsion between electrons less, more favorable TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi

80 İyon Boyutları Bir metal atomu pozitif bir iyon (katyon) oluşturmak için elektron kaybettiğinde, çekirdek mevcut elektronları daha kuvvetli çeker ve bunun sonucu olarak, katyonlar kendilerini oluşturan atomlardan daha küçüktürler. Bir ametal negatif bir iyon(anyon) oluşturmak üzere elektron aldığında, Ç.Y. sabit kalırken fazla e - nedeniyle Z et değeri azalır, elektronlar sıkı tutunamazlar ve daha çok dağılırlar. Böylece kendilerini oluşturan atomlardan daha büyük hale gelirler.