Bölüm 8: Atomun Elektron Yapısı

Transkript

1 Bölüm 8: Atomun Elektron Yapısı

2 1. Elektromanyetik Işıma: Elektrik ve manyetik alanın dalgalar şeklinde taşınmasıdır. Her dalganın frekansı ve dalga boyu vardır. Dalga boyu (ʎ) : İki dalga tepeciği arasındaki mesafe. (m, nm, Ǻ) Frekans (ʋ) : Birim zamanda geçen tepecik sayısı. (s -1 = Hertz) Elektromanyetik dalga vakumda 3x10 8 m hızla hareket eder buna ışık hızı (c) denir. c= ʋ x ʎ c: 3x10 8 ms -1 3x10 10 cms -1 1 Angstrom (Ǻ) : 1x10-10 m

3

4 Bir sodyum buharı lambasından yayılan ışığın bir bölümü 589 nm dalgaboyuna sahiptir. Bu ışığın frekansı nedir

5

6 2. Atom Spektrumları: Her element, bir çeşit parmak izi olarak tanımlanabilecek, kendine özgü spektrum çizgilerine sahiptir. Atom spektrumu en çok incelenen hidrojen atomu olmuştur.

7

8

9 3. Kuantum Kuramı: Isınan cisimlerin farklı renkte ışık yayması üzerine Planck, ısıtılan cisimlerin yüzeyindeki bir grup atomun titreşim yaptığını ileri sürmüştür. Titreşim yapan atomların bir enerjisi olmalıdır. Planck enerjinin de madde özelliği taşıdığını ve enerjinin farklı düzeyde paketler şeklinde bulunduğunu ileri sürmüş. İki enerji seviyesi arasındaki fark enerji kuantumu olarak adlandırılmıştır. E = hʋ = hc/ʎ (Planck eşitliği) h (planck sabiti): x js Einstein elektromanyetik ışımanın tanecik karakteri gösterdiğini ileri sürmüş, Lewis ise bu tanecik demetlerini foton olarak adlandırmış ve foton enerjisini Planck eşitliğinden hesaplamıştır.

10 O 2 nin foto ayrışmasını sağlayacak en uzun dalga boylu ışımanın dalga boyu nm dir. Bu ışığın; a) bir fotonunun b)bir mol fotonunun enerjisi nedir?

11 4. Bohr Atom Modeli: 1. Elektron çekirdek çevresinde dairesel yörüngelerde hareket eder. 2. Elektronun bulunabildiği belirli bir yörünge dizisi vardır ve bu yörünge dizisi açısal momentum özelliği ile verilir. Açısal momentum = nh/2π (n: kuantum sayıları) n=1 (1. yörünge için) n=2 (2. yörünge için). 3. Elektron izin verilen bir yörüngeden, ancak izin verilen başka bir yörüngeye geçebilir.

12 İzin verilen yörünge yarıçapları aşağıdaki formülle bulunur. r n = n 2 a 0 n= 1, 2, 3... ve a 0 = 0.53x10-10 m (0.53 Ǻ) (bohr yarıçapı) Elektronun bulunduğu yörüngedeki enerjisi; R H : 2.179x10-18 J n= 1 en düşük enerji seviyesi (temel hal). n= 2, 3, (uyarılmış hal)

13 Atom uyarıldığında e, şekilde siyah oklar ile gösterilen daha yüksek enerjili yörüngelere çıkar Elektron birbirinden bağımsız yörüngelerden birinde bulunur e tekrar daha düşük enerjili yörüngeye dönerken ışık yayınlar:

14 Elektron düşük enerjili alt yörüngeden yüksek enerjili üst yörüngeye çıkarken enerji kazanır ( E +). Elektron yüksek enerili üst yörüngeden düşük enerjili alt yörüngeye inerken enerji yayar ( E ). n i : ilk yörünge n s : son yörünge

15 H1 Hidrojen atomunda E n =-1.00 x J değerinde bir enerji düzeyinin bulunma olasılığı var mıdır? n için bulunan bu değer bir tam sayı olmadığından; bu enerji düzeyi hidrojen atomu için izin verilen bir enerji düzeyi değildir

16 Slayt 15 H1 HAKKI;

17 Hidrojen atomu için E n = 2.69 x J değerinde bir enerji düzeyi var mıdır?

18 H2 Hidrojenin Balmer serisinde n=5 den n=2 ye geçiş sırasındaki spektrum çizgisinin dalgaboyunu hesaplayınız

19 Slayt 17 H2 HAKKI;

20 5. Dalga Tanecik İkiliği ve Belirsizlik İlkesi: Louis de Broglie, Einstein ve Planck enerji bağıntılarını birleştirdi ve Einstein ın ışığın tanecikli yapıda olduğu hipotezine ek olarak bu taneciklerin dalga hareketi yapacağını ifade etti. kararlı (n=5) kararsız u hızındaki m kütleli bir taneciğin momentumu; (de broglie bağıntısı) Heisenberg Belirsizlik İlkesi: Bir taneciğin aynı anda konumu ve momentumu hassas olarak ölçülemez.

21 Işık hızının onda biri kadar hızla hareket eden elektronlara eşlik eden dalganın dalga boyu nedir? (e kütlesi=9.109 x kg)

22 6. Dalga Mekaniği ve Kutudaki Taneciğin Hareketi: Kapalı bir kutu içinde tek yönde hareket eden taneciğin kinetik enerjisi; n: 1, 2, 3 L: kutunun kenar uzunluğu.

23 1.00 x 10 2 pm uzunluğundaki tek boyutlu bir kutunun içindeki bir elektronun temel hal be birinci uyarılmış hali arasındaki enerji farkı ne kadardır? Elektronu temel halden birinci uyarılmış hale uyaran fotonun dalga boyunu hesaplayınız. e kütlesi = x kg, h=6.626 x Js, 1pm=10-12 m) N seviyesindeki e nun enerjisi Temel halin enerjisi Enerji farkı Birinci uyarılmış halin enerjisi

24 7. Kuantum Sayıları ve Elektron Orbitalleri a) Baş kuantum sayısı (n): Elektronun bulunabileceği ana yörüngeyi belirler. En düşük enerji seviyesi n=1 dir. n = 1, 2, 3, 4. b) Açısal momentum kuantum sayısı (l): Orbitalin şeklini belirler ve n -1 den büyük olamazlar. l = 0, 1, 2, 3, 4 n-1 s p d f g (alt kabuklar) c) Manyetik kuantum sayısı (m l ): m = manyetik kuantum sayısı, -l den +l ye kadar tam sayılar olabilir, yönelmeleri belirler. m l = -l, -1, 0, 1,..+l c) Elektron spin kuantum sayısı (m s ): Elektron yönü için m s =+1/2, elektron yönü için m s = 1/2.

25 n=1 n=2 n=3 Ana enerji seviyesi l = 0 (0, 1-1) l = 0, 1 (0, 2-1) l = 0, 1, 2 (0, 3-1,3-2) 1s 2s 2p 3s 3p 3d alt enerji seviyesi 0 dan başlayarak n-1 e kadar devam eder m l = 0 (- l..0.. l ) m l = -1, 0, 1 m l = -2, -1, 0, 1, 2 Alt enerji seviyesindeki konumu -l den +l ye kadar tam sayılar olabilir Her bir alt kabuk (2 l +1) tane orbital bulundurur. l = 0 için s orbitali l =1 için p orbitali l =2 için d orbitali 2 l +1= 2x0 +1 = 1 2 l +1= 2x1 +1 = 3 2 l +1= 2x2 +1= 5 s p d

26

27 Bir orbitalin kuantum sayıları n=2, l =2 ve m l =2 olabilirmi? l 0 dan başlayarak n-1 e kadar devam eder l = 0, 1 m l -l den +l ye kadar tam sayılar olabilir m l = -1, 0, 1 Bir orbital n=3, l =0 ve m l =0 kuantum sayılarına sahip olabilir mi?

28 n=4, l =2 ve m l = 0 kuantum sayılarına karşılık gelen orbital hangisidir Manyetik kuantım sayısı m l orbital gösteriminde yer almaz l 0 dan başlayarak n-1 e kadar devam eder m l -l den +l ye kadar tam sayılar olabilir n=3, l =1 ve m l = 1 kuantum sayılarına karşılık gelen orbital hangisidir

29 Orbital enerjileri: Baş kuantum sayısı n e göre değişir. Aynı kabuktaki orbitallerin enerjileri eşittir. E 2s = E 2p E 3s = E 3p =E 3d Aynı kabuktaki orbitallerin enerjileri eşittir.

30 8. Hidrojen Atomu Orbitallerinin Gösterimi ve Yorumu: Orbital: Bir elektronun çekirdeğin çevresinde bulunma olasılığının en çok olduğu hacme denir.

31 s ve p Orbitalleri:

32

33 d orbitalleri

34 Spin kuantum sayıları ve şekli

35 11. Elektron Dağılımları: Baş ve alt kabuklarda elektronların orbitallere nasıl yerleştiğini gösterir. a) Elektronlar orbitallere atomun enerjisini en aza indirecek şekilde aşağıdaki sırayla yerleşir. 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f. b) Bir orbitalde en fazla spinleri zıt yönlü 2 elektron bulunabilir.

36 c) Elektronlar orbitallere önce birer birer yerleşir daha sonra ikinci elektron yerleşir. Bir atom olabildiğince çok eşleşmemiş elektron bulundurmak ister (Hund Kuralı). Elektron dağılımlarının gösterimi: s orbitali en fazla 2 elektron bulundurur. p orbitali enfazla 6 elektron bulundurur. d orbitali enfazla 10 elektron bulundurur. f orbitali enfazla 14 elektron bulundurur. 11Na: 27Co: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 7

37 Aufbau işlemi: İnşa etme anlamına da gelen bu yöntem atom numarası arttıkça elektronların hangi yörüngeye yerleşeceğini belirler. 1s 1 1H: 2He: 3Li: 4Be: 5B: 6C: 7N: 8O: 9F: 10Ne: 1s 2 1s 2 2s 1 1s 2 2s 2 1s 2 2s 2 2p 1 1s 2 2s 2 2p 2 1s 2 2s 2 2p 3 1s 2 2s 2 2p 4 1s 2 2s 2 2p 5 1s 2 2s 2 2p 6 N dan Ne a kadar 4 elementlik dizide 2p orbitallerinin dolması tamamlanır. N da eşlenşmemiş elektron 3 iken Ne da 0 olur.

38 10Ne: 1s 2 2s 2 2p 6 11Na: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 : [Ne] 3s 1 12Mg: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 : [Ne] 3s 2 13Al: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 : [Ne] 3s 2 3p 1 14Si: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 : [Ne] 3s 2 3p 2 15P: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 : [Ne] 3s 2 3p 3 16S: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 : [Ne] 3s 2 3p 4 Na dan Ar a kadar olan bu dizide yer alan 8 elementin yazımı s obitaline 1 e yerleşmesi ile başlar ve p orbitalinin tam dolması ile son bulur 17Cl: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 : [Ne] 3s 2 3p 5 18Ar: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 : [Ne] 3s 2 3p 6 19K: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 : [Ar] 4s 1 20Ca: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 : [Ar] 4s 2 Bir sonraki seri 4. kabuğa ilek elektonun yerleşmesi ile başlar ve p orbitalinin dolmasıyla son bulur

39 36Kr: [Ar] 3d 10 4s 2 4p 6 37Rb: [Kr] 5s 1 38Sr: [Kr] 5s Xe: [Kr] 5s 2 4d 10 5p 6.. [Xe]..

40 Aşağıda verilen orbital diyagramlarının hangileri doğrudur? Nötr bir atomun uyarılmış ve temel haldeki durumları için hangi diyagramlar doğrudur?

41

42 Aşağıdaki elektron dağılımına sahip element nedir? Arseniğin elektron dağılımını yazınız Z=33 18Ar: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6

43 Sn kalayın elektron dağolımına ait orbital diyagramını gösteriniz. Sn:50 10Ne: 1s 2 2s 2 2p 6 18Ar: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 : [Ne] 3s 2 3p 6 36Kr: [Ar] 3d 10 4s 2 4p 6