Kuantum Teorisi ve Atomların Elektronik Yapısı

... konulu sunumlar: "Kuantum Teorisi ve Atomların Elektronik Yapısı"— Sunum transkripti:

1 Kuantum Teorisi ve Atomların Elektronik Yapısı
Kaynak: Fen ve Mühendislik Bilimleri için KİMYA Raymond CHANG

2 Dalganın Özellikleri Dalgaboyu (l) bir dalganın ardışık iki eş noktası arasındaki mesafedir. Genlik dalganın tepe noktasının dalganın orta noktasına olan dikey mesafesidir. Frekans (n) sabit bir noktadan 1 sn de geçen dalga sayısıdır. (Hz = 1 çevrim/s). Dalganın Hızı (u) = l x n

3 Işığın (vakumdaki) hızı (c) = 3.00 x 108 m/s
Maxwell (1873), görünür ışığın elektromagnetik dalgalardan oluştuğunu ileri sürmüştür. Elektromagnetik radyasyon enerjinin elektromegnetik dalgalar halinde taşınımıdır. Işığın (vakumdaki) hızı (c) = 3.00 x 108 m/s Tüm elektromagnetik radyasyon için l x n = c

4

5 Enerji (ışın) kesikli birimler halinde (kuantum)
yayılır veya absorplanır. E = h x n Planck sabiti (h) h = 6.63 x J•s

6 kuantum sayıları (n, l, ml, ms) n Baş Kuantum Sayısı
KUANTUM SAYILARI Kuantum sayıları H atomu için Schrodinger Dalga Denkleminin çözümü sonucu ortaya çıkmıştır. Diğer çok elektronlu atomlar için kuantum mekaniği ile çözülmüştür. Orbitaller dolayısı ile elektronlar hakkında bilgi verir.Toplam 4 tanedir. kuantum sayıları (n, l, ml, ms) n Baş Kuantum Sayısı l Açısal momentum (yan kuantum sayısı) ml Magnetik kuantum sayısı ms Elektron spin kuantum sayısı

7 1-BAŞ KUANTUM SAYISI n n = 1, 2, 3, 4, ….7 olabilir.
Elektron bulutunun yani orbitallerin boyutunu verir. n = 1, 2, 3, 4, ….7 olabilir. Bu sayılar peryodik cetveldeki peryotları ifade eder. (1.peryot,2.peryot,3.peryot gibi) n ne kadar büyük olursa orbitalde e nun çekirdeğe uzaklığı o kadar büyük olur ve orbital de o derece büyük ve kararsız olur. Sayıların yanı sıra harflerde kullanılır. K L M N O P

8 e- un çekirdeğe olan uzaklığını ifade eder.

9 e- yoğunluğunun % 90 ı 1s orbital

10 e- nun kapladığı “hacmin” şeklini gösterir
KUANTUM SAYILARI: (n, l, ml, ms) 2- AÇISAL MOMENTUM KUANTUM SAYISI l Verilen bir n değeri için , l = 0, 1, 2, 3, … n-1 l nin alabileceği değerler n ye bağlıdır. l= n-1 tane olabilir. l = s orbital l = p orbital (hem s hem p orb içerir) l = d orbital l = f orbital n = 1, l = 0 n = 2, l = 0 veya 1 n = 3, l = 0, 1, veya 2 e- nun kapladığı “hacmin” şeklini gösterir

11 Örn= n=1 ise l= 1-1=0 olur s orb
n=2 ise l= 2-1=1 olur p orb p orbt. 2 alt kabuktan oluşur.yani 0,1 olabilir.( hem s hem p orbt. İçerir) Harflerle ifadesi l Orb ismi s p d f g h Aynı n değerine sahip orbitallere kabuk denir( örn 2s ve 2p) Aynı n ve l değerine sahip bir veya daha fazla orbital ise alt kabuk(tabaka) olarak ifade edilir. Örn n=2 ise l= 0,1 olabilir ( 2s ve 2 p yi ifade eder ve kabuktur) 2p ise 3 tane alt kabuktan oluşur. 2p __ __ __ 2px 2py 2pz

12 l = 0 (s orbitalleri) l = 1 (p orbitalleri)

13 l = 2 (d orbitalleri)

14 kuantum sayıları: (n, l, ml, ms)
3- MANYETİK KUANTUM SAYISI ml l nin verilen bir değeri için ml = -l, …., 0, …. +l ml = 2l+1 Ml aynı zamanda alt tabaka orbitallerinin de sayısını verir. Her alt tabak bir veya daha fazla orbitalden oluşmuştur. Eğer l = 1 (p orbital) ise , ml = -1, 0,1 Eğer l = 2 (d orbital), ml = -2, -1, 0, 1, 2 Orbitallerin uzaydaki yönelimi

15 l= =1 ise ml = -1, 0, 1 Uzaydaki 3 farklı yönelim

16 l= 2 ise ml = -2, -1, 0, 1, 2 Uzaydaki 5 farklı yönelim

17 4- SPİN KUANTUM SAYISI ms
(n, l, ml, ms) ms = +½ veya -½ ms = +½ ms = -½

18

19 Schrodinger Dalga Denklemi
Kuantum sayıları: (n, l, ml, ms) Yörünge – elektronlar aynı n değerini alır. Alt yörünge – aynı n ve l değerini alan elektronlar bulunur. Orbital – elektronlar aynı n, l, ve ml değerlerini, alır. Bir orbital kaç elektron barındırır ? Eğer n, l, ve ml aynı ise o zaman ms = ½ or - ½ y = (n, l, ml, ½) veya y = (n, l, ml, -½) Bir orbital 2 elektron bulundurur.

20 kuantum sayıları: (n, l, ml, ms)
Atomdaki elektronun bulunabileceği enerji seviyeleri onun kendisine özgü Dalga fonksiyonu (Ψ) ile tanımlanır Pauli dışarlama prensibi – bir atomdaki iki elektron aynı dört kuantum sayısını alamaz Wolfgang Ernst Pauli

21 n=2 de kaç tane p orbitali vardır ?
Eğer l = 1, ise ml = -1, 0, +1 2p 3 orbital l = 1 3d alt kabuğunda kaç orbital bulunur? n=3 Eğer l = 2, ise ml = -2, -1, 0, +1, +2 3d 5 adet d orbitai ve toplam 10 e- bulunur. l = 2

22 Elektronların bir alt kabuktaki en kararlı dağılımı en fazla paralel spinin olduğu haldir (Hund Kuralı). Örn 4d alt kabuğundaki n, l ve ml yi bulun n=4 d orbitali olduğu için l=2 dir. ml= -l….0….+l tane değer alabilir ml= 2l+1 ml=2(2)+1=5 Örn 3p alt kabuğundaki n, l ve ml yi bulun n=3 p orbitali olduğu için l=1 dir. ml= -l….0….+l tane değer alabilir ml= 2l+1 ml=2(1)+1=3

23 Örn baş kuantum sayısı 3 ile belirlenen toplam
orbital sayısı kaçtır. n=3 l= n-1=2 yani 0,1,2 olabilir l=0 ise ml= 2l+1=1 l= 1 ise ml= 2l+1=3 l= 2 ise ml= 2l+1=5 9 Orbital sayısı = n2=32=9 e sayısı 9x2=18

24 Elektronlar orbitalleri en düşük enejili olandan
başlayarak doldururlar. (Aufbau Prensibi) ? ? Li 3 electrons Li 1s22s1 H 1s1 H 1 electron

25 Çok elektronlu bir atomda orbitallerin doldurulması

26 4 kuantum sayısı (n,l,ml,ms) bir atomdaki bütün eları
tanımlamaya yetmektedir.yani adreslenebilir. Örn : 2s orbitalinde bulunan 1 e nun alabileceği tüm kuantum sayılarını (n,l,ml,ms) ile gösteriniz 2s n=2 l= 0 (s orb) ml=0 ( 1 tane) ms= +1/2, -1/2 (2,0,0,+1/2) (2,0,0,-1/2)

27 Örn : 3p orbitalinde bulunan 1 e nun alabileceği tüm kuantum
sayılarını (n,l,ml,ms) ile gösteriniz 3p n=3 l= 1 (p orb) ml= 2l+1=3 ( -1,0,+1) ms= +1/2, -1/2 (3,1,-1,+1/2) (3,1,-1,-1/2) (3,1, 0,+1/2) (3,1, 0,-1/2) (3,1,+1,+1/2) (3,1,+1,-1/2)

28 Alt kabuk yada orbitaldeki
Elektron konfigurasyonu elektronların değişik orbitallere nasıl dağıldığını gösterir. Alt kabuk yada orbitaldeki elekronların sayısı 1s1 Baş kuantum sayısı, n açısal momentum kuantum sayısı l Orbital diagramı 1s1 H

29

30

31

32

33

34

35

36

37 36 18

38 ???

39 ???

40 50 36

41 Z=21-29 arası (Sc-Cu) elementler geçiş elementleridir.
Bunlarda ya dolmamış d orbitalleri ya da çabucak iyonlaşıp dolmamış d orb. oluştururlar. Geçiş elementlerinin e dizilişlerinde Hund kuralına göre önce 4s sonra 3 d ye elektron yerleşir. e boşalırken de aynen önce 4s sonra 3 d boşalır. Fakat 2 istisna vardır:

42 24Cr 18 [Ar]4s2 3d4 beklenirken oysaki
29Cu 18 [Ar]4s2 3d9 beklenirken oysaki 18 [Ar]4s2 3d10 Bunun nedeni yarı dolu veya tam dolu d orb. Daha kararlı olmasıdır. Soru: 26Fe3+ mag.öz. Nedir. 26Fe 18[Ar]4s2 3d6 Fe [Ar] d5 paramagnetik

43 Soru: 25Mn2+ mag.öz. Nedir. 25Mn 18 [Ar]4s2 3d5 Mn [Ar] d5 paramagnetik Soru: 30Zn2+ mag.öz. Nedir. 30Zn 18 [Ar]4s2 3d10 Zn [Ar] d10 diamagnetik

44 Mg un elektron konfigürasyonu nedir ?
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s 1s22s22p63s2 = 12 electron Kısaca [Ne]3s2 [Ne] 1s22s22p6 Cl un en dış elektronunun muhtemel 4 kuantum sayısını yazınız. 17 Cl 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s 1s22s22p63s23p5 = 17 elektron En dış (son) elektron 3p orbitalinde bulunur. n = 3 l = 1 ml = -1, 0, or +1 ms = ½ or -½

45 Periyodik cetvelde elementlerin, elektronler tarafından
doldurulan kabuklarına göre sınflandırılması

46

47 Paramagnetik Diamagnetik çiftleşmemiş elektronlar Tüm elektronlar çift 2p 2p

48