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

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

Işığın (vakumdaki) hızı (c) = 3.00 x 108 m/s Maxwell (1873), görünür ışığın elektromagnetik dalgalardan oluştuğunu ileri sürmüştür. Elektromagnetik radyasyon enerjinin elektromagnetik dalgalar halinde taşınımıdır. Işığın (vakumdaki) hızı (c) = 3.00 x 108 m/s Tüm elektromagnetik radyasyon için l x n = c 1nm=1x10-9 m

l x n = c l = c/n l = 3.00 x 108 m/s / 6.0 x 104 Hz l = 5.0 x 103 m Bir fotonun frekansı 6.0 x 104 Hz dir. Dalgaboyunu (λ) kaç nm dir. Bu frekans görünür bölgede midir ? l x n = c l = c/n l = 3.00 x 108 m/s / 6.0 x 104 Hz l = 5.0 x 103 m l = 5.0 x 1012 nm

Enerji (ışın) kesikli birimler halinde (kuantum) Gizem #1, “Isıtılan Katılar Problemi” Planck tarafından 1900 de çözüldü Katılar ısıtıldığında geniş bir dalgaboyu aralığında elektromagnetik radyasyon yayar. Belirli bir sıcaklıktaki bir cisimden yayılan radyant enerji dalgaboyuna bağlıdır. Enerji (ışın) kesikli birimler halinde (kuantum) yayılır veya absorplanır. E = h x n Planck sabiti (h) h = 6.63 x 10-34 J•s

E = 6.63 x 10-34 (J•s) x 3.00 x 10 8 (m/s) / 0.154 x 10-9 (m) Bakır yüksek enerjili elektronlar ile bombardıman edildiğinde X ışınları yayılır. X ışınlarının dalgaboyu 0,154 nm ise enerjiyi joule cinsinden hesaplayınız. E = h x n E = h x c / l E = 6.63 x 10-34 (J•s) x 3.00 x 10 8 (m/s) / 0.154 x 10-9 (m) E = 1.29 x 10 -15 J

Schrodinger Dalga Denklemi 1926 da Schrodinger elektronun hem dalga hem parçacık karakterini tanımlayan bir denklem geliştirdi. Dalga Fonksiyonu (y) : . Y ile elektronun enerjisi ve 2. e- nun uzayda nerede olabileceğinin olasılığını verilir. Schrodinger denklemi yalnızca hidrojen atomu için tam olarak çözülebilir. Çok elektronlu sistemlerde ise en olası çözümü verir.

Schrodinger Dalga Denklemi y kuantum sayıları denen 4 sayının bir fonksiyonudur. kuantum sayıları (n, l, ml, ms) Baş kuantum sayısı n n = 1, 2, 3, 4, …. e- un çekirdeğe olan uzaklığını ifade eder. n=1 n=2 n=3

e- yoğunluğunun % 90 ı 1s orbital

Schrodinger Dalga Denklemi kuantum sayıları: (n, l, ml, ms) açısal momentum kuantum sayısı l Verilen bir n değeri için , l = 0, 1, 2, 3, … n-1 n = 1, l = 0 n = 2, l = 0 veya 1 n = 3, l = 0, 1, veya 2 l = 0 s orbital l = 1 p orbital l = 2 d orbital l = 3 f orbital e- nun kapladığı “hacmin” şeklini gösterir

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

l = 2 (d orbitalleri)

Schrodinger Dalga Denklemi kuantum sayıları: (n, l, ml, ms) Manyetik kuantum sayısı ml l nin verilen bir değeri için ml = -l, …., 0, …. +l Eğer l = 1 (p orbital) ise , ml = -1, 0, veya1 Eğer l = 2 (d orbital), ml = -2, -1, 0, 1, veya 2 Orbitallerin uzaydaki yönelimi

ml = -1, 0, veya 1 Uzaydaki 3 farklı yönelim

ml = -2, -1, 0, 1, veya 2 Uzaydaki 5 farklı yönelim

Schrodinger Dalga Denklemi (n, l, ml, ms) spin kuantum sayısı ms ms = +½ veya -½ ms = +½ ms = -½

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

Schrodinger Dalga Denklemi 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

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 ise o zaman ms = ½ or - ½ y = (n, l, ml, ½) veya y = (n, l, ml, -½) Bir orbital 2 elektron bulundurur.

HUND KURALI Elektronların bir alt kabuktaki en kararlı dağılımı, en fazla paralele spinin bulunduğu haldir. AUFBAU PRENSİBİ Elektronlar orbitalleri en düşük enerjili olandan başlayarak doldururlar.

Çok elektronlu bir atomda orbitallerin doldurulması 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s

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

Mg un elektron konfigürasyonu nedir ? Mg 12 elektron 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s 1s22s22p63s2 3.periyot 2A grubu 2 + 2 + 6 + 2 = 12 electron [Ne] 1s22s22p6 Kısaca [Ne]3s2 Cl un en dış elektronunun muhtemel 4 kuantum sayısını yazınız. Cl 17 elektron 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s 1s22s22p63s23p5 2 + 2 + 6 + 2 + 5 = 17 elektron En dış (son) elektron 3p orbitalinde bulunur. n = 3 l = 1 ml = -1, 0, +1 ms = ½ , -½

Periyodik cetvelde elementlerin, elektronlar tarafından doldurulan kabuklarına göre sınıflandırılması

DİYAMANYETİZM VE PARAMANYETİZM Atom, iyon veya molekül halinde bulunan maddelerin manyetik özellikleri elektronik biçimlenmeleri ile ilgilidir. Diyamanyetik maddelerin elektronlarının hepsi çiftleşmiş halde bulunur. Bundan dolayı manyetik alan tarafından hafifçe itilirler. Paramanyetik maddeler bir veya birden fazla çiftleşmemiş elektrona sahiptir ve manyetik alan içine çekilirler.

Paramanyetik Diamanyetik çiftleşmemiş elektronlar Tüm elektronlar çift 2p 2p