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 elektromegnetik dalgalar halinde taşınımıdır. Işığın (vakumdaki) hızı (c) = 3.00 x 108 m/s Tüm elektromagnetik radyasyon için l x n = c

Enerji (ışın) kesikli birimler halinde (kuantum) yayılır veya absorplanır. E = h x n Planck sabiti (h) h = 6.63 x 10-34 J•s

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

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. 1 2 3 4 5 6 7 K L M N O P

e- un çekirdeğe olan uzaklığını ifade eder.

e- yoğunluğunun % 90 ı 1s orbital

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 = 0 s orbital l = 1 p orbital (hem s hem p orb içerir) l = 2 d orbital l = 3 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

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 0 1 2 3 4 5 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

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

l = 2 (d orbitalleri)

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

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

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

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

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.

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

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

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 -2 -1 0 +1 +2 5 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 -1 0 +1 3 tane değer alabilir ml= 2l+1 ml=2(1)+1=3

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

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

Çok elektronlu bir atomda orbitallerin doldurulması

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)

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)

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

36 18

???

???

50 36

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:

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 Fe233+ 18[Ar] 3d5 paramagnetik

Soru: 25Mn2+ mag.öz. Nedir. 25Mn 18 [Ar]4s2 3d5 Mn232+ 18 [Ar] 3d5 paramagnetik Soru: 30Zn2+ mag.öz. Nedir. 30Zn 18 [Ar]4s2 3d10 Zn282+ 18 [Ar] 3d10 diamagnetik

Mg un elektron konfigürasyonu nedir ? 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s 1s22s22p63s2 2 + 2 + 6 + 2 = 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 2 + 2 + 6 + 2 + 5 = 17 elektron En dış (son) elektron 3p orbitalinde bulunur. n = 3 l = 1 ml = -1, 0, or +1 ms = ½ or -½

Periyodik cetvelde elementlerin, elektronler tarafından doldurulan kabuklarına göre sınflandırılması

Paramagnetik Diamagnetik çiftleşmemiş elektronlar Tüm elektronlar çift 2p 2p