Konu:4 Atomun Kuantum Modeli

... konulu sunumlar: "Konu:4 Atomun Kuantum Modeli"— Sunum transkripti:

1 Konu:4 Atomun Kuantum Modeli
1

2 Açısal Momenttum (İkincil)Kuantum Sayısı Manyetik Kuantum Sayısı
KONU:4 Atomun Kuantum Modeli Kuantum Sayıları Baş Kuantum Sayısı Açısal Momenttum (İkincil)Kuantum Sayısı Manyetik Kuantum Sayısı 3. Orbital Çeşitleri s Orbitalleri p Orbitalleri d Orbitalleri Orbitalterin Enerjileri 4. Atomların Elektron Dizilişleri Pauli ilkesi Atomlarda Elektron Diziliş Sırası Hund Kuralı 1 1

3 3.Orbital Çeşitleri Orbitallerin dalga fonksiyonu olduğunu tespit eden Schrödinger'den sonra bilim insanları bu defa da orbitallerin şekillerinin nasıl olduğu konusunu araştırmaya girişmişlerdir. Schrödinger dalga fonksiyonunun çekirdekten sonsuza kadar uzanması orbitalin yapısını açıklamayı oldukça zorlaştırır. Teorik olarak dalga fonksiyonuna göre de orbitalin sınırı olamaz. Buna rağmen atomlar arasında bağ yapılarını açıklayabilmek için orbitallerin belirli şekillerde olduğu kabul edilmiştir. 1

4 s Orbitalleri Temel görüş elektronun çekirdek etrafında her yerde bulunma olasılığına karşılık en çok, çekirdeğe oldukça yakın yer aldığı şeklindedir. Grafikte görüldüğü gibi çekirdekten uzaklaştıkça elektron yoğunluğu azalır. Çekirdek etrafından yaklaşık 1A yarıçaplı kürede elektronun bulunma olasılığı çok yüksektir (%90). Bunun doğal sonucu olarak bütün s orbitalleri küresel şekildedir. 11 1

5 2 = Yoğunluk fonksiyonu veya olasılık yoğunluğu (probability density)
Baş kuantum sayısı arttıkça orbitalin büyüklüğü de buna bağlı olarak artmaktadır. 2 = Yoğunluk fonksiyonu veya olasılık yoğunluğu (probability density) 11 1

6 4r22 = Radyal olasılık fonksiyonu (radial probability function)
11 1

7 p orbitalinde çekirdeğin merkezinden geçen simetri ekseni vardır.
p Orbitalleri p orbitalinde çekirdeğin merkezinden geçen simetri ekseni vardır. n=2 baş kuantum sayısı için l=1 değerine karşılık ml, üç değer alabildiğine göre, üç çeşit p orbitali vardır. Orbitaller karteziyen koordinat eksenleri (üç boyutlu) gibi birbirlerine karşılıklı olarak diktirler. p orbitallerinin alt indisleri orbitallerin yöneldikleri eksenleri şekilde görülmektedir. Dolayısıyla bu orbitalleri birbirinden ayırtedebilmek için npx, npy, npz (n= 2, 3, 4 ...) diye isimlendirmek gerekir. p orbitallerinin boyutları 2p'den 3p'ye geçtiğinde baş kuantum sayısına bağlı olarak doğru orantılı şekilde artmaktadır. 11 1

8 d Orbitalleri n=3 baş kuantum sayısı ile başlar. l=2 için ml beş farklı değer alabilir (-2, -1, 0 , +1 , +2). Buna göre beş tane farklı d orbitali bulunur. Bu orbitallerin şekillerini inceleyecek olursak, ikisinin koordinat eksenleri üzerinde (3d x2-y2, 3dz2), diğer üçünün de simetri eksenleri üzerinde (3dxy, 3dyz, 3dxz) bulunduğunu görürüz. 11 1

9 Baş kuantum sayısının 3'ten büyük olduğu durumları açıklamak için f, g gibi orbitallere ihtiyaç vardır, "g" ve daha büyük orbitaller ileri kimya konusu olduğu için istenmeyecektir 11 1

10 Orbitallerin Enerjileri
Hidrojen atomundaki elektronun enerjisi bulunduğu baş kuantumun numarasına göre değişir. Bu kural tek elektronlu sistemler içinde doğrudur. Hidrojen atomunun n=2'deki s ve p orbitallerine ait elektron yoğunluğu farklı olmasına rağmen, elekron bunlardan hangisinde bulunursa bulunsun aynı enerjiye sahip olacaktır. 11 1

11 Orbitallerin Enerjileri
Hidrojen atomunun en kararlı hâli elektronun 1s orbitalinde yer aldığı hâldir. Bu hâle temel hâl denir. Bu durumda elektron, çekirdeğe en yakın konumdadır ve çekirdek tarafından çok güçlü bir şekilde tutulur. Elektron, enerji alarak daha yüksek enerjili orbitallerde bulunursa bu duruma uyarılmış hâl denir. Uyarılmış hâlden temel hâle geçen elektronlar enerjilerini ışıma olarak verir Uyarılmış hâlden temel hâle geçen elektronlar enerjilerini elemente özgü ışıma olarak verir. 11 1

12 Çok Elektronlu Sistemlerde enerji seviyesi;
Katmanların enerjileri, kuantum sayısı n’ile doğru orantılıdır. Ancak l’alt kabuklarının enerjileri aynı değildir. Kuantum sayısı n, arttıkça katmanlar arasındaki enerji farkı azalmaktadır. Üçüncü ve dördüncü katmanların ve alt katmanların birbiri içine girdiği görülür. Sonuçta 4s’in enerji düzeyi 3d'den daha düşüktür. Bu durum daha yüksek katmanlarda daha da karışmaktadır. 5s, 4d ve 4f 'den daha düşük enerji düzeyinde bulunurlar. 11 1

13 Spin Kuantum Sayısı ms : ±1/2
Elektronların çekirdek çevresindeki dönme hareketi dışında kendi eksenleri etrafında da döndükleri varsayılmıştır. Elektron, yüklü parçacık olduğuna göre dönmeden dolayı açısal momentuma, dolayısıyla manyetik momente sahiptir. Elektronun spin denilen bu dönmesi m, kuantum sayısı ile tanımlanır. Bu eksen çevresinde elektronun, saat yönünde veya tersi yönde döndüğü düşünülebilir. Spin yukarı ms = + ½ Spin aşağı ms = - ½ 11 1

14 4.Atomların Elektron Dizilişleri
Bir atomda elektronların orbitallere dağılışı elektron dizilişi diye bilinir. Çok elektronlu atomların temel hâllerinin elektron dizilişleri deneysel olarak spektroskopi ile belirlenir. Bir elektron iki spin değerinden birini alabilir. Bu yüzden bir orbitalde spinleri farklı en çok iki elektron bulunabilir. Sonuç ve kural olarak, bir atomdaki her bir elektron dört kuantum sayısı (n, l, ml, ms) ile gösterilebilir. Dolayısıyla elektronun bulunduğu katman ile birlikte dönme yönü de belirtilebilir. 11 1

15 Bu gösterim atomun en kararlı yapısının gösterimidir.
Atomların temel hâldeki elektron dizilişleri yazılırken en düşük enerjili orbitalden başlayarak elektronlar orbitallere yerleştirilir. Bu gösterim atomun en kararlı yapısının gösterimidir. Elektron dizilişleri yazılırken Pauli (Volfgang Pauli) tarafından önerilmiş ve Aufbau (Aufbau) kuralı olarak bilinen kuralı uygulayarak enerji sıralaması yapılır. 11 1

16 Aufbau (Aufbau) Kuralı
1.Orbitallerin enerjileri (n+l) değerinin artmasıyla yükselir. (Kletch-kowski-Madelung (Kleçkovski - Madelug) İlkesi) 1s<2s<3s<4s 3s<3p<3d 4p<5d 6s<4f n+l = 2.(n+l) değerlerinin aynı olması hâlinde n sayısı büyük olan orbitalin enerjisi de yüksek olur. ( Örneğin 3d için n=3, l=2'dir. n+l = 5‘tir. Aynı şekilde 4p ve 5s'nin de n ve l değerleri toplamı 5'tir. n ve l değerleri toplamı aynı olmasına karşın n,değeri en büyük olan s orbitali olduğu için 5s'nin enerjisi 4p ve 3d'den daha yüksektir.). 3d<4p<5s d<5p<6s n+l= 11 1

17 Aufbau (Aufbau) Kuralı
1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s<4f<5d<6p<7s n= l= n+l= Özetlersek: 11 1

18 Paramanyetik : manyetik alanda çekilir
Örnek: Hidrojen (An = 1) 1s1 Paramanyetik : manyetik alanda çekilir 1s Örnek: Helyum (Z = 2) 1s2 Diyamanyetik : manyetik alanda itilir. 1s Lityum (Z = 3) 1s22s1 1s 2s 2p 11 1

19 Berilyum (Z = 4) 1s22s2 1s 2s 2p Bor (Z = 5) 1s 2s 2p Karbon (Z = 6)
Hund Kuralı: Alt kabukdaki eş enerjili orbitallere, elektronlar maksimum paralel spin verecek şekilde yerleşir 11 1

20 Azot (Z = 7) Yarıdolu 1s22s22p3 1s 2s 2p Oksijen (Z = 8) 1s22s22p4 1s
Flor (Z = 9) 1s22s22p5 1s 2s 2p 11 1

21 Küresel Smetri: Bir atomum elektron kofigrasyonu; S1, p3, d5 ile bitiyorsa bu duruma “Yarı Dolu hal”; S2, p6, d10 ile bitiyorsa bu duruma “Tam Dolu hal” denir. Yarı dolu ve tam dolu orbitaller kararlı durumlardır. Çünkü bu durumlarda elektronların spinleri yöndeştir. Çekirdeğe ortalama uzaklıkları eşittir. Çekirdek çekimleri her yönde etkindir. Bu iki duruma birden “Küresel simetri” denir. Küresel Simetri hali kararlı hal olup atomlar bu duruma geçmek için istemlidir. Ayrıca bu durumunu koruma eğilimindedir. 11 1

22 11 1

23 Tam dolu Neon (Z = 10) 1s22s22p6 1s 2s 2p Sodyum (Z = 11) Ne
[Ne]3s1 3s Argon (Z = 18) Ne [Ne] s23p6 3s 3p 11 1

24 NOT: Dördüncü periyotta, önce 4s sonra 3d orbitali dolar.
• 3d çekirdeğe daha yakındır • Fakat, 4s daha girgindir bu nedenle, enerjisi daha düşüktür 11 1

25 Z= 19, Potasyum: 1s22s22p63s23p64s1 = [Ar]4s1
Z= 20, Kalsiyum: 1s22s22p63s23p64s2 = [Ar]4s2 Z= 21, Skandiyum: 1s22s22p63s23p64s23d1 = [Ar] 4s23d1 Z = 24, Krom: [Ar] 4s13d5 İstisna :Küresel smetri Z = 29, Bakır [Ar] 4s13d10 İstisna :Küresel smetri Z= 30, Çinko: 1s22s22p63s23p64s23d10 11 1

26 ÖRNEK: Mo ( Z : 42) ve Cu ( Z : 29) metallerinin
elektron dizilişini yazınız. Nedenini açıklayınız. Manyetizmaları nedir? Z = 42, Molibden: [Kr] 5s14d5 Yarı dolu kararlılığı Z = 29, Bakır : [Ar] 4s13d10 Tam dolu kararlılığı Her ikisi de paramanyetik, eşleşmemiş elektrona sahipler 11 1

27 ANYONLARIN ELEKTRON DİZİLİŞİ
N Z:7 1s2 2s2 2p3 N2– ES: 9 1s2 2s2 2p5 Se ( Z: 34 ) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p4 Se2–( ES: 36 ) : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 Anyonlarda, elektronların yerleşmesi nötral atomlarla benzer. 11 1

28 KATYON ELEKTRON DİZİLİŞİ
27Co : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d7 27Co2+:1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s 3d7 27Co3+:1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s 3d6 Elektronlar en büyük n değerine sahip orbitalden ayrılır. Elektronlar en büyük n ve en büyük l değerine sahip orbitallerden ayrılır. 11 1

29 Tüm Elementlerin Elektron Dağılımı
“Elektonlar orbitallere yerleşirlerken, en düşük enerjili orbaitalden başlayarak (aufbeu kuralı), teker teker ve spinleri bir birine ters gelecek şekilde yerleşirler, bir orbitale en fazla zıt spinli 2 elektron yerleşebilir(Hund kuralı). 11 1

30 Basit bir şekilde orbitallerin enerji sırasını düzenleye biliriz.
I. Adım: Basit bir tekerlemeyle orbitaller aşağıdaki gibi sıralanır. ss/ps/ps/dps/dps/fdps/fdps II. Adım: s orbitallerinin katsayıları, 1 den başlanarak numaralandırılır. 1s2s/p3s/p4s/dp5s/dp6s/fdp7s/fdp8s III. Adım: Ayrılan bölmelerin katsayıları, s in katsayıları dikkate alınarak tespit edilir. 1s2s/2p3s/3p4s/3d4p5s/4d5p6s/4f5d6p7s/5f6d7p8s IV. Adım: İstenilen atomun elektronunu tamamlayana kadar, elektronları orbitallerin sağ üst köşesine yazarız. Ancak; S orbitalinin en fazla 2 elektron, p orbitalinin en fazla 8 elektron, d orbitalinin en fazla 10 elektron, f orbitalinin en fazla 14 elektron.. aldığı unutulmamalıdır. 11 1

31 Periyodik Tablonun Elektron Dağılımı;
11 1

32 11 1

33 11 1