2_građa atoma

7/25/2019 2_Graa atoma

1/48

B. Kaitner,B. Kaitner,B. Kaitner,B. Kaitner, 35805358053580535805 OpaOpaOpaOpa i anorganska kemijai anorganska kemijai anorganska kemijai anorganska kemija Akad. god. 2011./2012Akad. god. 2011./2012Akad. god. 2011./2012Akad. god. 2011./2012....

1

2 GRA2 GRA2 GRA2 GRAA AO!AA AO!AA AO!AA AO!A

Suvremena kemija utemeljena je na atomnoj teoriji. Poimanje atomne grae inaina na koji atomi meusobno reagiraju put su ka razumijevanju kemije uope.Pojedinani atomi ne mogu se izvagati, izmjeriti na neki drugi nain ili

izravno ispitati. Stoga su za razvoj atomne teorije iskoriteni neizravni dokazi.Neki od znanstvenika XX. stoljea, primjeri!e "il#elm $st%ald, nisu vjerovali upostojanje atoma. Neki drugi, primjeri!e &i!#ael 'arada(, pri#vaali su atomnuteoriju kao zgodnu zamisao koja mo)e, ali nu)no ne mora predstavljati zbilju.pak, tada su )ivjeli znanstveni!i koji su vrsto bili vjerni u postojanje atoma,primjeri!e *ud%ig +oltzmann.

esu li atomi stvarni ili zamiljeni bilo je otvoreno pitanje sve do godine

1-/. 0e se godine vodila rasprava na Svjetskoj izlo)bi u St. *ouisu kojoj sunazoili znameniti meunarodni znanstveni!i. $st%ald se prepirao o postojanjuatoma, a a!obus . van2t o33 i +oltzmann su se priklonili drugoj strani.

2.1 Atom2.1 Atom2.1 Atom2.1 Atom

deja da se sva materija u konani!i sastoji od vrlo mali# esti!a nazvani#atomima javila se u antikoj 4rkoj. 5 6. st. prije 7rista *eukip i 8emokritpretpostavili su da se materija ne mo)e dijeliti do u beskonano u sve manje imanje asti!e. 6jerovali su da e se dijeljenjem tvari sve dalje i dalje doi do atoma,

kojeg dalje nije mogue podijeliti. 9ije atom izvodi se od gr.atomos u znaenju2nedjeljiv2.0eorije antiki# 4rka nisu bile utemeljene na planiranom ispitivanju. :a

sljedei# dvije tisue godina atomna teorija bila je nita vie do li isto nagaanje.Postojanje atoma pri#vatio je ve 9obert +o(le u svojoj knjizi The Sceptical Chemistiz 1;;1, kao i saa! Ne%ton u svojim knjigama Principia ? i Opticks /?.&eutim, atomnu teoriju, koja je predstavljala prekretni!u u povijesti kemije,predlo)io je o#n 8alton i razvijao ju u razdoblju od 1=@. do 1==.

Prema 8altonovoj atomnoj teoriji svaki se atom sastoji od atoma koji sukemijski istovjetni, a razlikuju se od atoma bilo kojeg drugog elementa. :a

kemijske spojeve 8alton je rekao da nastaju kao posljedi!a spajanja atoma dva ilivie elementa u jednostavnim brojanim omjerima. Na temelju maseni# odnosameu tvarima koje su ukljuene u kemijske reak!ije 8alton je mogao atomimapripisati relativne atomne mase.

&oderna atomna teorija utemeljena je na 8altonovoj teoriji. 7ao to e seuoiti u nastavku tiva, neke potankosti pretpostavki 8altonove teorije morale subiti promijenjene.

2.22.22.22.2 Otkrie eOtkrie eOtkrie eOtkrie e"ektron"ektron"ektron"ektronaaaa

Prema 8altonovoj teoriji, ali i teorijama antiki# 4rka, atomi su smatraninajmanjim moguim jedinkama materije. Prema kraju XX. st. poelo se priinjati


2/48


A

da bi se atomi mogli sastojati ak i od manji# esti!a. 8o promjenB u gleditimadolo je na temelju pokusa s elektrikom.

5 godinama 1=>. i 1==. engleski kemiar ump#r( 8av( otkrio je petelemenata C natrij, kalij, kal!ij, stron!ij i barij C koristei elektriku za razlaganjetvari. $vi radovi doveli su 8av(a do pretpostavke da se elementi dr)e zajedno u

jevima privlaenjima koja su elektrina po svojoj naravi.&i!#ael 'arada( je u godinama 1=@A. i 1=@@. izveo niz va)ni# pokusa o

kemijskoj elektrolizi u kojima je spojeve razlo)io elektrikom. 'arada( je izuavaoodnose izmeu koliine utroene elektrike i koliine razlo)ene tvari. Na taj jenain doao do zakona kemijske elektrolize. Na osnovi 'arada(evi# istra)ivanja irezultata elektrolize irski 3iziar 4eorge o#nstone Stone(1pretpostavio je 1=>/. da

je jedini!a elektrinog naboja pridru)ena atomu. Stone( je god. 1=-1. predlo)io dase ova jedini!a nazove elektron.

4odine 1=D-. ulius PlE!kerAotkrio je katodne zrakepri izvoenju pokusaprolaska elektrine struje kroz vakuum


3/48


@

pravo!rtno, bile su negativno nabijene i izazivale su svjetlu!anje3luores!en!entnog sloja koji je bio nanesen na stijenku staklene !ijeve nasuprotkatode.

5 posljednjim desetljeima XX. st. katodne zrake opse)no su istra)ivane.Poda!i pokusa mnogi# znanstvenika doveli su do zakljuka da se u sluajukatodni# zraka radi o snopu izvanredno brzi#, negativno nabijeni# esti!a. $ve suesti!e nazvane elektronima na prijedlog Stone(a. $vim se pokusima dolo do jo

jednog vrlo va)nog zakljuka. Naime, elektroni koji, kako je pokus pokazivaoizlaze iz, naputajuatom, isti su neovisno od materijala C metala koji je poslu)io zaizradu katode.

Nabijena esti!a u kretanju otklonit e se prolaskom kroz elektrino ilimagnetno polje. $tklon e ovisiti o masi, predznaku i veliini naboja esti!e, tesmjeru i jakosti elektrinog polja, odnosno smjeru i gustoi magnetnog toka. $vatemeljna saznanja iz 3izike iskoristio je osep# . 0#omson@za ispitivanje prirodekatodni# zraka. 0#omson se poslu)io katodnom !ijevi opremljenom s dvjemaploama kondenzatora te elektromagnetom


4/48


/

mogli su se po )elji ukljuiti i iskljuiti. Polja su bila okomita jedno na drugo, aistodobno su bila okomita i na smjer kretanja katodni# zraka, tj. katodne su zrakena svom putu prolazile izmeu polova


5/48


D

eC C1,;AA M 1C1-G

z potonjeg podatka i spe!i3inog naboja mogla se izraunati masa elektronaH

g1M1-;,-gG1M>D==,1G1M;AA,1 A=

1=

1-

=

==

me

em

#

#

S*7F A.@ &illikanov ureaj za odreivanje naboja elektrona

Posuda, kako ju je sam &illikan nazivao, u kojoj je izvoen pokus s uljnom kapi


6/48


;

kanalne zrake otkrio je godine 1==;. Jugen 4oldstein.;$tklon kanalni# zraka uelektrinom i magnetnom polju istra)ivao je godine 1=-=. "il#elm "ien>, a ..0#omson godine 1-;. Spe!i3ini naboj me za ove, pozitivne zrake odreen je naisti nain kao i za elektron.

0ri znaajna dogaaja i nji#ove godinji!e obilje)ile su otkrie subatomni# esti!a i grae atomaHR . *ondonH 0a(lor and 'ran!is,1-1-?. Naroito je znaajna tvrdnja koju je u svom rukopisu istaknuoH K-e must conclude that thenitrogen atom is disintegrated under the intense forces developed in a close collision (ith a s(ift alpha

particle and that the hdrogen atom (hich is li!erated formed a constituent part of the nitrogen nucleus.KPozitivne, kanalne zrake Jugen 4oldstein otkrio je i istra)ivao prije nego je 0#omson otkrio

elektron i 9ut#er3ord izveo gore opisani pokus. Nakon otkria elektrona 4oldstein je ispravnonagovijestio da atom, zbog svoje elektroneutralnosti, mora sadr)avati i pozitivno nabijene esti!ete i# je nastojao otkriti. 5 svom nastojanju on je koristio opa)ene kanalne zrake koje su se kretalesmjerom protivnom smjeru putovanja elektrona u katodnoj !ijevi i prolaskom kroz provrte ukatodi opa)ene su na 3luores!entnom zastoru smjetenom iza katode. 5 toj 3azi svog istra)ivanja4oldstein je povjerovao da je otkrio pozitivnu elementarnu subatomnu esti!u. &eutim, kad jeizraunao eLm, spe!i3ini nabojsvojihpozitivni# zraka, ustanovio je da je on u svakom pojedinomsluaju razliit i ovisan o plinu kojim je ispunjena katodna !ijev, za razliku od spe!i3inog nabojaelektrona koji je neovisan o plinu koji se nalazi u katodnoj !ijevi. 9azlog ovakvom rezultatu vrlo je

jednostavan. 4oldsteinove kanalne zrake nisu bili elementarne subatomne esti!e ve ioniza!ijomnastali pozitivno nabijeni ioni. :bog toga je odustao od daljnji# istra)ivanja.

; Jugen 4oldstein


7/48


>

$ plinu kojim je, prije evakuiranja, !ijev bila napunjena, ovisio je iznosspe!i3inog naboja, tj. bio je razliit za razliite plinove. 7ada je !ijev ispunjenavodikom, vrijednost spe!i3inog naboja bila je vea od bilo koje druge opa)ene, ato je u skladu s injeni!om to je vodik najlaki element. $n iznosiH

1/ gG1MD>-1,- +=me

:a ove pozitivne esti!e ispravno se pretpostavilo da su sastavni!e svi# atoma inazvane su protonima. :bog pretpostavke o jednostavnosti vodikova atomaispravno se zakljuilo da proton mora posjedovati naboj po iznosu istovjetanonom elektrona, ali pozitivnog predznaka. ednom kada je odreen nabojelektrona, jedinica elektrinog naboja, do mase protona dolo se jednostavno nanain koji je primijenjen i za raun mase elektrona.

( ) g1M;;>A,1gG1MD>-1,-G1M;AA,1 A/

1/

1-

+ =

+==

me

epm

$vim jednostavnim raunom dolo se do iznenaujue injeni!e da je masaelektrona zanemarljivo mala u odnosu na masu protona, tj. da je masa protona1=@; puta vea od mase elektrona.

2.2.2.2.5555 R#t$er%ordo& mode" atomaR#t$er%ordo& mode" atomaR#t$er%ordo& mode" atomaR#t$er%ordo& mode" atoma

zvjesni atomi predstavljaju nepostojan skup subatomni# esti!a. 0i atomispontano isijavaju zrake te se na taj nain mijenjaju u atome razliite kemijskeosobitosti, pretvaraju se u druge, razliite nuklide. $vaj prirodni pro!es spontane

pretvor!e jednog nuklida u drugi otkrio je pukim sluajem 3ran!uski 3iziar enri+e!uerel godine 1=-;. i nazvao ga radioaktivnost. +e!uerel je pokazao da suatomi uranija radioaktivni. Nedugo nakon +e!uerelog otkria, &arie r.Sklodo%ska i Pierre Gurie otkrili su u Parizu druge radioaktivne elemente, radij,nazvan tako jer isijava zrake te polonij, nazvan tako po domovini &arie Gurie. 5godinama koje su slijedile, Jrnest 9ut#er3ord= istra)io je radioaktivno zraenje

neobino jednostavnim, a nadasve pro3injenim pokusom, u kojem je vrlo uzaksnop radioaktivnog zraenja propustio kroz #omogeno elektrino polje izmeu

=Sir Jrnest 9ut#er3ord 1C1-@>? rodio se na imanju kotskog useljenika na Novom :elandu kaodrugi od etvero sinova u obitelji s 1Aero dje!e. Po zavretku studija u Novom :elandu dobivastipendiju i odlazi u Gambridge, Jngleska, gdje se poinje baviti istra)ivanjima iz podrujaradioaktivnosti. 5 dobi od A> godina dobiva mjesto pro3esora 3izike na &!4ill 5niversit( u&ontrealu, 7anada. 4odine 1->. vraa se u Jnglesku i radi na 5niversit( o3 &an!#ester.Nobelova nagrada za kemiju dodijeljena mu je god. 1-=. Poznat je kao znanstvenik koji je prvi

napravio pretvorbu jednog elementa u drugi u pokusu ozraivanja duikovi# atoma esti!ama.$d god. 1-1-. pa sve do smrti bio je predstojnik svjetski poznatog Gavendis#ovog laboratorija uGambridgeu.


8/48


=

dviju ploa kondenzatora


9/48


-

:latni listi

'luores!entni zastor

$lovna ko!ka

Nzrake

:latni listi

'luores!entni zastor

$lovna ko!ka

Nzrake

S*7F A.D $gib esti!a na zlatnom listiu.

7rajnje pojednostavljena i samo prividna ski!a ureaja kojim je Jrnest 9ut#er3ord doao dodokaza o jezgrovnom modelu atoma. Pokus ogiba izvodio se u razmjerno maloj evakuiranojvaljkastoj komori. $tkon esti!a ustanovljavao se i pratio pokretnim teleskopom s3luores!entnim zastrom privrenim na objektiv. 0eleskop se, u svr#u detektiranja ogiba, pomi!aopo obodu kruga okomitog na ravninu zlatnog listia. 0ime ne samo da se registrirao otklon, ve semogla ustanoviti i uestalost otklona kao i kut otklona.

esti!e prole su nesmetano kroz listi, kreui se nakon prolaska pravo!rtno,neto se esti!a otklonilo pod kutem manjim od -Q, dok i# se neznatan brojodbilo unatrag ili otklonilo pod kutom znatno veim od -Q u odnosu na osnovniprava! kretanja esti!a.

9ut#er3ord je obrazlozio rezultate ovog pokusa pretpostavljajui da se usreditu atoma nalazi jezgra, neizmjerno mala u odnosu na veliinu atoma.4otovo sva masa i sav pozitivni naboj atoma nalaze se u jezgri atoma. Jlektronizauzimaju preostali dio zapremine atoma, nalaze se izvan jezgre i u stalnom subrzom kretanju oko nje


10/48


1

atoma ? nije znao za postojanje neutrona, ali je ispravno zakljuio da jesva masa atoma, osim onog zanemarljivo malog dijela koji se odnosi na masuelektona, sadr)ana u izuzetno maloj, siunoj jezgri u sreditu atoma. +udui dasu atomi elektriki neutralni, ukupan pozitivan naboj jezgre koji pripadaprotonima jednak je ukupnom negativnom naboju svi# elektrona, a to vrijedi zabilo koji neutralni atom.

S*7F A.> 9ut#er3ordov jezgrovni model atoma.

Neizmjerno mala jezgra nalazi se u sreditu atoma. Jlektroni se ne kreu oko jezgre u dobroodreenim orbitama kako je to prikazano na ovom !rte)u.

7ako je 9ut#er3ord uspio uskladiti rezultate pokusa ogiba esti!a nazlatnom listiu s pretpostavkom o jezgrovnom modelu atomaV

S obzirom da je gotovo !jelokupni snop zraka proao neskrenut s prav!akretanja kroz mnogo gusto zbijeni# slojeva atoma zlata, oito da im se na putukretanja nita nije isprijeilo, nije i# omelo pri prolazu.- 8otino se mogloobrazlo)iti samo tvrdnjom da se atom uglavnom sastoji od praznog prostora, tj da

je jezgra neizmjerno mala u odnosu na atom. Jlektroni, s obzirom na svojuizvanredno malu masu, nisu bili prepreka prolasku esti!a. $no malo pozitivnonabijeni# esti!a to se otklonilo pod kutom manjim od -Q moralo je na svomputu prolaziti vrlo blizu pozitivno nabijene jezgre. $dbijanje istovrsni# nabojauzrokovalo je otklon esti!a. Pukim sluajem, nekoliko esti!a kretalo seputom na kojem im je stajala jezgra atoma zlata, zbog ega su, u izravnom sudaru,

potpomognutom elektrostatkim odbijanjem, bile odbaene unatrag prema svomizvoru. Potonje je ponajvie ilo u prilog tvrdnji o izuzetno maloj zapreminiatomne jezgre.

Promjer atoma priblizno je 1/puta vei od promjera jezgre. 0aj podataknu)no ne mora olakati zornu predod)bu potankosti atomne grae. pak, va)no jes#vatiti razmjere jezgrovnog modela atoma. :amisli li se atom veliine

- Polumjer atoma zlata poznat je i iznosi 1// pm. :lato kristalizira u gustoj kubinoj slagalini sduljinom brida plono!entrirane ko!ke a />,=- pm koja sadr)i / atoma zlata. atoma zlata.


11/48


11

6espazijanova am3iteatra u Puli A>> 1TNeutron 1,;>/- M 1CA/ 1,=;;D

1a. m. u. C jedni!ia atomne maseAedinini nabojH e 1,;AA M 1C1-G

1 Sir ames G#ad%i!k (1=-1I1->/?, engleski 3iziar najpoznatiji po svom otkriu neutrona. Potje!aoje iz skromne radnike obitelji, a njegov srednjokolski pro3esor, uoivi njegovu nadarenost,poti!ao ga je i o#rabrivao u nakani da studira. Pukim sluajem, umjesto matematike, upisao je3iziku koju je studirao u &an!#esteru i Gambridgeu. Po diplomiranju 1-11. radio je dvije godinekod 9ut#er3orda u &an!#esteru. 7ada je magistrirao god. 1-1@. dodijeljena mu je stipendija zaboravak u nadaleko poznatom njemakom istra)ivakom institutu P#(sikalis!#0e!#nis!#e9ei!#sanstalt u G#arlottenburgu kraj +erlina, u kojeg ga je pozvao ans 4eiger. Na)alost, njegovodlazak u Njemaku poklopio se s poetkom . Svjetskog rata te je preostale etiri godine proveo ulogoru za !ivilne ratne zarobljenike u 9u#lebenu nedaleko +erlina. Po povratku u 6eliku +ritanijunastavlja raditi u Gavendis#ovom laboratoriju u Gambridgeu. :a otkrie neutrona [email protected] mu je Nobelova nagrada za 3iziku 1-@D. ste godine bude izabran za predstojnika 3izike

na sveuilitu u *iverpoolu. $d 1-/@. do 1-/;. bio je voa britanske misije pri &an#attan projektuu *os Flamosu.


12/48


1A

Sve do god. 1-@A. opis atoma temeljio se na 9ut#er3ordovom modelu jezgrovnog atoma premakojem je pozitivno nabijena jezgra okru)ena s toliko negativno nabijeni# elektrona koji ga ineelektriki neutralnim. Ftom se uglavnom sastoji od praznog prostora s gotovo svom masomkon!entriranom u siunoj jezgri. $penito miljenje bilo je da jezgra, pored protona, sadr)i i

elektrone jer je proton bio najmanja poznata jezgra, te zbog toga jer nepostojane jezgre, prispontanom raspadu, isijavaju elektrone. 8vanaest godina ranije Jrnest 9ut#er3ord pretpostavioje postojanje neutralne esti!e mase pribli)ne masi protona, koja nastaje za#vatom elektrona odstrane protona. $va je pretpostavka potakla potragu za tom esti!om. &eutim, neutralnostesti!e ote)avala je istra)ivanje jer su se sve eksperimentalne te#nike onog doba temeljile naopa)anju nabijeni# esti!a.

Prvi korak u tom istra)ivanju napravili su njemaki 3iziar "alt#er +t#e i njegov suradnikerbert +e!ker god. 1-A=. $ni su ustanovili da obasjavanjem berilija snopom esti!a, koje jeisijavao polonij, nastaje izuzetno prodorno, elektriki neutralno zraenje koje su protumaili kao3otone visoke energije.

4odine 1-@A. rene, jedna od keri &arie Gurie, i njen suprug 'rederi!k oliotGurie ispitivalisu prirodu +t#eovog prodornog zraenja i pokusom ustanovili da ono izba!uje protone iz

para3inske mete. $vo je otkrie bilo krajnje zbunjujue jer 3otoni nemaju masu. Nji#ov zakljuak da3oton, srazom s vodikovim atomom u para3inu, izba!uje proton, na isti nain na koji 3oton izba!ujeelektron iz atoma . veljee 1-@A. napisao skromni, nevelik lanak podnazivom Possi!le existence of a ,eutronkoji je ve A>. veljae 1-@A. objavljen u rubri!i )etters to the+ditor u asopisu ,ature, 1A-, No. @ADA, @1A. G#ad%i!k je za otkrie nove elementarne esti!egodine 1-@D. nagraen Nobelovom nagradom za 3iziku.

2.2.2.2.(((( Atomna sim)o"ikaAtomna sim)o"ikaAtomna sim)o"ikaAtomna sim)o"ika

Ftom nekog elementa obilje)avaju dvije konstante C atomni i maseni broj. Atomnibroj, Z broj je jedinini# pozitivni# naboja jezgre. +udui da dotini pozitivninaboj posjeduje proton, atomni broj jednak je broju protona jezgre atoma. 5 svomosnovnom stanju atom je


13/48


1@

7emijski element duik u taliji nazivaju azoto, u 'ran!uskoj azote, u Njemakoj,Fustriji i Yvi!arskoj Stickstoff, u engleskom govornom podruju nitrogen, ali mu jesimbol u svim jezi!ima isti I N.

Najvei broj simbola kemijski# elemenata podudara se s poetnim slovomlatinskog imena, uz jo jedno slovo iz imena, ukoliko ga je bilo potrebno dodati usluajevima podudarnosti poetnog slova, primjeri!eH 3luor, ', )eljezo, 'e, 3ran!ij'r i 3ermij, 'm, ili u sluaju poetnog gra3ema nkemijskog znaka, kao u sluajuHduika, N, neona, Ne, natrija, Na, nikla, Ni, niobija, Nb, neodimija, Nd, neptunija,Np i nobelija, No. Nazivi kemijski# elemenata koji se ne mogu izvesti, dovesti uvezu s #rvatskim imenima odnose se uglavnom na elemente poznate iz davnine,ili iz ne tako davne prolosti oznauje atom klora kojemu je atomni broj / 1>, s & 0 / 1=neutrona u jezgri, te 1> elektrona u elektronskom omotau.11Jlement s atomnimbrojem 11 i 1A neutrona u jezgri, koji e u osnovnom stanju sadr)avati 11 elektronau elektronskom omotau, je natrij, NaA@11 .

11Postoje jo dva mjesta u neposrednoj blizini oznake atoma na kojima se mogu upisivati poda!i

kojima se opisuje atom, ali ne u njegovom osnovnom stanju. 8esni donji znak koristi se zaiskazivanje broja atoma u molekuli ili molekularnom ionu nekog spoja, a desni gornji znak ili zanabojni, ili oksida!ijski broj.


14/48


1/

2.2.2.2.**** +otopi+otopi+otopi+otopi

Svi atomi nekog elementa imaju isti atomni broj. &eutim, neki elementi imajunekoliko vrsta atoma koji se razlikuju jedan od drugoga po masenom broju. Ftomikoji imaju isti atomni broj, ali razliite masene brojeve nazivaju se izotopima.

8va izotopa klora koje je mogue nai u prirodi suH Gl@D1> i Gl@>1> . Sastav

izotopa je sljedeiH

Gl@D1> H 1> protona 1= neutrona 1> elektronaGl@>1> H 1> protona A neutrona 1> elektrona

Prema tome, izotopi se razlikuju u broju neutrona jezgre, to znai da imajurazliitu atomnu masu.

Pria o povijesti otkria izotopa jednako je zanimljiva kao i povijest otkria subatomni# esti!a uposljednjim desetljeima XX. te prvim desetljeima XX. stoljea.

'rederi!k Sodd( >I1-D;? bio je engleski radiokemiar i, dok je od 1-/. do 1-1/. bio do!entna Sveuilitu u 4lasgo%u, dokazao je da se uranij spontano radioaktivno raspada u radij, te daatomi radioaktivni# elemenata nu)no ne moraju imati istu masu, iako su im kemijska svojstvaistovjetna. Sodd( je kasnije pokazao da i elementi koji nisu radioaktivni mogu sadr)avati atomerazliite mase, te da se emisijom atomni broj elementa smanjuje za dva, a emisijom poveavaza jedan. $vo je bio temeljni korak ka razumijevanju odnosa izmeu elemenata u raspadnimnizovima radioaktivni# elemenata. zraz izotopskovala je 1-1@. kotska lijeni!a &argaret 0odd urazgovoru s 'rederi!kom Sodd(jem, s kojim je bila u daljnjoj rodbinskoj vezi. Sodd( joj je kao

kemiar objanjavao, kako se iz njegovi# istra)ivanja doimlje, kao da nekoliko elemenatazauzimajuiste polo)aje u Periodikoj tabli!i. Stoga je &. 0odd grku kovani!u izotop, u znaenju [na istommjestu\, predlo)ila kao prikladni naziv za pojavu koja je Sodd(ija dovodila u nedoumi!u. Sodd( jenaziv pri#vatio i prvi ga uporabio, a za svoja istra)ivanja u podruju radioaktivnosti nagraen jeNobelovom nagradom za kemiju godine 1-A1.

Povijest istra)ivanja izotopa vezana je uz otkrie pozitivni# kanalni# zraka koje je otkrioJugen 4oldstein jo 1==;. 4odinu dana nakon otkria elektrona, 1=-=. "il#elm "ien je, ispitujuiprirodu ioniziranog plina


15/48


1D

7emijska svojstva atoma ovise iskljuivo o broju protona koji odreujeatomni broj, tj. otkriva o kojem se kemijskom elementu radi. Nalazi li se u atomnoj

jezgri 1> protona, u pitanju je atom klora i niti jednog drugog elementa. Neutralniatom, pored toga, mora imati broj elektrona istovjetan s brojem protona. zotopinekog elementa imat e identina kemijska, dok im se 3izikalna svojstva moguneznatno razlikovati. Primjeri!e, oba izotopa klora na potpuno e istovjetan nainstupiti u reak!iju s natrijem i stvoriti natrijev klorid, dok e, re!imo, brzina di3uzijeizotopa klora vee mase biti manja. Neki od kemijski# elemenata pojavljuju se uprirodi samo kao jedan izotop, primjeri!e natrij, berilij i 3luor. 6eina elemenatameutim ima vie od jednog izotopa, npr. prirodni kositar ima deset izotopa.

:a odreivanje izotopnog sastava elementa, tj. tone atomne mase irazmjerne zastupljenosti pojedinog izotopa koristi se maseni spektrometar


16/48


1;

Svi ioni koji prou kroz konanu pukotinu masenog spektrometra imajuistu 1"m. oni s razliitim spe!i3inim nabojem mogu proi kroz konanu pukotinupodeavanjem jakosti magnetnog polja ili razlike poten!ijala koja je odgovorna zaubrzanje iona. Prema tome, svaka se vrsta iona mo)e skrenuti na nain da svakaposebno prolazi kroz konanu pukotinu i biva zapisna odvojeno. :apis sadr)ipodatak o jakosti koja je razmjerna zastupljenosti svakog izotopa u uzorku.

8anas se maseni spektrometri uglavnom koriste za prepoznavanje tvari iza analizu smjesa.

2.2.2.2.8888 Re"ati&ne atomne mase - atomne teinRe"ati&ne atomne mase - atomne teinRe"ati&ne atomne mase - atomne teinRe"ati&ne atomne mase - atomne teineeee

edini!a atomne mase, u utvrena je kao 1A1 mase ugljikova nuklida G1A

; .

Pripisivanje 1Aumasi ovog izotopa ugljika je proizvoljna. 5 prolosti, koristili suse drukiji standarni za raunanje A>>u, masa neutrona 1,=;;Du,

a masa elektrona ,D/=;u. &eutim, masa atoma ne mo)e se izraunatijednostavnim sabiranjem masa protona, neutrona i elektrona. S izuzetkom vodika,

11 masa do koje se dolazi zbrajanjem masa nukleona uvijek je vea od stvarnemase jezgre.

Jinstein je pokazao da su masa i energija ekvivalentniH

+ mcA

Sjedinjavanjem nukleona u pro!esu stvaranja jezgre dio od nji#ove mase pretvorite se u energiju sukladno poznatoj Jinsteinovoj jednad)bi. $va koliina energije,poznata kao "ezuju#a energijatakoer predstavlja energiju koju treba utroiti zarazdvajanje nukleona.

6eina elemenata se u prirodi javlja kao smjesa izotopa. 5z nekolikoizuzetaka izotopne smjese imaju stalan sastav. Poda!i dobiveni ispitivanjem kloramasenim spektrometrom pokazuju da se izotopska smjesa klora sastoji od >D,D@Oatoma Gl@D1> mase @/,->Uui A/,/>O atoma Gl

@>1> mase @;,-DUu. +ilo koji uzorak klora

iz prirodni# izvora sastoji se uvijek od ova dva izotopa u ovom odnosu.

Ftomna te)ina elementa izraunava se na temelju pokusom dobiveni#podataka o vrsti izotopa, nji#ovoj masi i zastupljenosti. $na predstavlja prosjenurelativnu vrijednost, i u izotopnoj smjesi, zapravo ne postoji atom s dotinomrelativnom atomnom masom.

Primjeri!e, prirodna smjesa izotopa magnezija sadr)i >=,>O nuklida &gA/1A

mase A@,--Uu, 1,1@O nuklida &gAD1A mase A/,--Uu te 11,1>O nuklida &gA;1A mase

AD,-=. 8o tabline atomne te)ine magnezija dolazi se jednostavnim proraunomudjela mase pojedinog nuklida, u ukupnoj relativnoj atomnoj mase, u odnosu nanjegovu izotopnu zastupljenost, koritenjem gornji# eksperimentni# podataka.


17/48


1>

&gA/1A H =>? M


18/48


1=

>..!rveno

L!m

Nzrake

[email protected]

D=.)uto

;A.naranasto

/A.ljubiasto

/>.modro

9entgenske zrake

56 9

&ikro valovi

9adijski i 06 valovi

1.1.C11 1.C- 1.C> 1.CD 1.C@ [email protected]

Lnm >..!rveno

L!m

Nzrake

[email protected]

D=.)uto

;A.naranasto

/A.ljubiasto

/>.modro

9entgenske zrake

56 9

&ikro valovi

9adijski i 06 valovi

1.1.C11 1.C- 1.C> 1.CD 1.C@ [email protected]

Lnm

S*7F A.- 7ontinuirani elektromagnetni spektar

6alne duljine elektromagnetnog zraenja prostiru se od vrlo kratki#, visoko3rekventni# zraka

vrlo visoke energije, preko ljudskom oku vidljivog dijela spektra, sve do vrlo dugi# valni# duljinaniske 3rekven!ije i snage, radijski# i 06 valova. 5 rasponu od 1C11 do 1@ !m elektromagnetnozraenje mo)e imati bilo koju valnu duljinu.

6alna teorija uspjeno obrazla)e mnoga svojstva elektromagnetnogzraenja. pak, neka svojstva za#tijevaju da se zraenje razmatra kao estino.4odine 1-, znameniti njemaki 3iziar, &aM Plan!k pretpostavio je kvantnuteoriju energije zraenja. Plank je smatrao da se energija zraenja mo)e emitirati iliapsorbirati samo u konanoj koliini koju je nazvao kvantom. Jnergija kvantarazmjerna je 3rekven!iji zraenja. ednad)ba koja daje vezu izmeu ti# dvijuveliina poznata je kao Plan!kova jednad)baH

+ hU

7onstanta propor!ionalnosti, h naziva se Plan!kovom konstantom koja iznosi;,;A;A M 1C@/Us.

+udui da su +i izravno razmjerni, velika energija zraenja znai visoku3rekven!iju. 6isoka 3rekven!ija znai da veliki broj valova prolazi kroz tokuprostora u jedini!i vremena. Stoga, valna duljina visoko energijskog zraenja morabiti vrlo kratka. S druge pak strane, mala energija zraenja ima nisku 3rekven!iju iveliku valnu duljinu. 4odine 1-D. Flbert Jinstein pretpostavio je da su Plan!kovikvanti diskontinuirani djelii energije, koji su kasnije nazvanifotonima.

2.10 Atomni spektri2.10 Atomni spektri2.10 Atomni spektri2.10 Atomni spektri

Prolazi li snop vidljive svjetlosti kroz staklenu prizmu dolazi do ogiba, re3rak!ijesvjetlosni# zraka. znos otklona svjetlosne zrake od njenog primarnog prav!airenja ovisi o njenoj valnoj duljini. 7rae valne duljine otklonit e se jae odvalova vee valne duljine. +udui da vidljivi dio spektra sadr)i zraenje svi#valni# duljina u rasponu od najkrae


19/48


1-

5 kontinuiranom spektru ne postoje valne duljine koje ne bi bile zastupljene, kojese u spektru, unutar neki# odreeni# grani!a, ne bi mogle nai. 5 spektru dugini#boja ne postoji prekid koji bi ukazibao na izostanak zraenja neke valne duljine Cu njemu se boje jednostavno pretapaju iz jedne u drugu C ljubiasta se pretapa umodru, modra u zelenu itd.

Plinovi ili pare kemijski# spojeva, kada su izlo)eni iskrenju elektrinogluka ili visokoj temperaturi +unsenovog plamenika, isijavaju elektromagnetnozraenje. Propusti li se ono kroz prizmu dobit e se spektar zraenja koji esadr)avati samo neke odreene valne duljine. $vakav se spektar nazivalinijskim.1@ 5koliko neka tvar, ugrijana do usijanja, isijava u vidljivom dijeluspektra, spektar e se sastojati od odreenog broja obojeni# linija, od koji# esvaka, naravno, biti razliite valne duljine. Snimanjem spektara razliiti# tvariustanovljeno je da je spektar svake tvari jedinstven i odgovara samo toj i nijednojdrugoj.

5 drugoj polovi!i XX. stoljea istra)ivani su spektri zraenja nastali#elektrinim izbijanjem u razrijeenim plinovima u evakuiranoj Grooksovoj !ijevi.0ako je snimljen i spektar vodika te je pronaeno da se valne duljine vodika,zapisane u vidljivom dijelu spektra, mogu izraunati putem iskustvene jednad)beH

( )

=

= AA

11D 1A1

1A=-,@n

sxc

u kojoj je n @, /, D, . . . $vaj je izraz otkrio godine 1==D. vi!arski gimnazijskipro3esor . . +almer i, u poast njemu, ovaj se niz spektralni# linija vodikovogatoma u vidljivom dijelu spektra naziva $almero" niz.

0rebalo je proi gotovo tri desetljea prije nego je ponueno razumnoobrazlo)enje, utemeljeno na znastvenim nasadima, za pojavu upravo ti# valni#duljina u linijskom spektru vodika. 4odine 1-1@. znameniti je danski 3iziar Niels+o#r pretpostavio teoriju za obrazlo)enje elektronske strukture vodikovog atomakoja je objasnila linijski spektar ovog elementa. ako krajnje jednostavan atom kojise sastoji od protona i elektrona, element proizvodi zauujue slo)eni spektarzraenja. +o#r je grau vodikovog atoma, koja je postala osnova za tumaenjegrae slo)eniji# atoma, objasnio s etiri postavkiH

1. Jlektron vodikovog atoma mo)e prebivati samo u odreenim kuglastimaorbitama


20/48


A

ljuske i energija elektrona u njoj se poveavaju. Jlektron ne mo3e imatienergiju koja bi ga smjetavala izmeu dozvoljeni# ljusaka.

@. Nalazi li se elektron nekog atoma to je mogue bli)e jezgri -,A

A

1=

ljusken

+

=

u kojoj je n 1, A, @, . . . Jnergiju elektrona koji se nalazi na nekoj vanjskoj ljus!i-,A

Au

1=

Av

1=

=

n

x

n

xh

1111>-,A Av

Au

1=

=

nnxh

5vrsti li se u gornji izraz Plan!kova konstanta h ;,;A; M 1C@/Us dolazi se doH

=

Av

Au

@/

1= 11s;,;A;M1

11>-,Ann

x

odnosno

1

AvAu

1D s11

1A=-,@

=

nnx


21/48


A1

5vrsti li se u gornji izraz A umjesto nu, s tim da nvmo)e biti bilo koja !jelobrojnavrijednost @ ili vie, dolazi se do +almerove iskustvenejednad)be za izraun valni#duljina vodikovog spektra koje se podudaraju s eksperimentnim podat!ima.

$dnos izmeu neki# elektronski# prijelaza vodikovog atoma i spektralni#linija prikazan je na Sli!i A.1. +udui da je elektronski prijelaz na n 1


22/48


AA

8bereiner objavio je lanke u kojima je razglabao o svojstvma elemenata koje jesvrstao u skupine nazvane trijadamaH Ga, Sr, +aR *i, Na, 7R Gl, +r, R S, Se, 0e.Jlementi svakog seta imaju slina svojstva, dok je atomna te)ina sredinjegelementa trijade, otprilike odgovarala aritmetikoj sredini atomni# masa preostaladva.

5 sljedeim su godinama mnogi kemiari pokuavali svrstati elemente uskupine na temelju slinosti u svojstvima. 5 godinama od 1=;@. do 1=;;. o#n F.9. Ne%lands pretpostavio je i razvio svoj 2zakon oktava2. Ne%lands je istaknuo dakada se elementi poredaju po rastuim atomnim te)inama, osmi e element u nizubiti slian po svojstvima prvom, deveti drugom itd. $n je usporedio ovaj odnos soktavama muziki# nota. &eutim, stvarni odnos nije tako jednostavan kako jeNe%lands pretpostavio. Njegov je rad smatran is#itrenim i nije bio ozbiljnijepri#vaen od drugi# kemiara.

Suvremeno periodino razvrstavanje elemenata utemeljeno je u radovimauliusa *ot#ara &e(era i, posebno, 8mitrija . &endeljejeva iz godine 1=;-.&edeljejev je otkrio Periodiki zakon koji se pojednostavljeno mo)e sa)eti uHSvrstaju li se elementi po rastu6im atomnim te3inama slinost u svojstvima periodiki se

ponavlja. &endeljejeva tabli!a svrstava elemente na takav nain da se slinielementi pojavljuju u okomitim stup!ima, skupinama, ili kako i# je on nazivaoobiteljima, 3amilijama


23/48


A@

Skupina

I II III IV V VI VII VIIIPeriod

aA B A B A B A B A B A B A B A B

1 H1.0

He4.0

2Li

6.9

Be

9.0

B

10.8

C

12.0

N

14.0

O

16.0

F

19.0

Ne

20.2

3Na

23.0

Mg

24.3

Al

27.0

Si

28.1

P

31.0

S

32.1

Cl

35.5

Ar

39.9

4

K

39.1

Cu

53.5

Ca

40.1

Zn

65.4

Sc

45.0

Ga

69.7

Ti

47.9

Ge

72.6

V

50.9

As

74.9

Cr

52.0

Se

79.0

Mn

54.9

Br

79.9

Fe

55.8

Co

58.9

Ni

58.7

Kr

83.8

5

Rb

85.5

Ag

107.

9

Sr

87.6

Cd

112.

4

Y

88.9

In

114.

8

Zr

91.2

Sn

118.

7

Nb

92.9

Sb

121.

8

Mo

95.9

Te

127.

6

Tc

I

126.9

Ru

101.

1

Rh

102.

9

Pd

106.

4 Xe

131.

3

6

Cs

132.

9

Au

197.

0

Ba

137.

3

Hg

200.

6

La*

138.

9

Tl

204.

4

Hf

178.

5

Pb

207.

2

Ta

180.

9

Bi

209.

0

W

183

Po

Re

186.2

At

Os

190.

2

Ir

192.

2

Pt

195.

1 Rn

7 Fr Ra Ac**

_ Ce140.1

Pr

140.9Nd

144.2Pm Sm

150.4Eu

152.0Gd

157.3Tb

158.9Dy

162.5Ho

164.9Er

167.3Tm

168.9Yb

173.0Lu

175.0

__ Th232.0

Pa U283.0

NpPu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

S*7F A.11 7ratki oblik 0abli!e Periodikog sustava kemijski# elemenata

Periodina tabli!a utemeljena na &endeljejevoj iz godine 1=>1. Jlementi koji nisu otkriveni do tegodine posebno su istaknuti u 0abli!i u sivoj boji. 5 &edeljejevoj 0abli!i =.+ skupina nije postojala

jer su plemeniti plinovi otkriveni u razdoblju izmeu 1=-A. do 1=-=.

Pitanje veliine koja odreuje redoslijed elementa u Periodikoj tabli!iotkrio je ispitivanjem spektara rentgenski# zraka u godinama 1-1@. i 1-1/. blistavibritanski znanstvenik enr( 4. . &osele(, koji je prema nekim izvorima biokemiar, a prema drugim 3iziar.1/$n je razvio primjenu rentgenski# spektara na

14enr( 4. . &osele( 1-1D?, 9ut#er3ordov uenik, krajnje je nada#nuto razvio primjenu

rentgenski# spektara na istra)ivanje atomne strukture. Smatran je jednim od najproni!ljiviji#

znanstvenika s poetka XX. stoljea. 7ao pripadnik engleskog plemstva mogao je izbjei odlazakna bojini!u poetkom . Svjetskog rata. Povodei se domoljubnim osjeajima to odbija, kao obianvojnikvezist odlazi na ratite te, pri prijenosu poruke, pogiba na 4alipolju 1-1D.


24/48


A/

istra)ivanje atomne strukture. 5smjere li se zrake visoke energije na metalnumetu, metal poinje isijavati rentgenske zrake. :raenje se mo)e rastaviti u svojesastavne valne duljine koje se 3otogra3ski mogu zapisati. 9azliiti metalimeteproizvest e razliite rentgenske spektre, a svaki spektar, uz kontinuirani,posjeduje i nekoliko karakteristini# spektralni# linija.

&osele( je istra)ivao rentgenske spektre @= elemenata atomni# brojeva od1@, aluminija do >-, zlata. 7oritenjem odgovarajui# spektralni# linija svakogelementa, ustanovio je da postoji linearna ovisnost izmeu kvadratnog korijena3rekven!ije linije i atomnog broja elementa


25/48


AD

!erija, D=Ge do lute!ija, >1*u treba biti 1/ elemenata u nizu te je ustanovio da e tielementi slijediti lantan u Periodikoj tabli!i. &osele(ev dijagram ukazivao je na

jo neto C da treba otkriti jo etiri kemijska elementa, koji pret#ode, po svommjestu u 0abli!i, elementu rednog broja >-, zlatu i to elementi s rednim brojevimaH/@


26/48


A;

Prva perioda sadr)i dva elementa, vodik i #elij. Sljedee periode imajuredom =, =, 1=, 1= i @A elementa, dok je >. perioda nedovrena. S izuzetkom 1.periode, svaka potpuna perioda poinje s alkalijskim metalom ;? poznati njemaki 3iziar i dobitnik Nobelove nagrade za

3iziku za 1-@A, jedan od utemeljitelja kvantne me#anike te poznat po tome to je bio jedan odnajva)niji# 3iziara XX. stoljea. Najpoznatiji je po otkriu sredinjeg naela moderne 3izike,8eisen!ergovog naela neodre5enostite za razvoj kvantne me#anike.


27/48


A>

esti!e, posjeduju valna svojstva. Prema Plan!ku, energija zraenja razmjerna je3rekven!iji prema izrazuH

+ h

+udui da je 3rekven!ija zraenja obrnuto razmjerna valnoj duljini slijediH

=

ch+

ma li 3oton masu m, za nju vrijedi Jinsteinova jednad)ba + m9cA, te se dobiva

=

chmcA

odakle slijediH

mc

h=

Potonji je izraz u svojoj doktorskoj diserta!iji objavio 3ran!uski 3iziar *ouis de

+roglie1;te iznio predpostavku da se analognim izrazom u oblikumv

h= mogu

opisati valna svojstva, tj. ponaanje bilo kojeg elektrona u atomu. :nakovi mi vunazivniku znae masu i brzinu elektrona u atomu. $va je pretpostavka o valnojprirodi materije bila viekratno potvrena pokusima. 7oristei de +roglieov izraz,austrijski je 3iziar Jr%in S!#rdinger godine 1-A;. razvio jednad)bu kojom suopisana valna svojstva, ponaanje elektrona u atomu, koja opisuje njegovu valnuprirodu.

S!#rdingerova jednad)ba temelj je "alne me&anike. $snovna veliinaizraza je "alna funkcija elektrona, . 7ad se jednad)ba rijei za elektron uvodikovom atomu dobije se niz valni# 3unk!ija. Svaka valna 3unk!ija odgovaraodreenom energijskom stanju elektrona i odnosi se na podruje u kojem se

elektron mo)e nai. 6alna 3unk!ija elektrona opisuje or!italu, tj. valna 3unk!ija jestorbitala i ne treba ju mijeati s pojmom orbite, ljuske koju je de3inirao +o#r.

1; *ouis 6i!tor Pierre 9a(mond, >. vojvoda od de +rogliea ?, 3ran!uski 3iziar koji jevojvodstvo naslijedio od svog starijeg brata, takoer 3iziara. 8e +roglie se spoetka kanioposvetiti #umanistikim znanostima te je diplomirao povijest. Poslije se okrenuo k matemati!i i3izi!i. :a razliku od svog brata &auri!ea koji je bio ekperimentalni 3iziar, *ouis 6i!tor se posvetioteorijskoj 3izi!i i u svojoj doktorskoj tezi $echerches sur la th:orie des ;uantagodine 1-AA. predstavio

je svoju teoriju elektronski# valova, koja je ukljuivala valnoestinu dualnu teoriju materijeutemeljenu na radovima Jinsteina i Plan!ka. Njegovo istra)ivanje doseglo je vr#una! u

pretpostav!i o valnoj prirodi esti!a i predmeta u kretanju. 0ime je de +roglie stvorio novo polje3izike I valnu mehaniku, koja je ujedinjavala 3iziku svjetla i materije, za to je nagraen Nobelovomnagradom godine 1-A-.


28/48


A=

ntenzitet vala razmjeran je kvadratu njegove amplitude. 6alna 3unk!ija jeamplitudna 3unk!ija. 5 bilo kojem polo)aju u prostoru kvadrat valne 3unk!ije, Aza vrlo malu zapreminu razmjeran je s gustoom elektronskog naboja. :a nabojelektrona mo)e se pretpostaviti da je raspren u oblak naboja zbog izuzetno brzogkretanja elektrona. Jlektronski oblak u nekim je podrujima gui nego udrugima. 6jerojatnost nala)enja elektrona u danom podruju razmjerana jegustoi naboja u toj toki. 6jerojatnost je visoka u podruju gdje je oblak gust.$vaj opis nema za !ilj opisati putanju elektrona, to je puko predvianje gdje bi seelektron vjerojatno trebao nai.

:a elektron vodikovog atoma u osnovnom stanju opisanom s n 1


29/48


A-

elektronska gustoa jednaka je niti!i, dok se obod atoma, mjesto gdje elektronska gustoaisezava, ne mo)e jasno odrediti.

Na nekoj udaljenosti, a u vodikovom atomu krivulja pokazuje vr#una!.5kupna vjerojatnost nala)enja elektrona u svim tokama na udaljenosti r od

jezgre najvea je kada je r a. $va je vrijednost ista kao ona odreena u+o#rovom modelu atoma za polumjer ljuske odreen kvantnim brojem n 1.Prema +o#ru, audaljenost je na kojoj se elektron nalazi u ljuski n 1. 5 valnojme#ani!i, audaljenost je na kojoj e se elektron najee nai.

Nemogue je slikovito prikazati grani!u podruja u kojem e vjerojatnostnala)enja elektrona biti 1O. pak, mo)e se na!rtati povrina koja povezuje toke

jednake vjerojatnosti te koja obu#vaa zapreminu u kojoj je vjerojatnost nala)enja

elektrona najvea, primjeri!e -O. 0akav prikaz predstavlja graninu povrinui zaelektron u osnovnom stanju s n 1 prikazan je na Sl. A.1@

2.13 K&antni )roje&i2.13 K&antni )roje&i2.13 K&antni )roje&i2.13 K&antni )roje&i

5 valnoj me#ani!i, elektronske gustoe vieelektronskog atoma podijeljena je uljuske. Svaka ljuska sadr)i jednu ili vie podljusaka. Potonje se sastoje od jedne ilivie or!itala u kojima prebivaju elektroni. Svaki se elektron u atomu mo)eprepoznati premu setu etiri kvantna !roja koji ukazuju na ljusku, podljusku,

orbitalu i sam elektron.'la"ni k"antni broj, n odgovara pribli)no varijabli n kako ju je opisao+o#r. $na oznauje ljusku ili razinu kojoj elektron pripada. *juske predstavljajupodruja u kojima je vjerojatnost nala)enja elektrona visoka. 4lavni kvantni brojmo)e poprimiti bilo koju pozitivnu !jelobrojnu vrijednostH

n 1, A, @, . . .

6rijednost glavog kvantnog broja odreuje udaljenost ljuske od jezgre.Svaka ljuska sastoji se od jedne ili vie podljusaka, podrazina. Nji#ov broj

odreen je iznosom glavnog kvantnog broja n. Samo jedna podljuska postoji uljus!i glavnog kvantnog broja n 1, dvije u ljus!i odreenoj s n A, itd. 7ako bi sepodljuske mogle razlikovati pripisuje im se sporedni, orbitalni ili azimutnik"antni broj, l. 4ranine, odnosno mogue vrijednosti sporedni# kvantni#brojeva, lpodljusaka neke ljuske odreene su iznosom glavnog kvantnog broja, nljuske. Postoji jedna vrijednost lza svaki term u nizu.

l , 1, A, @, . . . ,


30/48


@

pripadaju podljuskama sa sporednim kvantnim brojevima l i 1. $dreuje liljusku glavni kvantni broj n @, le imati vrijednosti , 1 i A, itd.

5mjesto brojeva uvedena su svojedobno slova kao znakovi za razlikovanjepodljusaka. 4ra3emi koriteni za oznaivanje podljusaka suH

l , 1, A, @, /, D, . . .Slovna oznaka C s p d f g h. . .

Prve etiri oznake poetna su slova pridjeva koje spektroskopiari koriste zaprepoznavanje spektralni# linijaH sod sharp


31/48


@1

l , 1, A, @, /, . . .$dgovarajua slovna oznaka C s p df g . . .

+roj orbitala podljuske C 1, @, D, >, -, . . .8otino znai sljedeeH neovisno o glavnom kvantnom broju, ukoliko je oznakapodljuske s, a potonje je uvijek ako je l , podljuska sadr)i jednu or!italuR ppodljuska bilo kojeg glavnog kvatnog broja imat e tri or!italeR dposljuska imat e

pet or!itala, itd.5nutar pojedine podljuske, orbitale se mogu razlikovati s pomou

magnetnog orbitalnog k"antnog broja,ml. :a bilo koju podljusku, vrijednosti mldane su termima u nizuH

ml Tl, T


32/48


@A

A TA, T1, , 1, A /d D@ T@, TA, T1, , 1, A, @ /f >

5 $dsjeku A.1A obrazlo)en je, a na Sl. A.1@ prikazan i opisan nabojni oblakelektrona orbitale 1s. Svaki od tri dijela Sl. A.1> odnosi se redom na nabojni oblakorbitale 1s, As i @s. Grte) lijevo na Sli!i A.1> predstavlja krivulje vjerojatnosti utoki, Ate radijalne vjerojatnosti raspodjele, Aza orbitalu 1skao i kvadrantniisjeak elekronskog oblaka s osjenanim podrujem koje ukazuje na mjesta ukojima je vjerojatnost nala)enja elektrona visoka. Na krivulji ALr As orbitaleuoavaju se dva vr#un!a, mjesta gdje je vjerojatnost nala)enja elektrona razmjernovelika C jedan od nji# bli)i je, a drugi udaljeniji od jezgre. 8akle, u nabojnomoblaku orbitale Aspostoje podruja gdje je elektronska gustoa razmjerno visoka,

ali i podruje u kojem je elektronska gustoa jednaka niti!i. &eutim, !rte)granine povrine orbitale As po pojavnosti isti je kao i onaj orbitale 1s, osim sobzirom na veliinu, opseg. Simetrija raspodjele elektronske gustoe orbitalB s jekuglasta, ka)e se da su orbitale ss3erno simetrine.

2s o!itala 3s o!itala1s o!itala

n% 2l% 0

r

2 n% 2l% 0

r

2

n% 1l% 0

r

2 n% 1l% 0

r

2

n% 1l% 0

r

2 n% 1l% 0

r

2

n% 2l% 0

r

2 n% 2l% 0

r

2 n% 3l% 0

2

r

n% 3l% 0

2 n% 3l% 0

2

r

n% 3l% 0

r

2 n% 3l% 0

r

2

S*7F A.1> 9aspodjela elektronske gustoe 1s, Asi @sorbitale.

9azvie za svaku od s orbitala prikazano je na tri nainaH gra3ikonom vjerojatnosti elektronskegustoe, A


33/48


@@

kvadrantu As i @s orbitala naziru se povrine.

Neovisno o glavnom kvantnom broju uvijek postoje tri, po oblikuistovjetne, orbitale simetrije p. Grte) granine povrine Apzorbitale prikazan je naSl. A.1=. ezgra se nalazi u is#oditu prostornog koordinatnog sustava. Jlektronskagustoa orbitalB pnije kuglasto rasprostrta. 5mjesto toga, svaka orbitala psastojise od dva dijela, dva re)nja, svaki od koji# je smjeten s jedne strane nodalneravnine. +ez obzira na nji#ovu istovjetnost glede oblika, pojedine orbitale prazlikuju se u prostornoj usmjerenosti. +udui da re)njevi zauzimaju polo)aj uodnosu na prostorni koordinatni sustav, tj. du) osi M, ( i z, oznauju se oznakamaApM, Ap(odnosno Apz.

A

r

nP AlP 1

A

r

nP AlP 1

z

M

(

pz

z

M

(

pz

z

M

(

pzz

M

(

pzz

M

(

pz

pM

p(

z

M

(

pz

pM

p(

. $rbitala skuglasto je simetrina te vanjsko magnetno polje nema utje!aja naenergiju selektrona. Neovisno o tome kako se elektronska gustoa, nabojni oblakkuglastog oblaka postavi, kako god se kugla okrene, ona uvijek izgleda isto sobzirom na neku re3erentnu toku. 7uglasta orbitala s u magnetnom poljupredstavlja uvijek isti poremeaj za vanjsko polje.

$rbitale pnisu kuglasto, ve valjkastosimetrine. Svaka orbitala podljuske prazlikuje se u svom prostornom usmjerenju jedna u odnosu na drugu. Stoga,svaka e pojedina orbitala predstavljati poseban poremeaj za silni!e vanjskog

1>Nodalno mjesto


34/48


@/

magnetnog polja. $rbitale p sve su istovjetne s obzirom na iznos energije. 5odsutnosti vanjskog magnetnog polja nemogue je razlikovati elektrone kojinapuuju razliite orbitalep. &eutim, zapisuje li se linijski spektar uzorka, kojegse po )elji mo)e podvrgnuti utje!aju vanjskog magnetnog polja, ustanovit e sekako se, pri ukljuenom polju, glavne


35/48


@D

odreuje energija orbitale u kojoj se nalaze, a potonja je odreena spomenutimkvantnim brojevima. S obzirom da svaka orbitala bilo koje podljuske mo)e bitipopunjena s najvie po dva elektrona, energija pojedinog elektrona odreena je,pored tri kvantna, jo s jednim kvantnim brojem koji pripada iskljuivo elektronu,a to je magnetni spinski k"antni broj,ms.

Wetvrti kvantni broj, magnetni kvantni broj spina, msposljedi!a je svojstvaelektrona koji se ne vrti samo oko jezgre ve i oko svoje zamiljene osi, poputzvrka. Postojanje potonjeg kvantnog broja, dokazano neizravno u linijskimspektrima udvajanjem i oni# na3iniji# linija spektra pod utje!ajem magnetnogpolja, posljedi!a je dualne prirode elektrona. Predstavi li se elektron u svommaterijalnom obliku, poput siune kugli!e, njegova vrtnja oko osi stvarat emagnetno polje koje proizvodi svaki naboj u kretanju. Smjer dotinog, spinskogmagnetnog polja ovisit e o smjeru vrtnje elektrona koja mo)e biti samo dvojaka,slikovito C slijeva udesno, odnosno zdesna ulijevo. +udui da su samo dva smjeravrtnje mogua, postoje samo dvije vrijednosti magnetnog spinskog kvantnogbroja, msH T` i C`. Stoga, svaki elektron posjeduje magnetni moment koji mupripada zbog njegove vrtnje. &agnetni momenti dva elektrona nasuprotne vrtnjeponitit e jedan drugog.

8akle, postoje etiri kvantna broja kojima se mo)e opisati energijaelektrona s obzirom na ljusku, podljusku i orbitalu u kojoj se nalazeH

1. 4lavni kvantni broj, nC kvantni broj ljuske, opisuje prosjenu udaljenostelektrona od jezgreR

A. Sporedni kvantni broj, lC kvantni broj podljuske, opisuje oblik orbitale. Sveorbitale pojedine podljuske imaju istu energiju, degenerirane suR

@. &agnetni orbitalni kvantni broj, mlopisuje prostorno usmjerenje orbitaleR/. Spinski magnetni kvantni broj, msodnosi se na smjer vrtnje elektrona .

Postavlja se bitno pitanjeH e li mogue razlikovati svaki pojedini elektronmnogoelektronskog atoma s obzirom na njegovu energijuV Na dotino pitanjeodgovor daje *aulije"o naelo iskljuenja1- prema kojem u istom atomu nepostoje dva elektrona koji bi imali istovjetni set sva etiri kvantna broja. Wak i usluaju da dva elektrona imaju iste kvantne brojeve n, l i ml razlikovat e se uspinskom magnetnom kvantnom broju, ms. $va tvrdnja opisuje nain na koji e seorbitale popunjavati elektronima I ona ukazuje na sparivanje elektrona suprotni#spinova u orbitali. $rbitala 1s, kojoj je energija opisana s tri kvantna broja n, li ml,mo)e se napuiti s najvie dva elektrona suprotni# spinova. Jnergija e im bitiopisana s dva seta kvantni# brojeva


36/48


@;

7vantni brojevi orbitala prvi# etiriju ljusaka navedeni su u 0abli!i A.D.Setovi kvantni# brojeva za elektrone u ovim orbitalama mogu se dobiti pridru)i lise vrijednost mssetu vrijednosti n, li mlkoji opisuju orbitalu.

Najvei broj elektrona koji ljuska mo)e sadr)avati je AnA. Svaka orbitalamo)e imati najvie dva elektrona. :bog toga je najvei broj elektrona u ljuski

jednak dvostrukom broju orbitala ljuske. +roj elektrona podljuske jednak jedvostrukom broju orbitala podljuske. 9aspodjela broja elektrona po orbitalama,podljuskama i ljuskama navedna je u 0abli!i A.;.

Tablica 2.+Najvei broj elektrona podljusaka prve etiri ljuske

Podljuska +roj orbitalapo podljus!i+roj elektrona

u podljus!i+roj elektronau ljus!i 1/

@A

2.2.2.2.1'1'1'1' op#nja&anje or)ita"a i 4#ndo&o pra&i"oop#nja&anje or)ita"a i 4#ndo&o pra&i"oop#nja&anje or)ita"a i 4#ndo&o pra&i"oop#nja&anje or)ita"a i 4#ndo&o pra&i"o

Nain na koji su elektroni rasporeeni u elektronskoj ovojni!i naziva seelektronska konfiguracija. :a prvi# 1= elemenata, osnovno stanje elektronskekon3igura!ije mo)e se izvesti uz pretpostavku da elektroni popunjuju ljuske sporastom vrijednosti n, a unutar ljuske s porastom l. 7ad su u pitanju elementi s

atomnim brojevima veim od 1= stanje je neto slo)enije i o nji#ovim elektronskimkon3igura!ijama raspravlja se u $dsjeku A.1D.5 0abli!i A.> prikazana su dva naina na koje je mogue prikazati

elektronsku kon3igura!iju. 5 orbitalnom dijagramu okomite strjeli!e slikovitoprikazuju elektron s pripadajuom mu vrtnjom odreenom spinskim magnetnimkvantnim brojem, msT` odnosno I` . Smjerom strjeli!e 3ormalno se )eli ukazatina smjer magnetnog polje koje stvara vrtnja naboja. Jlektronskim oznaivanjem,elektronska kon3igura!ija atoma sa)eta je na neto drukiji nain. :a to se rabevrijednosti glavnog kvantnog broja, spektroskopska oznaka podljuske te, kaogornji znak, broj elektrona u orbitalama podljuske.

Prva perioda Periodike tabli!e sadr)i dva elementa C vodik i #elij.


37/48


@>

edan elektron vodikovog atoma nalazi se u 1s orbitali koja je odreenakvantnim brojevima


38/48


@=

Jlement s rednim brojem pet je bor. 5kupno pet elektrona borarasporeeno je kako slijediH dva spinski sparena elektrona napuuju 1sorbitalu,sljedea dva, spinski sparena, nalaze se u orbitali As, dok se peti elektron nalazi uApM orbitali. S obzirom da su energije svi# triju p orbitala iste, orbitale sudegenerirane, smjetavanje petog elektrona u ApMje proizvoljno. 8otini se elektron,3ormalno, mo)e nalaziti u bilo kojoj od tri orbitale p. Jlektronska kon3igura!ijaborovog atoma je 1sAAsAAp1.

Jlektronska kon3igura!ija estog elementa, ugljika izvodi se iz kon3igura!ijebora dodavanjem jednog elektrona. 5pitno je smjetavanje estog elektrona uorbitale podljuske simetrije p ugljikovog atoma. oe li esti elektron ui uorbitalu koja ve sadr)i jedan elektron ili e se smjestiti u jednu od dvije preostaleprazne orbitalepV 7oja je spinska orijenta!ija estog elektronaV

$dgovor na to pitanje daje undo"o pra"ilo naj"e#eg multipliciteta.APrema undovom pravilu osnovno stanje elektronske konfiguracije posti3e se

popunjavanjem or!ital= iste energije podljuske nesparenim elektronima s paralelnimspinom. zrazparalelni spinznai da se svi nespareni elektroni vrte u istom smjeru,tj. da sve msvrijednosti ovi# elektrona imaju isti predznak.

5 ugljikovom atomu, svaki Ap elektron zauzima odvojene orbitale, a obaelektrona imaju istu spinsku orijenta!iju. $va su dva nesparena elektrona jasnoprikazana u orbtalnom dijagramu za ugljikov atom u 0abli!i A.>. ako bi,3ormalno, elektronsku kon3igura!iju ugljikova atoma trebalo pisatiH 1sAAsAApMp( tose izbjegava iz praktiki# razloga. $na se pieH 1sAAsAApA, ali se na umu uvijek imada raspored ugljikovi# elektrona podlije)e undovom pravilu.

Pie li se elektronska kon3igura!ija na potonji, skraeni, ali praktiniji nain,eksponent u ozna!i koji predstavlja broj elektrona ne govori u prilog tomu jesu lielektroni spareni ili ne. Fko je eksponent broj ve!i od A


39/48


@-

$dbijanja ta dva elektrona ugljikova atoma bilo bi neuporedivo jae kad bi se obanalazila upMorbitali sa sparenim spinovima.

7ako se rasporeuju elektroni u podljus!i Ap simetrije u sluaju atomapreostali# elemenata druge periode, duika do neona, prikazano je odgovarajuimorbitalnim dijagramom i oznakom nji#ove elektronske kon3igura!ije ?.7ad god je to mogue i opravdano, elektroni e, sukladno undovom pravilu,uvijek popunjavati orbitale iste energije s rasparenim spinovima, a to naroitodolazi do izra)aja u sluaju atoma duika. Njegova elektronska kon3igura!ija1sAAsAAp@ukazuje na samo jedan nespareni elektron, ali u biti sva tri Apelektronaduikova atoma raspareni su i nalaze se pojedinano upM,p(ipzorbitali podljuskeodreene s l 1. undovo pravilo vrijedi uvijek, neovisno o vrsti orbitala. 0ako ese u sluaju podljuske odreene s l A, u pet orbitala d simetrije moi nai petnespareni# elektrona, a u sluaju podljuske odreene s l @, u sedam orbitala fsimetrije iste energije, sedam raspareni# elektrona istog spinskog magnetnogkvantnog broja. 8o sparivanja elektrona u orbitalama p, d odnosno f simetrijemo)e doi tek nakon to broj elektrona u podljus!i premai redom broj od @, Dodnosno > elektrona. $ elektronskim kon3igura!ijama mnogoelektronski# atomabit e vie rijei u nastavku tiva, a kao dodatak ovom tivu u 0abli!i A.- navedenesu elektronske kon3igura!ije elementa do rednog broja 1@.

&agnetnim mjerenjima mogue je ustanoviti postojanje i broj nespareni#elektrona u atomu elementa. 0vari koje posjeduju nesparene elektrone posjedujumagnetizam koji i# nastoji uvui u vanjsko magnetno polje, u podruje guegmagnetnog toka. 0akve se tvari nazivaju paramagnetinim. Nji#ov magnetnimoment ovisi o broju nespareni# elektrona. Paramagnetizmu atoma pridonosedva uinkaH vrtnja nespareni# elektrona i nji#ovo orbitalno kretaje. $d dva uinkaizra)eniji je onaj elektronskog spina, a u mnogim sluajevima uinak orbitalnogkretanja raspareni# elektrona je zanemarljiv.

0vari kojima su svi elektroni u atomu spareni ponaaju se, s obzirom navanjsko magnetno polje, potpuno drukije i nazivaju se dijamagnetinim.8ijamagnetina tvar stavljena u magnetno polje nastojat e izii iz njega, tj.pomaknuti se u podruje rjeeg magnetnog toka. 8ijamagnetizam je prirodnosvojstvo sve materije s obzirom da i paramagnetine tvari posjeduju, porednespareni#, i sparene elektrone. &eutim, u koliko su u atomima prisutninespareni elektroni, dijamagnetizam tvari bit e zasjenjen jaim paramagnetinimuinkom.A1

5 0abli!i A.= navedene su elektronske kon3igura!ije vanjske, valen!ijskeljuske atoma elemenata prve tri periode. 5nutarnje ljuske svakog od ti# atoma supopunjene, te e tako svi elementi druge periode sadr)avati popunjenu ljusku#elija, Ae 1sA, dok e svi elementi tree periode sadr)avati popunjenu ljuskuneona, 1Ne 1sAAsAAp;. 5oava se slinost meu elektronskim kon3igura!ijamaelemenata pojedine skupine. Primjeri!e, svi elementi 1.


40/48


/

u skupinama razlikuje se samo po vrijednosti glavnog kvantnog broja. Slinostelektronske kon3igura!ije elemenata pojedine skupine objanjava nji#ovu slinost3izikalni# i kemijski# svojstava.

$bodne ljuske atoma nazivaju se valen!ijskim ljuskama, a elektroni u njimavalen!ijskim elektronima. Svi elektroni u valen!ijskoj ljus!i, neovisno u kojoj sepodljus!i nalazili ubrajaju se u valen!ijske elektrone. :a elemente, lanoveskupinB F


41/48


/1

Sve orbitale dane podljuske energijski su ekvivalentne. Primjeri!e, energijabilo koje od tri orbitale @pistovjetna je energiji preostale dvije orbitale @p. Svi# petorbitala @distovjetne su s obzirom na energiju. &eutim, orbitale koje pripadajurazliitim podljuskama iste ljuske imaju razliite energije. :a odreenu vrijednostglavnog kvantnog broja energija podljusaka, a to znai i nji#ovi# orbitalapoveava se u nizuH s c p c d c f. Primjeri!e, radi li se o ljus!i s n @, najni)uenergiju ima orbitala @s, neku srednju ima tri orbitale @p, a najviu pet orbitala @d.Ponekad se, meutim, energije orbitala razliiti# ljusaka preklapaju. 0ako u neki#atoma energija orbitale /smo)e biti ni)a od energije orbitala @d.

Ne postoji mjerodavni poredak orbitala utemeljen na nji#ovim energijama,koji bi se odnosio strogo na sve elemente. 5 zamiljenom auf!aupro!esu, prirodaatoma mijenja se dodatkom protona i neutrona u jezgru te odgovarajuimpoveanjem broja elektrona u elektronskoj ovojni!i atoma. Sreom, poredakorbitalni# energija mijenja se od elementa do elementa sporo i pravilno. Na taj senain mo)e doi do auf!auporetka prikazanog na Sli!i A.A1.

@p

@s

/s

Ds

;s

>s

1s

As

/p

Dp

Ap

;p/fDd

;d

@d

Df

/d

2nergija,

E

@p

@s

/s

Ds

;s

>s

1s

As

/p

Dp

Ap

;p/fDd

;d

@d

Df

/d

2nergija,

E

$vaj se poredak odnosi samo na polo)ajorbitale


42/48


/A

podljusaka postaje sve manja, iznosi energija postaju sve bliskiji. 5inak prodiranja zajedno ssmanjenjem energijski# razlika ima za posljedi!u preklapanje neki# podljusaka. Primjeri!e,podljuska /sima neto ni)u energiju od podljuske @dte se popunjuje prva.

+lokovi koji imaju najmanji broj elemenata, sblok ipblok, obu#vaaju elementeglavni# skupinaH sbloku pripadaju elementi 1. i A. skupine F

1>

1sAs Ap@s @p/s @d /pDs /d Dp;s /f Dd ;p>s Df ;d >p

/d

;d

@d

Dd

@p

/p

Dp

;p

Ap

Df

/f

;d

1s

Dd

1s

+

>

=+

= - 1.

;+

;

@+

@

/+

/

D+

D

1+

11

A+

1A

DF

1D

;F

1;

=F

1=

/F

1/

@F

1@

>F

1>

1sAs Ap@s @p/s @d /pDs /d Dp;s /f Dd ;p>s Df ;d >p

/d

;d

@d

Dd

@p

/p

Dp

;p

Ap

Df

/f

S*7F A.AA Povezanost orbitalnog popunjavanja i Periodike tabli!e .

$blik Periodike tabli!e s oznaenim blokovima podljuske. Prelazimo li periodom od elementa doelementa slijeva udesno opa)a se da su elementi skupljeni u blokove podljusaka koje slijede jedandrugi kako im se poveava energija. S#ema ispod Periodike tabli!e jasno upuuje kojimredoslijedom se popunjavaju podljuske, sukladno svojim energijama.

4lavni kvantni broj di3eren!irajueg elektrona, za elemente glavni#skupina


43/48


/@

Prva perioda Periodike tabli!e sadr)i samo dva elementa C vodik i #elij.$ba su elementi sbloka. Jlektronska kon3igura!ija vodika je 1s1, a #elija 1sA.

8ruga perioda poinje s litijem


44/48


//

Nakon nji# slijedi drugi prijelazni niz u kojem se elektroni dodaju u /dpodljusku.$vaj niz poinje s itrijem, @-, 7r/d1DsAi zavrava s kadmijem, D/Gd, 7r/d1DsA.Peta perioda zavrava s nizom elemenata od indija do ksenona kojima se elektronidodaju u Dp podljusku. 7senon, D/Xe ima kon3igura!iju 7r/d1DsADp;. Na krajuove periode podljuska /fjo je uvijek prazna.

Yesta perioda je, glede izgradnje elektronske kon3igura!ije, mnogo slo)enijauzme li se u obzir orbitalno preklapanje. Prva dva elementa, !ezij i barij,popunjavaju elektronima ;s orbitaluH DDGs Xe;s1R D;+a 7r;sA. $vdje dolazi upitanje primjena auf!au naela. Podljuske /f i Dd vrlo su sline po iznosimaenergija. *antanu, D>*a, koji slijedi nakon barija, di3eren!irajui elektron ulazi u Ddpodljusku, to je u skladu s injeni!om to je lantan prijelazni element. &eutim,!erij, D=Ge, stavlja svoj di3eren!irajui elektron u /fpodljusku u koju se premjeta iDd elektron lantana.0ako, kon3igura!ija lantana jeH 7r/d1DsADp;Dd1;sA, a !erija7r/d1/fADsADp;;sA. :a elemente rednog broja D=. do >.

$vi# 1/ elemenata nazivaju se unutarnji prijelazni elementi, a kako slijedenakon lantana nazivaju se i lantanoidima.:a ove elemente dodavanje elektronadogaa se u treoj podljus!i . i ==, 3ran!ij i radij, popunjavaju elektronima >spodljusku. Nakon nji# slijediaktinij, =-F! kojem di3eren!irajui elektron ulazi u ;d podljusku. Sljedei# 1/elemenata, od rednog broja -. do 1@. pripadaju aktinoidima, unutarnjimprijelaznim elementima tako nazvanim jer slijede nakon aktinija. $nidi3eren!irajuim elektronima popunjava orbitale Dfpodljuske, dok se nakon toga,prijelaznim elementima rednog broja veeg od 1@, elektroni dodaju u ;dpodljusku. Stvarna elektronska kon3igura!ija atoma neki# elemenata sedmeperiode odstupa unekoliko od kon3igura!ije predviene auf!aunaelom.

:a odreivanje elektronske kon3igura!ije bilo kojeg elementa poe se odvodika i na temelju periodike tabli!e obraunava se svaki dodani elektron dok sene dostigne )eljeni element. Primjeri!e, vol3ram, >/" u prvoj periodi ima dvaelektrona 1sAR u drugoj osam AsAAp;R treoj osam @sA@p;R etvrtoj osamnaest/sA@d1/p; i petoj takoer osamnaest DsA/d1Dp;. Yesta perioda, u kojoj se nalazivol3ram, poinje sa ;sA za !ezij i barij, dodaje se /f1/ za unutarnje prijelazneelemente, a elektronska kon3igura!ija je zakljuena s Dd/, s bzirom da je vol3rametvrti element u Ddprijelaznom nizu. Potpuna elektronska kon3igura!ija vol3rama

jeH 1sAAsAAp;@sA@p;/sA@d1/p;DsA/d1/f1/Dp;Dd/;sAili krae XeDd/;sA.Popunjavanje elektronima elektronske ovojni!e primjenom auf!aunaela ne

mo)e se primijeniti na pro!ese koji ukljuuju gubitak elektrona


45/48


/D

oniza!ijom se gube /selektroni, iako su prema auf!aunaelu @delektroni ti koji suposljednji napuili elektronski oblak. 5 neutralnom atomu )eljeza broj protona ielektrona je jednak. 5 dvovalentnom ionu )eljeza broj elektrona je manji za A.Jnergijski redoslijed orbitala razlikuju se u atomu i ionu. $penito, elektroni kojise prvi gube ioniza!ijom su oni s najviim vrijednostima n i l. Jlektonskukon3igura!iju trebalo bi, zbog toga, pisati s obzirom na iznose ni l, a ne na temeljupretpostavljenog redoslijeda popunjavanja.

2.2.2.2.1(1(1(1( o"#pop#njene i pop#njene pod"j#skeo"#pop#njene i pop#njene pod"j#skeo"#pop#njene i pop#njene pod"j#skeo"#pop#njene i pop#njene pod"j#ske

Jlektronske kon3igura!ije predviene auf!aunaelom potvrene su spektralnim imagnetnim mjerenjima za veinu elemenata. Postoji, meutim, nekoliko primjeraneznatnog odstupanja od mjerodavnog motiva. Ponekad, ova odstupanja mogue

je objasniti na temelju postojanosti popunjeni#, odnosno polupopunjeni#podljusaka.

Predviena kon3igura!ija @d i /spodljuske u atomu kroma, A/Gr je @d//sA,dok je pokusom utvrena kon3igura!ija @dD/s1. Predvidivo, postojanost postignutanespareim elektronima u orbitalama @d podljuske DsADp;Dd1;sAkoja sadr)i polupopunjenu /fpodljusku i jedan Ddelektron.

Predviena elektronska kon3igura!ija dvije posljednje podljuske bakra,A-Gu je @d-/sA, dok je pri#vaena @d1/s1. $bjanjenje za ovo odstupanje le)i upostojanosti @d1/s1kon3igura!ije koje slijedi iz potpuno popunjene @dpodljuske.Srebro, />Fg i zlato, >-Fu takoer imaju kon3igura!ije s potpuno popunjenom dpodljuskom, umjesto predviene kon3igura!ije


46/48


/;

2.2.2.2.1*1*1*1* rste e"emenatarste e"emenatarste e"emenatarste e"emenata

9azvrstavanje elemenata na metale i nemetale temelji se na odreenim svojstvima.etali su dobri provodni!i topline i elektrike, svjetlu!aju na svojstven nain,kovki su i duktilni, tj. mogu se izvlaiti u )i!u. S druge pak strane, nemetali suvrlo loi provodni!i elektrike i topline, ili su izolatori, ne svjetlu!aju poput metalai kr#ki su u vrstom stanju.

$ko =O svi# poznati# elemenata su metali. Stubasta dijagonalnarazdjelni!a u desnom kraju Periodike tabli!e predstavlja pribli)nu grani!uizmeu metala i nemetala. Nemetali su smjeteni u Periodikoj tabli!i udesno odrazdjelni!e. Podjela, meutim, ne predstavlja otru grani!u budui da elementi ublizini razdjelin!e, katkada nazvani metaloidima ili polumetalima, imaju svojstvakoja su intermedijarna izmeu metalni# i nemetalni#.

Jlementi se mogu takoer razvrstati prema nji#ovim elektronskimkon3igura!ijama.

Plemeniti plinovi.$vi se elementi mogu nai na kraju svake periode u 1=.


47/48


/>

toga, elektroni tri vanjske ljuske mogu biti ukljuene u kemiju ovi#elemenata. 5nutarnji prijelazni elementi su metali. $ni su paramagnetini,a nji#ovi spojevi paramagnetini i inetnzivno obojeni.


48/48


TA$/0A 2.3Sa)ete elektronske kon3igura!ije elemenata redni# brojeva 1. do 1@.

Perioda+lementiskupine

+lement 7onfiguracija Perioda+lementiskupine

+lement 7onfiguracija

1 1s1 D@ 7r/d1DsADpD1 sblokAe 1sA D

pblokD/Xe 7r/d1DsADp;

@*i eAs1 DDGs Xe;s1sblok/+e eAsA

sblokD;+a Xe;sA

D+ eAsAAp1 dblok D>*a XeDd1;sA;G eAsAApA D=Ge Xe/fA;sA>N eAsAAp@ D-Pr Xe/f@;sA=$ eAsAAp/ ;Nd Xe/f/;sA-' eAsAApD ;1Pm Xe/fD;sA

Apblok

1Ne eAsAAp; ;ASm Xe/f;;sA11Na Ne@s1 ;@Ju Xe/f>;sAsblok1A&g Ne@sA ;/4d Xe/f>Dd1;sA1@Fl Ne@sA@p1 ;D0b Xe/f-;sA

1/Si Ne@sA@pA ;;8( Xe/f1;sA1DP Ne@sA@p@ ;>o Xe/f11;sA1;S Ne@sA@p/ ;=Jr Xe/f1A;sA1>Gl Ne@sA@pD ;-0m Xe/f1@;sA

@pblok

1=Fr Ne@sA@p; >b Xe/f1/;sA1-7 Fr/s1

fblok

>1*u Xe/f1/Dd1;sAsblok

AGa Fr/sA >A3 Xe/f1/DdA;sAA1S! Fr@d1/sA >@0a Xe/f1/Dd@;sAAA0i Fr@dA/sA >/" Xe/f1/Dd/;sAA@6 Fr@d@/sA >D9e Xe/f1/DdD;sAA/Gr Fr@dD/s1 >;$s Xe/f1/Dd;;sAAD&n Fr@dD/sA >>r Xe/f1/Dd>;sAA;'e Fr@d;/sA >=Pt Xe/f1/Dd-;s1

A>Go Fr@d>/sA >-Fu Xe/f1/Dd1;s1A=Ni Fr@d=/sA

dblok

=g Xe/f1/Dd1;sAA-Gu Fr@d1/s1 =10l Xe/f1/Dd1;sA;p1

dblok

@:n Fr@d1/sA =APb Xe/f1/Dd1;sA;pA@14a Fr@d1/sA/p1 =@+i Xe/f1/Dd1;sA;p@@A4e Fr@d1/sA/pA =/Po Xe/f1/Dd1;sA;p/@@Fs Fr@d1/sA/p@ =DFt Xe/f1/Dd1;sA;pD@/Se Fr@d1/sA/p/

;

pblok

=;9n Xe/f1/Dd1;sA;p;@D+r Fr@d1/sA/pD =>'r 9n>s1

/

pblok

@;7r Fr@d1/sA/p;sblok

==9a 9n>sA@>9b 7rDs1 dblok =-F! 9n;d1>sA

sblok@=Sr 7rDsA -0# 9n;dA>sA@- 7r/d1DsA -1Pa 9nDfA;d1>sA/:r 7r/dADsA -A5 9nDf@;d1>sA/1Nb 7r/d/Ds1 -@Np 9nDf/;d1sA/A&o 7r/dDDs1 -/Pu 9nDf;>sA/@0! 7r/d;Ds1 -DFm 9nDf>>sA//9u 7r/d>Ds1 -;Gm 9nDf>;d1>sA/D9# 7r/d=Ds1 ->+k 9nDf=;d1>sA/;Pd 7r/d1 -=G3 9nDf1>sA/>Fg 7r/d1Ds1 --Js 9nDf11>sA

dblok

/=Gd 7r/d1DsA 1'm 9nDf1A>sA/-n 7r/d1DsADp1 11&d 9nDf1@>sADSn 7r/d1DsADpA 1ANo 9nDf1/>sA

>

fblokD

p bl k

2_građa atoma

Documents