AZ ATOMOK SZERKEZETE

S A PERIODICITS

a peridusos rendszer kifejlesztse

fny, elektromgneses sugrzs, atomspektrumok

kvantummechanikai atommodell

elektronkonfigurci

fizikai tulajdonsgok periodicitsa

Dimitrij I. Mengyelejev (1834-1907)

Mengyelejev 1869-71

Co-Ni problma 27Co: 58,93 28Ni: 58,70

Mirt Mengyelejev?

hibs atomtmegek felttelezse

fel nem fedezett elemek megjslsa

Ar: 39,95 K: 39,10 nem problma

52Te: 127,6 53I: 126,9

Be: 14 9

U: 120 240

ekaszilcium: Ge ekaalumnium: Ga

ekabr: Sc ekamangn: Tc trimangn: Re

ekaszilcium Ge

atomtmeg 72 72,59

srsg (g/cm3) 5,5 5,35

olvadspont (C) magas 947

szn szrke szrke

oxid srsge (g/cm3) 4,7 4,7

az oxid kmija gyengn bzikus gyengn bzikus

klorid forrspont 100 C alatt 86 C (GeCl4)

klorid srsg (g/cm3) 1,9 1,9

A nemesgzok felfedezse

Sir William Ramsay (1852-1916)

Ar: a leveg sszettelnek vizsglata (Henry Cavendish 1785)

He: a Nap spektrumvonalai

(Pierre Janssen 1868)

He: urnsvnyok vizsglata (William F. Hillebrand 1888)

1890-es vek:

Ar (1894, leveg) He (1895, urnszurokrc)

Ne, Kr, Xe (1898, leveg)

Rn (1900, rdiumemanci, Friedrich Dorn)

Mengyelejev, 1904

Hidrognnl knnyebb elemek jslata Nyjtott peridusos rendszer (1905)

Alfred Werner (1866-1919)

H He

Li Be B C N O F Ne

Na Mg Al Si P S Cl Ar

K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr

Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe

Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn

Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn

Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

1913 Nobel-dj: a komplexkmia megalaptsa

H

He Li

Be B C N O F Ne Na

Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni

Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd

Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt

Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds

Rg Cn Fl Lv

Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

1952: Szab-Lakatos peridusos rendszer Szab Zoltn

Lakatos Bla

Glenn T. Seaborg 1999

Z = 1138-ig

nagyon hossz peridusos rendszer

Milyen termszeti tvny ll a peridusos rendszer mgtt?

Magyarzat: 1869-ben nem nyilvnval

A XX. szzad eleje: atomszerkezet

Fontos ksrleti informci:

a fny tulajdonsgai

a fny s az anyag klcsnhatsa

fnykibocstssal jr folyamatok sajtsgai

FNY

fehr fnynyalb

prizma

sznes fnynyalbok

fny = hullm (mint a vz felsznn lthat hullmok)

fehr fny = tbb klnbz szn egyszerre, sszetett hullm

FNY

vrs fnynyalb

prizma

vrs fnynyalb

vrs (vagy kk vagy zld) fny = egyszer hullm

: hullmhosz (m)

FNYHULLMOK

(kis grg lambda): hullmhossz (m)

(kis grg n): frekvencia (Hz s1)

c: vkuumban mrt fnysebessg, egyetemes lland

c = 2,99792458 108 ms1 3,00 108 ms1

c =

lthat fny: ~ 400 800 nm = 4,0 107 8,0 107 m

~ 4,0 1014 8,0 1014 Hz

FNYRSZECSKK

A fnynek energija van

Klcsnhatsok: a fnyenergia csak tovbb nem oszthat, diszkrt adagokban adhat t (fnykvantumok)

1 fnykvantum = 1 FOTON

egy foton energija:

E = h = h c /

h: Planck-lland 6,626 1034 Js

400 nm-es foton: E = 5,0 1019 J 300 kJmol1

A fny hullm vagy rszecskenyalb?

MINDKETT!!! Van nem lthat fny is, vagyis olyan fny, amelynek hullmhossza eltr a lthat tartomnytl?

IGEN.

Elektromgneses sugrzsnak nevezzk.

lthat fny

ELEKTROMGNESES SUGRZS

c = E = h = h c /

1012 1010 108 106 104 102 1

1020 1018 1016 1014 1012 1010 108

(m)

(Hz)

infravrs

mikrohullmok

rdihullmok

ultraibolya

rntgensugrzs

gammasugrzs

Kulcsfogalmak

periodicits = periodicity

nyjtott peridusos rendszer = long periodic table

light = fny hullm = wave hullmhossz = wavelength

foton = photon lthat fny = visible light

rntgensugrzs = X-rays infravrs = infrared

ultraibolya = ultraviolet mikrohullm = microwave

radihullmok = radio waves

elektromgneses sugrzs = electromagnetic radiation

fnysebessg = speed of light kvantum = quantum

Planck-lland = Plancks constant

frekvencia = frequency

1859 Sznkpelemzs

Robert Wilhelm Bunsen

(1811-1899) Gustav Robert Kirchhoff

(1824-1887)

A HIDROGN ATOMSPEKTRUMA

400 450 500 550 600 650 700

(nm)

H2-tartalm, forr minta

fnykibocsts

prizma

spektrum

spektrumvonalak

a H spektrumban lv vonalak hullmhossza

BalmerRydberg-egyenlet:

22H

111

nmR

n, m: egsz szm

n > m

A teljes spektrumtartomnyra igaz (nem csak lthat)

RH = 1,097 102 nm1 (1,097 107 m1 ) Rydberg-lland

Az atomok energiallapota diszkrt mennyisgekkel vltozhat (= az energiaszintek kvantltak).

A HIDROGN ATOMSPEKTRUMA

Johannes Rydberg (1854-1919)

svd fizikus

Johann Jakob Balmer

(1825-1898)

svjci matematikus

Sznkpelemzs

400 450 500 550 600 650 700

(nm)

az elemet tartalmaz, magas hmrsklet minta

fnykibocsts

prizma

spektrum

spektrumvonalak

Nhny elem (fknt alkli- s alklifldfmek) esetben jellemz szn lng:

LNGFESTS

VONALAK AZ ATOMSPEKTRUMOKBAN -

KVETKEZMNYEK

1. Az atomok energiaszintjei diszkrtek (= nem folytonosak).

2. A spektrumvonalak ezen diszkrt energiallapotok kztti tmenetek sorn jnnek ltre (nagyobb energij llapotbl kisebb energij llapotba az energia fnyknt hagyja el a rendszert)

3. Az eltr szn (azaz klnbz hullmhossz) fnynyalbok klnbz energit hordoznak

4. A fny az energit diszkrt (= nem folytonos) csomagokban adja le vagy veszi fel

FOTOELEKTROMOS HATS

fmlap

fny elektronok

KSRLETI MEGFIGYELSEK

1. Csak egy adott

kszbrtknl kisebb hullmhossz fny ( < max) okozza elektronok kilpst

2. Ha megfelel hullmhossz fnyt hasznlunk, az elektronkibocsts azonnal megkezddik.

3. A kibocstott elektronok energija nem fgg a fny intenzitstl, csak a hullmhossztl.

4. A kibocstott elektronok szma fgg a fnyintenzitstl.

FOTOELEKTROMOS HATS

Albert Einstein

(18791955)

fmlap

fny elektronok

ALBERT EINSTEIN RTELMEZSE

1. A nagy hullmhossz fotonoknak ( > max) nincs elg energija az elektronok kiszabadtshoz.

2. Egy kell energij foton hatsra az elektron azonnal kiszabadul.

3. A kiszabadtott elektronok energija nem fgg a fotonok szmtl, csak a fotonok energijtl.

4. A kiszabadtott elektronok szma fgg a berkez fotonok szmtl.

A fny E = h energij rszecskk (FOTONOK) sugrnyalbjaknt

foghat fel. (1905)

FOTOELEKTROMOS HATS

FEKETETEST-SUGRZS

forr testek sugrzst bocstanak ki

megfelel krlmnyek kztt az ilyen spektrumokban nincsenek vonalak nem atomspektrumok

plda: hagyomnyos izz

A fny akkor a legintenzvebb, ha az t kibocst test fekete feketetest-sugrzs 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

6000 K 2000 K

a klasszikus fizika alapjn vrt grbk

mrt grbk

en

erg

ia

(lo

ga

ritm

iku

s s

kla

)

hullmhossz (nm)

FEKETETEST-SUGRZS

Max Karl Ernst

Ludwig Planck

(1858-1947)

a feketetest-sugrzs tulajdonsgai rtelmezhetk, ha a fnyrl felttelezzk, hogy csak vges nagysg energiacsomagokban (kvantumokban) keletkezhet

TEHT: a fny

- hullm (csak hullmoknl van diffrakci)

- energiakvantumok sszessge (feketetest-sugrzs s fotoelektromos hats)

FEKETETEST-SUGRZS ATOMMODELLEK KLASSZIKUS FIZIKA

korai modellek

J. J. Thompson: folytonos

Rutherford: naprendszer, az

elektronok krplyn keringenek

1914: Bohr-modell

a klasszikus mechanikn alapul, de kln felttelezseket (posztultumukat) is hasznl Niels Henrik David Bohr

(1885-1962)

Philosophical Magazine Series 6

1913, 26,

pp. 1-25,

pp. 476-502,

pp. 857-875

A Bohr-modell I.

Posztultumok:

1. Az atom stacionrius llapotai: Az elektronok nem keringhetnek tetszs szerinti plyn az atomban, csak olyanokon, amelyek energija idben vltozatlan impulzusmomentum:

mevr = n(h/2)

2. Frekvenciafelttel: A fnyelnyels vagy fotonkibocsts kt stacionrius energiallapot kztti tmenet eredmnye: E2 E1 = h

A Bohr-modell II.

20

212

4 r

ee

r

vme

Plyasugr:

eme

hnr

2

202

r = n2ao

n = 1, r1 = ao

n = 2, r2 = 4ao

n = 3, r3 = 9ao

A lehetsges plyk kztti tvolsg ngyzetesen nvekszik.

Krplya

Coulomb-er s centripetlis er:

Plyaenergia: /revm/EEE epotkin2221

220

4

2 8

1

h

me

nE en

02

1E

nEn

A Bohr-modell III.

A kttt elektron energija negatv (energia szksges ahhoz, hogy az elektront eltvoltsuk a plyrl)

Konvenci: az atommagtl vgtelen tvol (n ) az elektronenergia nulla.

n = 1, E1 = - Eo

n = 2, E2 = - Eo/4

n = 3, E3 = - Eo/9

(Az energiaszintek egyre kzelebb kerlnek egymshoz)

Energiatmenetek:

22220

4

220

4

2220

4

2

11

88

1

8

1

nmh

me

h

me

mh

me

nEE eeemn

A Bohr-modell IV.

BalmerRydberg-egyenlet:

22H

111

nmR

Emlkeztet!!

E = h = h c /

22320

4

22

0 11

8

111

nmch

me

nmhc

E e

Kulcsfogalmak

spektroszkpia = spectroscopy

spktrumvonal = spectral line

BalmerRydberg-egyenlet = Balmer-Rydberg equation

atomspektrum = atomic spectrum kvantlt = quantized

lngfests = flame test lthat fny = visible light

fotoelektromos hats = photoelectric effect

feketetest-sugrzs = blackbody radiation

Rydberg-lland = Rydberg constant

Bohr-modell = Bohr model

stacionrius llapot = stationary state

klasszikus mechanika = classical mechanics

RSZECSKE-HULLM KETTSSG

fny: egyszerre hullm a rszecskenyalb (= anyag)

A szoksos anyag is viselkedhet hullmknt?

Brmely testre igaz.

m = 1,0 mg v = 1,0 ms1 = 6,6 1028 m

elektronra

m = 9,1 1031 kg v = 107 ms1 = 7,3 1011 m

De Broglie-egyenlet (1922):

mv

h

Louis de Broglie

(1892-1987)

HEISENBERG-FLE HATROZATLANSGI RELCI

1927: Werner Heisenberg, nmet fizikus

egy test sebessge s helye nem hatrozhat meg tetszleges pontossggal egyszerre

Hatrozatlansgi relci:

4))((

hmvx

x: a helymeghatrozs bizonytalansga

mv: az impulzus-meghatrozs bizonytalansga (p = mv, impulzus)

Werner Karl Heisenberg

(19011976)

ATOMMODELLEK J FIZIKA

1926 Erwin Schrdinger HULLMMECHANIKA

1927 Werner Heisenberg MTRIXMECHANIKA

A kt klnbz fizikai megkzeltsrl ksbb bebizonytottk, hogy EGYENRTKEK.

Erwin Rudolf Josef Alexander

Schrdinger (1887-1961)

AZ ATOM KVANTUMMECHANIKAI MODELLJE

Az atommag krl mozg elektron lersa

(x,y,z,t) (nagy grg pszi): hullmfggvny

2 ~ az elektron tartzkodsi valsznsge egy adott trfogatban

Schrdinger-egyenlet: egy hullmegyenlet bonyolult parcilis differencilegyenlet, amelynek ismeretlenje a hullmfggvny

A hidrognatomra pontosan megoldhat

Schrdinger-egyenlet hullmfggvny megolds

posztultumok nlkl is diszkrt energiaszintek

Kulcsfogalmak

rszecske-hullm kettssg = wave-particle duality

De-Broglie-egyenlet = De Broglie equation

BalmerRydberg-egyenlet = Balmer-Rydberg equation

Heisenberg-fle hatrozatlansgi relci = Heisenberg uncertainty principle

hullmmechanika = wave mechanics

mtrixmechanika = matrix mechanics

Schrdinger-egyenlet = Schrdinger equation

hullmfggvny = wave function

hullmegyenlet = wave equation

A MEGOLDS SAJTSGAI

Diszkrt energiaszintek: kvantumszmok, az atomban kttt elektron szmra elklnl plyk

orbit plya klasszikus mechanika

orbital plya kvantummechanika

3 klnbz kvantumszm azonost egy adott plyt

fkvantumszm (n): a hidrognatomban lv plya energijt s mrett adja meg

n = 1, 2, 3, 4, 5, .... (egsz szm)

azonos n-hez tartoz plyk sszessge: HJ

mellkkvantumszm (l): A hidrognatom plyjnak hrom dimenzis alakjt adja meg

l = 0, 1, 2, ...., n1 (egsz)

azonos n s l rtk plyk: ALHJ

mgneses kvantumszm (ml): A hidrognatom plyinak kls mgneses trhez viszonytott helyzett adja meg

ml = l, l+1, ..., 1, 0, 1, .... , l1, l (egsz)

n, l s ml adott plyt azonostanak

A MEGOLDS SAJTSGAI PLYK

n l ml alhj plya

1 0 0 1s 1s

2 0 0 2s 2s

2 1 -1 2p 2px

2 1 0 2p 2py

2 1 +1 2p 2pz

3 0 0 3s 3s

3 1 -1 3p 3px

3 1 0 3p 3py

3 1 1 3p 3pz

PLYK

n l ml alhj plya

3 2 -2 3d 3dxy

3 2 -1 3d 3dyz

3 2 0 3d 3dxz

3 2 +1 3d 3dx2-y2

3 2 +2 3d 3dz2

4 0 0 4s 4s

4 1 -1 +1 4p -

4 2 -2 +2 4d -

4 3 -3 +3 4f -

A PLYK TRALKATNAK BRZOLSA

Az elektron mozgsnak lersa csak valsznsgekkel lehetsges!!

Az atomplykat ltalban olyan felletek megadsval jellemzik, amelyek nagy valsznsggel (90 %) tartalmazzk az elektront s tkrzik a szimmetriatulajdonsgokat.

Az atomplyk mrete: egyetlen tvolsgrtkkel nem lehet egyrtelmen lerni

Lehetsges brzolsmdok: trkitltses vagy pontsrsggel rzkeltet brzolsmd

A PLYK ALAKJA

s plyk

gmbszimmetrikus

csak a tvolsgtl fgg

p plyk d plyk

s PLYK

Az atommagtl mrt tvolsgtl val fggs: maximumgrbe

Gmbszimmetria: irnyfggetlensg

p PLYK

3 klnbz, egymsra merleges plya

Irnytl fgg elektronsrsg: hengerszimmetria a x, y vagy z tengelyek egyike krl.

A plyk alakjt nagyon gyakran a 8 szm alakjval modellezik

d PLYK

l = 2 ml = -2, -1, 0, +1 +2 lehetsges

5 klnbz d plya

2 altpus:

- hromnak tkrskja van az als indexben definilt koordintaskban, az elektronsrsg minimuma pedig a tengelyek mentn (dxy, dxz, dyz)

- kettnl az elektronsrsg maximuma a tengelyek mentn van, az xy skban pedig tkrsk (dx2-y2 s dz2)

d PLYK

dxy, dxz, dyz lhere alak, maximlis elektronsrsg a tengelyek kztt

d PLYK

dx2-y2: maximlis elektronsrsg az x s y tengelyeknl

dz2: maximlis elektronsrsg a z tengelynl

d PLYK s, p s d PLYK: SSZEHASONLTS

s plya (1)

p plyk (3)

d plyk (5)

A PLYK ENERGIJA

4s 4p 4d 4f

3s 3p 3d

2s 2p

1s

energia-

tmenetek

Az

atomspektrum

vonalainak

rtelmezse

ELEKTRONSPIN

mgneses spinkvantumszm (ms):

a spin (sajt-impulzusmomentum) egy elektron kvantummechanikai tulajdonsga (szabad vagy atomban kttt egyarnt)

az elektron impulzusmomentumt adja meg

ms = - vagy +

jells:

ms = -

ms = +

PAULI-ELV

alapvet kvantummechanikai elv tbbelektronos rendszerekben

Pauli-elv: Egy atomban nem lehet kt olyan elektron, amelynek mind a ngy kvantumszma azonos.

az atomban brmely plyn csak kt, ellenttes spin elektron lehet

Pauli-elv: a fent lertnl jval ltalnosabb rvny kvantummechanikai trvnyszersg

Wolfgang Ernst

Pauli

(1900 1958)

1. Fkvantumszm Jel: n rtk: n = 1, 2, 3, ................

E = f(n) r = f(n)

A plya mrett s energijt hatrozza meg.

HJ: azonos fkvantumszm plyk

n = 1: K hj n = 2 : L hj (M, N,.......)

Egy hjban a lehetsges plyk szma: n2

n = 1 1 n = 2 4 n = 3 9

INFORMCI KVANTUMSZMOKBL

2. Mellkkvantumszm Jel: l rtk: 0, 1, 2, ........., n-1

A plya impulzusmomentumnak nagysgt hatrozza meg

21

h)(llp

ALHJ: azonos f- s mellkkvantumszm plyk

l = 0 s alhj l = 1 p alhj l = 2 d alhj l = 3 f alhj

INFORMCI KVANTUMSZMOKBL

2

hmp lz

H/z

2

1

0

-1

-2

3. Mgneses kvantumszm Jel: m (ml) rtk: -l,......, 0, ....., +l sszesen: 2l + 1 Az impulzusmomentum vektornak irnyt hatrozza meg

Kls mgneses trben az impulzus-momentum vektora csak nhny meghatrozott irnyba llhat be. A tr irnyba es vetlet:

Egy alhjon bell a plyk szma: s: l = 0, m = 0 (1 s plya) p: l = 1 m = -1, 0, +1 (3 p plya) d: l = 2 m = -2, -1, 0, +1 +2 (5 d plya) f: l = 3 m = -3 ...0...+3 (7 f plya)

INFORMCI KVANTUMSZMOKBL

2

1h

)s(ss

2

hms sz

4. Spinkvantumszm: Jel: s rtk: 1/2 (csak 1 lehetsg !!!)

5. Mgneses spinkvantumszm: jel: ms (nha s) rtk: (kt lehetsg: + s )

A plyktl fggetlen.

Egy plyn csak kt elektron lehet, ezekre ms = +1/2 and -1/2

INFORMCI KVANTUMSZMOKBL TBBELEKTRONOS ATOMOK

Schrdinger-egyenlet: tbb elektronos rendszerekre nem lehet pontosan megoldani, mert az elektronok kztti taszts matematikai lersa tlsgosan bonyolult

kzelt megoldsok: az elektronplyk alakja nagyon hasonl a hidrognatomban lv plykhoz, de a mret s az energia klnbzik

hidrognatom: a 2s s 2p alhjak energija azonos

tbbelektronos atomok: a 2s alhj energija kisebb, mint a 2p alhj

TBBELEKTRONOS ATOMOK

A hidrognatom alapllapotra s gerjesztett llapotaira: Z = 1 Ep = e

2/r

E(3s) = E(3p) = E(3d) degenerci r(3s) > r(3p) > r(3d)

Ms atomok: Z > 1 Ep = ? Az atomplya energija s mrete cskken a rendszm nvekedsvel.

Az atomplyk alakja (s, p, d, f) nem vltozik.

Plyasugarak:

Az atomplyk sugara kzeltleg a r ao/Z kpletnek megfelelen cskken.

A cskkens mrtke klnbz alhjakon eltr: s > p > d > f

Az atomplyk sugarnak vltozsa ellenttes a hidrognatomban tapasztalhatval: r(3s) < r(3p) < r(3d)

Az atomplyk penetrcija: s > p > d > f

(Tlts) A kls plykra vonatkoz rnykol hats: s > p > d > f

TBBELEKTRONOS ATOMOK

Atomplyk energija

A hidrognatomra (Z = 1): E(3s) = E(3p) = E(3d)

Ms atomokra (Z > 1) E(3s) < E(3p) < E(3d) Az azonos hjban lv alhjak energija eltr.

A plyk energiasorrendje:

1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s ~ 3d < 4p < 5s ~ 4d < 5p <

< 6s ~ 5d ~ 4f < 6p < 7s

TBBELEKTRONOS ATOMOK Kulcsfogalmak

fkvantumszm = principal quantum number

mellkkvantumszm = angular momentum quantum number

mgneses kvantumszm = magnetic quantum number

spinkvantumszm = spin quantum number

mgneses spinkvantumszm = magnetic spin quantum number

Pauli-elv = Pauli exclusion principle

hj = shell alhj = subshell

atomplya = atomic orbital

tbbelektronos atom = multielectron atom

TBBELEKTRONOS ATOMOK ELEKTRONKONFIGURCIJA

Aufbau (nmet: felptsi") szablyok:

1. A kisebb energij plyk a nagyobb energijak eltt tltdnek fel.

2. Pauli-elv: Egy plyn csak kt, ellenttes spin elektron lehet.

3. Hund-szably: Ha egynl tbb azonos energij atomplya tlthet fel, akkor mindegyik plyra elszr egy elektron kerl addig, amg flig megtelik az alhj. A flig feltlttt alhjon minden elektron spinje azonos.

A HUND-SZABLY

Friedrich Hermann

Hund (1896- 1997)

Ha egynl tbb azonos energij atomplya tlthet fel, akkor mindegyik plyra elszr egy elektron kerl addig, amg flig megtelik az alhj. A flig feltlttt alhjon minden elektron spinje azonos.

maximlis multiplicits

H: 1s1

He: 1s2

Li: 1s2 2s1

Be: 1s2 2s2

B: 1s2 2s2 2px1

C: 1s2 2s2 2px1 2py

1

N: 1s2 2s2 2px1 2py

1 2pz1

O: 1s2 2s2 2px2 2py

1 2pz1

F: 1s2 2s2 2px2 2py

2 2pz1

Ne: 1s2 2s2 2px2 2py

2 2pz2

Na: 1s2 2s2 2p6 3s1 [Ne] 3s1

Al: [Ne] 3s2 3px1

P: [Ne] 3s2 3px1 3py

1 3pz1

Ar: [Ne] 3s2 3p6

K: [Ar] 4s1

Ca: [Ar] 4s2

Sc: [Ar] 4s2 3d1

Zn: [Ar] 4s2 3d10

Ga: [Ar] 4s2 3d10 4px1

As: [Ar] 4s2 3d10 4px1 4py

1 4pz1

vegyrtkhj

H: 1s1

B: 1s2 2s2 2px1

N: 1s2 2s2 2px1 2py

1 2pz1

He: 1s2

F: 1s2 2s2 2px2 2py

2 2pz1

EFFEKTV MAGTLTS

a kls hjakon lv elektronokra hat pozitv tlts a bels elektronok rnykol hatsa miatt kisebb a magtltsnl (az elektronok tasztjk egymst)

egy adott elektronra hat tnyleges pozitv tlts EFFEKTV MAGTLTS

Zeff = Zteljes elektronrnykols

ns np nd nf

Zeff

energia

ATOMSUGR

defincis gondok:

az elektronsrsg 90 %-a

a ktsben lv atommagok tvolsgt felhasznlva (kovalens atomsugr)

peridusos rendszer

Zeff nvekszik, az atomsugr cskken

az atomsugr nvekszik, mert n nvekszik

IONSUGR

Az ionok elektronkonfigurcija:

ltalban megegyezik az azonos szm elektront tartalmaz atomval

N3, O2, F, Ne, Na+, Mg2+, Al3+

izoelektronos sor: azonos szm elektront tartalmaz, megegyez elektronkonfigurcij

rszecskk sszessge

nvekv mret, cskken Zeff

1s2 2s2 2px2 2py

2 2pz2

IONOK ELEKTRONKONFIGURCIJA

Nemesgz-szerkezet ionok:

K 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 [Ar] 4s1

K+ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 [Ar]

Br 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5 [Ar] 4s2 3d10 4p5

Br 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 [Kr]

Nem nemesgz-szerkezet ionok (tmenetifmek):

Fe [Ar] 4s2 3d6

Fe2+ [Ar] 3d6

Fe3+ [Ar] 3d5

IONSUGR

IONIZCIS ENERGIA

Definci: gzhalmazllapot atombl egy elektron eltvoltsa

E (g) E+ (g) + e Ei (kJ/mol)

els ionizcis energia

A gzhalmazllapot semleges atombl egy elektron eltvoltshoz szksges energia.

Mindig pozitv === az elektron eltvoltshoz energia szksges

legkisebb: 376 kJ/mol (Cs)

legnagyobb: 2372 kJ/mol (He)

IONIZCIS ENERGIA

Msodik ionizcis energia: E+ (g) E2+ (g) Ei2

egysgnyi pozitv tlts, gzhalmazllapot ionbl mg egy elektron eltvoltshoz szksges energia

Harmadik ionizcis energia: E2+ (g) E3+ (g) Ei3

Negyedik ionizcis energia: E3+ (g) E4+ (g) Ei4

............. .................

Minden esetben: Ei < Ei2 < Ei3 < Ei4 ........

Nemesgz-konfigurciknl ugrs: e.g. Ca Ei < Ei2

Kulcsfogalmak

Aufbau szabllyok = Aufbau principles

Hund-szably = Hunds rule

elektronkonfigurci = electron cofiguration

effektv magtlts = effective nuclear charge

atomsugr = matomic radius ionsugr = ionic radius

elektronrnykols = electron shielding

nemesgzszerkezet = noble gas configuration

ionizis energia = ionization energy

elektronaffinits = electron affinity

elektronegativits = electronegativity

RNTGENSUGRZS

Wilhelm Conrad Rntgen (18451923)

1. A rntgensugarak kpzdse: Nagy energij elektronnyalb r viszonylag nagy rendszm elemet is tartalmaz cltestet (pl. tmenetifm).

RNTGENSUGRZS: EREDET S RTELMEZS RNTGENSUGRZS: EREDET S RTELMEZS 2. Energia-eloszls:

E

folytonos diszkrt (vonalak)

fkezsi karakterisztikus K K... L L

3. A klnbz sorozatok ler trvnyek: Azonos tpus vonalak klnbz elemekben a rendszm szisztematikusan vltoznak

A Moseley-trvny (1913)

f: a fluoreszcencia frekvencija

k1, k2: vonaltpusra jellemz llandk

Z: rendszm

)( 21 kZkf

Rntgenfluoreszcencia

Elemekre jellemz rntgenvonalak

215 )1(1048,2)( ZHzfKa vonal

A rendszm fogalmnak bevezetse

Szisztematikus kutats hinyz elemek utn

Henry Moseley

(1887-1915)

Rntgenfluoreszcencia

Elemi sszettel vizsglata

Kpalkots: A klnbz atomok eltr mrtkben nyelik el a rntgensugarakat, a nagyobb rendszm atomok jobban nyelnek el (pl. Ca > C)

kontrasztanyagok: BaSO4 vagy

jdtartalm szerves vegyletek

Rntgendiffrakci: molekulaszerkezet-meghatrozs (rntgensugrzs) ~ a molekulkban lv atommagok tvolsga

Biolgiai hats: E(rntgensugrzs) > E(kls elektronok) Szvetek roncsolsa, ionizci, sterilizci,...

A RNTGENSUGRZS FELHASZNLSA

Rntgendiffrakci

kristly- s molekulaszerkezet meghatrozsa

sin

nd

2Bragg-egyenlet:

Rntgendiffrakci

Kulcsfogalmak

rntgensugrzs = X-rays

rntgenfluoreszcencia = X-ray fluorescence

rntgendiffrakci = X-ray diffraction

effektv magtlts = effective nuclear charge

kontrasztanyag = contrast agent

kpalkots = imaging

karakterisztikus sugrzs = characteristic radiation

fkezds = deceleration