Mendelevs periodiska system

Transkript

1 Mendelevs periodiska system Notera luckorna som betecknar element som var okända vid den tiden. Med hjälp av systement lyckades Mendelev förutsäga dessa grundämnens egenskaper.

2 Vårt nuvarande periodiska system. Elementen kan primärt delas upp i metaller och icke-metaller. Rader bildar perioder och kolumner bildar grupper. Du bör känna till grupperna ädelgaser, alkalimetaller, alkaliska jordartsmetaller, halogener, övergångsmetaller.

3 Elektronkonfigurationer: Väte Ökande energi i denna riktning Pil upp : elektron med spinn m s =½. Namn på orbital Pil ner (på följande bilder): elektron med m s =-½

4 Aufbauprincipen Elektroner adderas en och en till tillgängliga orbitaler som är av samma typ som de i väteatomen. Orbitalerna besätts i ordning av ökande energi. Det vill säga: Nästa elektron placeras i den tillgängliga orbital som har lägst energi. Detta för att ge en atom som har så låg energi som möjligt, alltså mest stabil.

5 Pauliprincipen Två elektroner i en given atom kan inte ha samtliga fyra kvanttal, n, l, m l och m s likadana. Alternativ formulering: Det bara kan finnas två elektroner i samma orbital.

6 Elektronkonfigurationer: Helium Aufbauprincipen: Addera nästa elektron till den den tillgängliga orbital med lägst energi. Pauliprincipen: Det får plats två elektroner i varje orbital. Elektron två får alltså också plats i orbitalen 1s.

7 Elektronkonfigurationer: Litium Aufbauprincipen: Addera nästa elektron till den den tillgängliga orbital med lägst energi. Pauliprincipen: Det får plats två elektroner i varje orbital. Elektron tre får alltså inte plats i orbitalen 1s utan måste placeras i orbitalen i näästa energinivå 2s.

8 Hunds regel Det tillstånd med flest parallella spinn har lägst energi Detta får till följd att en elektron placeras ut i varje orbital med en viss energinivå före fyllda orbitaler bildas.

9 Elektronkonfigurationer: Kol Hunds regel: Om två tillgängliga orbitaler har lika stor energi är det fördelaktigast att placera elektronerna så att det blir så många prallella spinn som möjligt. Alltså: Fyll alla tillgängliga orbitaler på samma energinivå med en elektron före två elektroner placeras i någon av dem. Elektron sex ska alltså inte placeras i samma orbital som elektron fem utan i en annan 2p.

10 Elektronkonfigurationer: Natrium

11 Elektronkonfigurationer: Aluminium

12 Elektronkonfigurationer: Argon

13 Vissa orbitaler har inte den förväntade energin!! 4s orbitalen har i allmänhet lägre energi än 3d orbitalen och fylls därför först. (Notera dock några undantag) Detsamma gäller 5s och 4d orbitalerna etc.

14 Elektronkonfigurationer: Kalium

15 Elektronkonfigurationer: Scandium

16 Elektronkonfigurationer: Vanadin

17 Elektronkonfigurationer: Krom Kroms elektronkonfiguration utgör ett undantag som bör memoreras!

18 Elektronkonfigurationer: Järn

19 Elektronkonfigurationer: Nickel

20 Elektronkonfigurationer: Koppar Koppars elektronkonfiguration utgör ett undantag som bör memoreras!

21 Elektronkonfigurationer: Zink

22 Elektronkonfigurationer: Krypton

23 Hur specifieras en viss elektronkonfiguration? Metod ett: Antalet elektroner i varje orbital noteras som superskript. Exempel: H: 1s 1 O: 1s 2 2s 2 2p 4 Cr: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5

24 Hur specifieras en viss elektronkonfiguration? Metod två: Närmaste ädelgasen med färre elektroner noteras inom hakparentes. Antalet ytterligare elektroner noteras som i metod ett. Exempel: H: 1s 1 O: [He] 2s 2 2p 4 Cr: [Ar]4s 1 3d 5

25 Lantanoider och aktinoider Efter ämnet lantan ([Xe]6s 2 5d 1 ) börjar 4f orbitalerna fyllas på. Anledningen till att de inte gör det förrän efter första 5d orbitalen är för att dessa orbitaler har mycket lika energi. Detta är också orsaken till att en 5d orbital ibalnd fylls i stället för en 4f orbital. De fjorton element som inleds med lantan och i huvudsak har partiellt fyllda 4f orbitaler kallas lantanoider. Samma resonemang gäller för de fjorton element som inleds med aktinium ([Ra]7s 2 6d 1 ). Dessa kallas aktinoider.

26 Varför detta prat om elektroner och nästan inget om protoner och neutroner? Det är elektronerna som är viktiga i kemi! Det är elektroner som försvinner eller tillkommer när joner bildas och det är elektroner som delas mellan atomer i kovalenta bindningar. För att förstå vilka reaktioner som kan ske och vilka föreningar som kan bildas är av största vikt att känna till atomers elektronkonfigurationer och att kunna gruppera grundämnen utifrån dessa. governs most of physics and all of chemistry Paul Dirac kommenterar sin relativistiska version av Schrödingerekvationen utan alltför mycket falsk blygsamhet.

27 Joniseringsenergi Definition: Den energi som krävs för att ta bort en elektron från en atom eller jon i gasfas. X (g) X + (g) + e -

28 Joniseringsenergi: Aluminium Al (g) Al + (g) + e - Al + (g) Al 2+ (g) + e - Al + (g) Al 2+ (g) + e - Al + (g) Al 2+ (g) + e - I 1 = 580 kj/mol I 2 = 1815 kj/mol I 3 = 2740 kj/mol I 4 = kj/mol Denna ordning kan förklaras med aluminiums elektronkonfiguration samt kärnladdning i förhållande till antal elektroner.

29 Joniseringsenergier: trender Notera: 1) Joniseringsenergin minskar generellt för följande ämnen i samma grupp. 2) Joniseringsenergin ökar i allmänhet för följande ämnen i samma period. 3) Vissa undantag från regel 2 Du bör kunna förklara dessa trender!

30 Elektronaffinitet Definition: Den energi som är associeread med att addera en elektron till en en atom eller jon i gasfas. X (g) + e - X - (g) Notera att det ibland frigörs energi då en elektron adderas. Detta anges som att elektronaffiniteten är negativ (jfr H i kemiska reaktioner).

31 Elektronaffinitet: Trender Förklaring: Elektroner i samma period är inte effektiva för att skärma kärnladdningen Attraktionskraften för en till elektron ökar när kärnladdningen ökar Förklaring: Elektroner i nästa atomskal binds svagare. Läs själv om vissa undantag i boken.

32 Atomsradie En definition av atomradie är halva atomavståndet i en kovalent bindning i en diatomär molekyl av atomer. Notera att för atomer som inte bildar sådana molekyler måste andra definitioner användas (se boken). Oavsett definition är en typisk atomradie av storleksordningen 1 Å = 100 pm.

33 Atomradier: Trender 1) Atomer blir större i följande element i samma grupp. 2) Atomer blir mindre i följande element i samma period. Förklaring: Orbitaler ökar i storlek när huvudkvanttalet ökar Förklaring: Den effektiva kärnladdningen och därmed den elektrostatiska attraktionen blir större eftersom skärmningen inte är effektiv för elektroner i samma skal.

34 Alkalimetallerna Metal Densitet (g/cm 3 ) T smält ( C) T kok ( C) E ionisation (kj mol 1 ) Atomradie (pm) Litium Natrium Kalium Rubidium Cesium Jonradie (pm)

35 Alkalimetaller: Några typiska reaktioner Atomerna bildar alla lätt positiva joner med laddning plus ett och är ytterst reaktiva. Några typiska reaktioner: Na(s) + S (s) Na 2 S(s) 6Li(s) + N 2 (g) 2Li 3 N(s) 2Na (s) + O 2 (g) Na 2 O 2 (s) innehåller natriumjoner och sulfidjoner innehåller litiumjoner och nitridjoner innehåller natriumjoner och peroxidjoner

36 Alkalimetaller: Reduktionsförmåga Från joniseringsenergierna kan slutsatsen att reduktionsförmågan är i ordningen Cs > Rb > K > Na > Li Det stämmer också i allmänhet och speciellt för rektioner som involverar fasta alkalimetaller och ickemetaller.

37 Alkalimetaller: Reaktion med vatten 2M(s) + 2H 2 O(l) H 2 (g) + 2M + (aq) + OH - (aq) För att förutsäga vilken av alkalimetallerna reagerar lättast enligt ovan måste förutom deras förmåga som reaktionsmedel även betrakta hur lätt det är att hydrera de bildade jonerna. Det visar sig att litium hydreras lättast och att ordningen här är Li > K > Na för de tre lättaste alkalimetallerna. Det betyder inte att litium reagerar snabbast med vatten. Anledningen är den låga kokpunkten för natrium och kalium som gör att de smälter. Reaktionsytan blir därför större varvid reaktionshastigheten ökar.