Föreläsning 5 Att bygga atomen del II

Transkript

1 Föreläsning 5 Att bygga atomen del II Moseleys Lag Pauliprincipen Det periodiska systemet Kemi på sidor

2 Vad har vi lärt hittills? En elektron hör till ett skal med ett kvanttal n Varje skal har en specifik energi E n En elektron i ett subskal har ett kvanttal l som kontrollerar elektronens banrörelsemängdsmoment. L l( l+) h- För ett värde av L finns det l+ möjliga tillstånden för en elektron att befinna sig i. Elektroner har spinnrörelsemängdsmoment (spinn). Det finns två möjliga spinntillstånden för en elektron. S s( s+) h- Vi kan nu börja att förstå det periodiska systemet!

3 Röntgenlinjer Accelerera och skjut högenergielektroner (30-50keV) mot en tung metallmåltavla. Ett röntgenmönster produceras. () Man ser kontinuerlig strålning om våglängden är större än λ 0. λ 0 är oberoende av typen av metallen. () Toppar och linjespectra observeras också. Dem beror på typen av metallen.

4 () I närheten av en atom kan elektroner förlora energi genom bremsstrahlung (bromsstrålning). Fotoner emitteras i en kontinuerlig fördelning. target atom e - Fotonens energi kan aldrig överträffa elektrons energi. E den minimala Elektronen s V Man får den maximala λ 0 hf Spänning hc ev energi (5.) våglängden λ. ev γ för att accelerera ljustfrekvensen på 0 elektronen.

5 Animation av elektroner som emitterar röntgen genom bremsstrahlung

6 Linjespectra från röntgen () Elektronen med hög energi växelverkar med en atomisk elektron och frigör den. En elektron från ett högre skal faller ned för att fylla hålet -en foton emitteras. n4 (N-skal) K linjer för övergångar till n L linjer för övergångar till n L α M linjer for övergångar till n3 N linjer för övergångar till n4 K α K β K γ L β n3 M-skal) n (L-skal) n (K-skal) Genom att studera linjespektra kan man identifiera atomen!

7 Moseleys Lag Moseley observerade att linjer flyttar sig på ett systematatiskt sätt om typen av metallen förändras. We have proof that there is a fundamental quantity which changes by regular steps as we pass from one element to the next. This quantity must be the charge on the nucleus Moseleys Lag a f Kα a( Z konstant ) (5.) f 0 9 Hz K α övergång Fe Ti Co K + + Cr Al Atomisk nummer Z

8 Fråga 30-keV elektroner skjuts mot en metall. Bestäm den minimala våglängden av röntgenstrålningen som produceras? Den minimala den maximala E E E λ max min 30 0 hc min våglängden λ elektron energi hc E 3 energin av fotoner keV 9 min svarar mot E max 5 J m

9 Moseleys linje går inte genom origo! Varför? Tänk på en elektron i K skalet (n). Röntgenfotonen slår ut elektronen. Elektronen från den närmaste tillståndet flyttar för att fylla hålet. hål kärna e - Elektronen som ska fylla hålet i K-skalet ser en effektiv kärnladdning (Z-)e. Den kvarvarande K-skalelektronen avskärmar kärnans laddning.

10 Paulis princip Electrontillstånden i alla atomer klassiferas med kvanttalen n, l,m l, m s Varför faller inte elektronerna till grundstillåndet? Paulis Princip Två elektroner kan inte ha samma värden på kvanttalen n, l,m l, m s

11 3 Skal and subskal Elektroner fyller skal (n) och subskal (l). För varje l finns det l+ värden av m l Eftersom m s / eller / kan varje subskal ha (l+ ) elektroner. n 3 3 l m l 0 0 0, ± 0 0, ± 0, ±, ± m s ± ± ± ± ± ± skal K L L M M M subskal s s p 3s 3p 3d Antalet i subskal

12 Animation av elektroner i skal

13 Att fylla skal s s p För ett värde av n ökar energin av tillståndet med ökande värden av l. T.ex.: energin av 4s < energin av 4l < energin av 4d 3s 3p 3d Emellertid kan ett nytt skal börjar fyllas innan det förra skalet är uppfylld. 4s 4p 4d 4f T.ex.: 4s-tillståndet har en lägre energi än 3d-tillståndet. 4s fyllas innan 3d. 5s 5p 5d 5f 5g 6s 6p 6d Bilden (vänster) visar hur skalen fyllas. 7s

14 Det periodiska systemet (skal) Man fyller med,8,8,8 elektrontillstånden Halogens period Noble gases Alkali Metals

15 Det periodiska systemet (grundämnen)

16 Ett interaktivt periodiskt system

17 Hur beskriver man en elektron konfiguration i en atom? Skriv den uppfyllda skalet nb c nprincipal quantum number bsubskal s,p,d,f cantalet elektroner i en subskal Vad är elektronkonfiguration av grundämnet niob (nb)? s s p 6 3s 3p 6 4s 3d 0 4p 6 5s 4d 3 Vad är elektronkonfiguration av grundämnet nickel (8)? s s p 6 3s 3p 6 4s 3d 8

18 Kemi på sidor En bild av skal och subskal kan förklara varför egenskaper av grundämnen kemi!! () Ädelgaserna (He, Ar,..) p-skal är uppfyllda stabila () Alkalimetallerna (Li,Na,K..) dem har en elektron i ett s-skal mycket reaktiva (3) Halogenerna (F, Cl, Br ) dem saknar en elektron i ett p-skal. En halogen kan ta en elektron från en alkalimetall för att bilda en förening t.ex. NaCl.

19 Jonisationsenergier är stora för ädelgaserna. Emellertid har alkalimetallarna låga jonisationsenergier Alkalimetaller har stora atomradier. Om kärnladdning ökar så dras elektronerna närmare till kärnan. Ädelgaser har små atomradier. Elektronerna besätter nya skal med större radier. Atomic radien ( pm )