Hoofdstuk 5 De Elektronische Structuur van Atomen PDF

Hoofdstuk 5 De Elektronische Structuur van Atomen Elektromagnetisch spectrum 5/2  Elektromagnetisch spectrum Elektromagnetische golven hebben een golflengte (λ), een frequentie (ν) en een amplitude : [λ] = m...

Hoofdstuk 5 De Elektronische Structuur van Atomen Elektromagnetisch spectrum 5/2  Elektromagnetisch spectrum Elektromagnetische golven hebben een golflengte (λ), een frequentie (ν) en een amplitude : [λ] = m [ν] = Hz = s–1 5/3  Elektromagnetisch spectrum Het product
×  heeft de dimensie van een snelheid, t.t.z. “meter per seconde” (m.s–1). In het geval van elektromagnetische golven heet deze snelheid de snelheid van het licht , waarvan de waarde in vacuüm is :  = 2,99792458 × 108 m.s–1 (3,00 × 108 m.s–1)   Als
×  =  dan
= en  =   Het blauwe licht van straatverlichting op basis van kwik heeft een frequentie van 6,88 × 1014 Hz. Wat is de golflengte in nanometer (nm)?  3,00 × 108 m.s–1 1 × 109 nm
= = × = 436 nm  14 6,88 × 10 s –1 m 5/4  Deeltjes en golven Waaruit bestaan elektromagnetische golven? Fotoëlektrisch effect = door het bestralen van een metaaloppervlak met licht worden elektronen uit het metaal losgemaakt Albert Einstein : elektromagnetische golven bestaan uit fotonen, deeltjes met een energie rechtevenredig met de frequentie  van de golf  = ℎ = ℎ
ℎ = 6,626 × 10–34 J.s = de constante van Planck Een foton van rood licht met een frequentie van 4,62 × 1014 Hz heeft een energie van = ℎ = (6,626 × 10–34 J.s).(4,62 × 1014 s–1) = 3,06 × 10–19 J 5/5  Deeltjes en golven Net als materie is elektromagnetische straling gekwantiseerd, t.t.z. ze kan enkel bestaan in discrete pakketjes. Wanneer atomen licht uitzenden, doen ze dat ook “in pakketjes” en dit uit zich in atomaire lijnenspectra waarin enkel bepaalde “kleuren” voorkomen in tegenstelling tot “gewone” emitters zoals een lamp of de zon, die alle kleuren tegelijk uitzenden : 5/6  Deeltjes en golven Op basis van het idee van de pakketjes (kwanta) van materie en straling, stelde Niels Bohr het eerste atoommodel voor : “rond de kern draaien de elektronen als planeten rond de zon – hun banen stellen de verschillende kwanta van energie voor” 5/7  Deeltjes en golven Als licht (golven) zich gedraagt als deeltjes (fotonen), dan zullen deeltjes (materie) zich ook gedragen als golven (licht).   = ℎ dus λ = ℎ    = 2 dus λ = ℎ of λ =    Voor een deeltje dat geen foton is, schrijven we  als de snelheid .  Louis de Broglie : λ =  Een deeltje (bv. een elektron) dat met een snelheid  beweegt, krijgt daardoor een geassocieerde golflengte, alsof het een golf is. De deeltje-golf-dualiteit … deeltjes gedragen zich soms als golven, golven gedragen zich soms als deeltjes. 5/8  Kwantummechanica Het atoommodel van Bohr werkt niet. Erwin Schrödinger stelde een kwantummechanisch atoommodel voor gebaseerd op het golfkarakter van de elektronen. In dit model gebruiken we een golfvergelijking om de “plaats” van de elektronen in een atoom te beschrijven. De oplossingen van de golfvergelijking noemen we golffuncties of orbitalen die we voorstellen met het symbool ψ. De waarschijnlijkheid om een elektron in een deel van de ruimte rond een atoomkern te vinden wordt dan voorgesteld door het kwadraat van de golffunctie, ψ2. De elektronen in een atoom nemen per twee “plaats” in een orbitaal. 5/9  Orbitalen -orbitalen zijn sferisch : -orbitalen zijn haltervormig : 3 -orbitalen kunnen 6 elektronen bevatten -orbitalen hebben complexe vormen : 5 -orbitalen kunnen 10 e bevatten 5/10  Elektronenconfiguratie Elektronenconfiguratie = de beschrijving van welke orbitalen van een atoom bezet zijn door elektronen H: 11 er zit 1 elektron in het -orbitaal van de 1e schil He: 12 er zitten 2 elektronen in het -orbitaal van de 1e schil 5/11  Elektronenconfiguratie De 1e schil bestaat enkel uit een -orbitaal … Li: 12 21 er zitten 2 elektronen in het -orbitaal van de 1e schil en er zit 1 elektron in het -orbitaal van de 2e schil Be: 12 22 er zitten 2 elektronen in het -orbitaal van de 1e schil en er zitten 2 elektronen in het -orbitaal van de 2e schil 5/12  Elektronenconfiguratie De 2e schil heeft ook -orbitalen … B: 12 2221 er zitten 2 elektronen in het -orbitaal van de 1e schil, er zitten 2 elektronen in het -orbitaal van de 2e schil en er zit 1 elektron in de -orbitalen van de 2e schil 5/13  Elektronenconfiguratie Al: 12 2226 3231 Si: 12 2226 3232 P: 12 2226 3233 of [Ne] 3233 S: [Ne] 3234 Cl: [Ne] 3235 Ar: [Ne] 3236 Maar voor K vinden we niet [Ne] 32363 1 Vooraleer 3 te vullen wordt 4 gevuld … 5/14  Schillen E 4e schil 3e schil 2e schil 1e schil 5/15  Elektronenconfiguratie -blok : opvullen  1 -blok : opvullen  2 3 4 5 6 7 -blok : opvullen  -blok : opvullen  5/16  Elektronenconfiguratie U: 12 2226 32363 10 42464 10414 52565 1053 62666 1 72 In de 5e schil zijn de -, - en -orbitalen volledig bezet, maar slechts 3 van de 14 “plaatsen” in de -orbitalen zijn bezet. Ook 6 is niet volledig vol … 5/17  Het periodiek systeem Valentieschil = de buitenste schil in de elektronenconfiguratie Binnen eenzelfde groep hebben de elementen eenzelfde valentieschil. Groep 1 heeft een 1 valentieschil en 1 valentie-elektron Groep 2 heeft een 2 valentieschil en 2 valentie-elektronen Groep 13 heeft een 21 valentieschil Groep 14 heeft een 22 valentieschil Groep 15 heeft een 23 valentieschil Groep 16 heeft een 24 valentieschil Groep 17 heeft een 25 valentieschil Groep 18 heeft een 26 valentieschil en 8 valentie-elektronen De valentie-elektronen bepalen de eigenschappen van het atoom. Elementen van dezelfde groep hebben vergelijkbare eigenschappen … 5/18  Oefeningen Delen 5.6 (The quantum mechanical model of the atom: Heisenberg’s uncertainty principle), 5.7 (The quantum mechanical model of the atom: orbitals and quantum numbers) en 5.9 (Electron spin and the Pauli exclusion principle) vallen weg. Alle Problems uit het handboek. 5/19