PPT_T2_hfst 2_kwantumgetallen 2023 finaal 14sept .pdf

Thema 02 ATOOMBOUW HOOFDSTUK 2 : DE KWANTUMGETALLEN P68-80 1  Leerdoelen Je leert nu: -Het atoommodel van Sommerfeld (opsplitsing van energieniveaus op basis van lijnenspectra ) uitleggen -De betekenis van de kwantumgetallen koppelen aan de orbitalen -Ee...

Thema 02 ATOOMBOUW HOOFDSTUK 2 : DE KWANTUMGETALLEN P68-80 1  Leerdoelen Je leert nu: -Het atoommodel van Sommerfeld (opsplitsing van energieniveaus op basis van lijnenspectra ) uitleggen -De betekenis van de kwantumgetallen koppelen aan de orbitalen -Een overzicht van de energieniveaus in een atoom geven en uitleggen dat de energie van de elektronen in een atoom gekwantiseerd is 2 O V HOOFDSTUK 2: De kwantumgetallen. E Kort overzicht van verdere evolutie van het atoommodel R 1.Hoofd- en nevenkwantumgetal 2.Magnetisch kwantumgetal en spinkwantumgetal Z I C H T 3  Het atoommodel van Bohr werd verfijnd door Sommerfeld maar ook dit model geeft nog geen verklaring voor eigenschappen zoals de ruimtelijke structuur van moleculen. De kwantummechanica verving begin 20e eeuw het klassieke beeld van schillen en elektronen op vaste banen door onzekerheid, statistiek en golfvergelijkingen. 4 O V HOOFDSTUK 2: De kwantumgetallen. E Kort overzicht van verdere evolutie van het atoommodel R 1.Hoofd- en nevenkwantumgetal 2.Magnetisch kwantumgetal en spinkwantumgetal Z I C H T 5  De kwantumgetallen : Atoommodel van Bohr kon alleen maar het lijnenspectrum van H-atoom verklaren. Er bleek echter dat de ‘brede’ spectraallijnen zijn samengesteld uit zeer dicht op elkaar gelegen ‘smalle’ lijntjes. Sommerfeld interpreteerde dit als een opsplitsing van de 7 hoofdenergieniveaus in een aantal subniveaus. 1868 - 1951 Bohr Sommerfeld  De kwantumgetallen : Bohr Sommerfeld  De kwantumgetallen : Sommerfeld stelt vast dat de kleurvariaties in de emissiespectra niet scherp afgelijnd zijn. Dit leidt tot het definiëren van subschillen. Boek p 69 8  De kwantumgetallen : Sommerfeld ontdekt dat je een schil nog verder kan opsplitsen in max 4 s(harp), p(rincipal), d(iffuse) en f(undamental) geven de helderheid van de overeenstemmende spectraallijnen aan. subniveaus: s, p, d en f Boek p 69 9  De kwantumgetallen : Het hoofdkwantumgetal n n geeft nummer van de schil of het hoofdniveau en dus ook de afstand kern-elektron of de energie van het elektron 1≤ n ≤ 7 of K, L, M, N; O, P, Q bezetting: 2 n² elektronen per schil (tot n=4), max 32 elektronen 10  De kwantumgetallen : Het hoofdkwantumgetal n Bezetting : maximaal 2n2 elektronen (32 max) n = 1 → maximaal 2 elektronen … n = 2 → maximaal …8 elektronen n = 3 → maximaal …18 elektronen n = 4 → maximaal …32 elektronen n = 5 → maximaal …32 elektronen 2n² geldt niet meer n = 6 of 7 → maximaal … 18 elektronen 2n² geldt niet meer 11  De kwantumgetallen : Het nevenkwantumgetal l Sommerfeld stelde dus voor dat een elektronenschil of hoofdenergieniveau samengesteld is uit meerdere energieniveaus: de subniveaus. Gerangschikt volgens toenemende energie noemt men ze de s-, p-, d- en f subniveaus (sharp, principal, diffuse en fundamental). Het aantal subniveaus in éénzelfde hoofdschil is gelijk aan n (het nummer van de hoofdschil) maar er komen ten hoogste 4 subniveaus voor. De maximale elektronenbezetting per subniveau bedraagt respectievelijk 2, 6, 10, 14 voorgesteld als s2 p6 d10 f14  De kwantumgetallen : Het nevenkwantumgetal l → l geeft het subniveau → 0 ≤ l ≤ 𝑛 − 1 en l < 4 Neven- maximaal aantal elektronen in kwantumgetal l=0 s-subniveau 2 l=1 p-subniveau 6 l=2 d-subniveau 10 l=3 f-subniveau 14 13  De kwantumgetallen : Het nevenkwantumgetal l → l geeft het subniveau 14  De kwantumgetallen : Het nevenkwantumgetal l n 2n2 Verband tussen atoommodel van Bohr en atoommodel van Sommerfeld 15  Het atoommodel van Bohr (hoofdenergieniveaus) werd dus verfijnd door Sommerfeld (subniveaus) maar ook dit model geeft nog geen verklaring voor eigenschappen zoals de ruimtelijke structuur van moleculen. Wetenschappers ontdekten reeds dat elektronen niet in een perfect cirkelvormige baan rond de kern bewogen. Het was Schrödinger die met de Schrödingervergelijkingen de ruimtelijke vorm van een orbitaal beschreef. 16  Schrödinger beschreef de beweging van elektronen door golfvergelijkingen. Voor elk elektron in een atoom kan je een unieke Schrödingervergelijking opstellen. Met deze vergelijking kan je punten in een x,y,z-assenstelsel berekenen. Deze punten geven informatie over de waarschijnlijkheid dat het elektron zich op een bepaalde plaats in het atoom bevindt. Bereken je een groot aantal punten, dan krijg je een stippendiagram. 17  Gebieden met 90% kans om een elektron aan te treffen bakende Schrödinger af met contourlijnen. De gebieden noemde hij orbitalen. Opmerking: onthoud dat een orbitaal geen bestaand object is, wel een denkbeeldig gebied, bepaald door een waarschijnlijkheid van 90% om er een bepaald elektron aan te treffen. 18  De kwantumgetallen : Het nevenkwantumgetal l Boek p 71 Later wordt het nevenkwantum-getal gelinkt met de bewegingsvrijheid van de elektronen. Schrödinger beschrijft de ruimtelijke vorm van deze figuren die men orbitalen noemt. 19  De kwantumgetallen : Het nevenkwantumgetal l l geeft het subniveau = beschrijft de vorm van de orbitalen Een orbitaal = een beschrijving van de ruimte waarin de kans om het elektron aan te treffen 90% is. 0 ≤ l ≤ 𝑛 − 1 en l < 4 20  De kwantumgetallen : Het nevenkwantumgetal l 0 ≤ l ≤ 𝑛 − 1 en l < 4 21  De kwantumgetallen : Het nevenkwantumgetal l 0 ≤ l ≤ 𝑛 − 1 en l < 4 p-orbitaal = niet sferisch orbitaal => Verschillende oriëntaties mogelijk ( px py pz) 22  De kwantumgetallen : Het nevenkwantumgetal l 0 ≤ l ≤ 𝑛 − 1 en l < 4 23  De kwantumgetallen : Het nevenkwantumgetal l 0 ≤ l ≤ 𝑛 − 1 en l < 4 24  De kwantumgetallen : Het nevenkwantumgetal l Voor hetzelfde hoofdkwantumgetal geldt : Energieniveau : Es < Ep < Ed < Ef Bewegingsvrijheid van elektron in s-orbitaal < p-ortbitaal < d-orbitaal Voor verschillend hoofdkwantumgetal geldt : Vorm orbitaal enkel bepaald door nevenkwantumgetal Volume orbitaal stijgt mee met het hoofdkwantumgetal 25  De kwantumgetallen : Het nevenkwantumgetal l Voorstelling van orbitalen: s-orbitaal = bol p-orbitaal = halter d-orbitaal = rozet f-orbitaal = complexere vorm  De kwantumgetallen : Het nevenkwantumgetal l Voorstelling van de elektronenwolk van Ne volgens de verschillende modellen 2pz 2s 2px K 2s 2p 1s 2py 1s L Bohr Sommerfeld Golfmechanisch K L K L model 10Ne 2 8 10Ne 1s2 2s2 2p6 MDB 27 O V HOOFDSTUK 2: De kwantumgetallen. E Kort overzicht van verdere evolutie van het atoommodel R 1.Hoofd- en nevenkwantumgetal 2.Magnetisch kwantumgetal en spinkwantumgetal Z I C H T 28  De kwantumgetallen : Het magnetische kwantumgetal ml Volgens het model van Sommerfeld hebben alle elektronen van hetzelfde subniveau dezelfde energie Proef van Bohr herhaald (spectraallijnen) binnen magnetisch veld => spectraallijnen splitsen zich op = Zeemaneffect Elk subniveau bestaat uit meerdere magnetische niveaus Een s-subschil splitst zich niet op => 1 subschil) Een p-subschil splitst zich op in 3 magnetische subschillen Een d-subschil splitst zich op in 5 magnetische subschillen Een f-subschil spltst zich op in 7 magnetische subschillen Elk magnetisch niveau bevat maximaal 2 elektronen 29  De kwantumgetallen : Het magnetische kwantumgetal ml Er zijn ook energieverschillen tussen elektronen die zich binnen een orbitaal bevinden dat beschreven wordt door eenzelfde hoofd- en nevenkwantumgetal. → Invoeren van het 𝑚𝑎𝑔𝑛𝑒𝑡𝑖𝑠𝑐ℎ 𝑘𝑤𝑎𝑛𝑡𝑢𝑚𝑔𝑒𝑡𝑎𝑙 𝑚l 𝑚l geeft de oriëntatie van de orbitalen in de ruimte rond de kern - l ≤ 𝑚l ≤ l s-subniveau: l = 0 → ml = 0 p-subniveau: l = 1 → ml = -1, 0, +1 d-subniveau: l = 2 → ml = -2, -1, 0, +1, +2 f-subniveau: l = 3 → ml = -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 30  De kwantumgetallen : Het magnetische kwantumgetal ml - l ≤ 𝑚l ≤ l Een bol heeft maar 1 mogelijke oriëntatie 31  De kwantumgetallen : Het magnetische kwantumgetal ml - l ≤ 𝑚l ≤ l De halter kan volgens de x- de y- of de z-as georiënteerd zijn Dus drie mogelijke oriëntaties 32  De kwantumgetallen : Het magnetische kwantumgetal ml - l ≤ 𝑚l ≤ l Dus 5 mogelijke oriëntaties 33  De kwantumgetallen : Het magnetische kwantumgetal ml - l ≤ 𝑚l ≤ l Dus 7 mogelijke oriëntaties 34  De kwantumgetallen : Het magnetische kwantumgetal ml Elk subniveau bestaat uit meerdere magnetische niveaus Elk magnetisch niveau bevat maximaal 2 elektronen 35  De kwantumgetallen : Het spinkwantumgetal ms Elektronen stoten elkaar af => toch samen in zelfde magnetische niveau?? Naast beweging rond de kern draaien ze ook rond hun eigen as = spin van elektron Deze rotatie veroorzaakt een magnetisch veld= magnetische kracht 2 spinbewegingen : positieve spin : tegenwijzerzin = spin up negatieve spin : wijzerzin = spin down Elektronen samen in 1 magnetisch niveau moeten tegengestelde spin bezitten => magnetische aantrekking compenseert de elektrostatische afstoting (geen botsing en geen afstoting) = doublet =elektronenpaar boek p 76 − 77 36  De kwantumgetallen : Het spinkwantumgetal ms Er zijn ook dus energieverschillen tussen elektronen die zich binnen een orbitaal bevinden dat beschreven wordt door eenzelfde hoofd- en neven- en magnetisch kwantumgetal. → invoeren van het 𝑠𝑝𝑖𝑛𝑘𝑤𝑎𝑛𝑡𝑢𝑚𝑔𝑒𝑡𝑎𝑙 𝑚s boek p 76 − 77 37  De kwantumgetallen : Het spinkwantumgetal ms ms beschrijft de draaizin van het elektron rond zijn eigen as wijzerszin of spin up: ms = - ½ tegenwijzerszin of spin down: ms = + ½ Hiermee kan ook verklaard worden waarom elektronenparen bestaan! 38  De kwantumgetallen : Het quantummechanisch atoommodel : 39  De kwantumgetallen : Het quantummechanisch atoommodel : Het beeld van elektronen die op schillen ronddraaien geldt niet meer. De elektronen bevinden zich met een waarschijnlijkheid van 90% in de orbitalen zoals voorgesteld op de figuur en de elektronenmantel is een negatieve ladingswolk die uitgesmeerd is rond de kern. Toch mag je aannemen dat het totaal van alle orbitalen van een atoom altijd een bolvormige ladingswolk rond de kern oplevert. Daardoor kun je atomen nog altijd voorstellen als bollen. Voorstelling van 10Ne 40  Aan de slag Boek p 80 oefening 1 tot 4 41  Aan de slag Boek p 80 oefening 1 tot 4 42  Aan de slag Boek p 80 oefening 1 tot 4 43  Aan de slag Boek p 80 oefening 1 tot 4 Jood Kalium Aluminium 44  Aan de slag Boek p 80 oefening 1 tot 4 45