TEMA 4: ESTRUCTURA ATÒMICA (2014)

Resumen Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Química - 1º curso
Asignatura Fonaments de Química
Año del apunte 2014
Páginas 9
Fecha de subida 23/11/2014
Descargas 30
Subido por

Vista previa del texto

ESTRUCTURA ATÒMICA RADIACIÓ ELECTROMAGNÈTICA  Es transfereix l’energia produïda per un camp elèctric i un magnètic que oscil·len perpendicularment amb la mateixa freqüència. Es generada per l’acceleració de les càrregues dels electrons, aquests es comporten com ones.
ONA Pertorbació que viatja a través de l’espai i el temps. No transporta matèria, sinó energia.
Característiques: Longitud d’ona (λ) Freqüència (ν) Amplitud (A) Velocitat (λ·ν) 𝒄 = 𝝀·𝝂 ESPECTRE ELECTROMAGNÈTIC 1 INTERFERENCIA D’ONA CONSTRUCTIVA “En fase” SUPERPOSICIÓ: DESTRUCTIVA “Desfase” INTERACIÓ DE L’ONA AMB EL MEDI: La dispersió de les diferents longituds d’ona components d’un raig de llum degut a la interferència produïda per reflexió en una superfície amb solcs, s’anomena difracció.
La llum quan es refractada al canviar de medi, produeix un espectre (dispersió de la llum en una banda de colors) causat per les diferents longituds d’ona. Aquest espectre s’anomena espectre visible.
ESPECTRES ATÒMICS Aquests espectres consisteixen en un nombre limitat de longituds d’ona que s’observen com línies acolorides amb espais obscurs entre elles. Cada element té el seu propi espectre de línies característic.
EQUACIÓ DE BALMER 1 1 𝜈 = 3,2881 · 1015 𝑠 −1 (22 − 𝑛2 ) 2 ν és la freqüència d’una línia espectral i n deu ser un nombre enter major que dos.
TEORIA QUÁNTICA La física clàssica no podia explicar l’emissió de llum pels sòlids calents: radiació del cos negre.
Planck: L’energia, com la matèria, és discontínua; està fet de molt petits paquets d'energia 𝑬 = 𝒏 · 𝒉 · 𝝂 𝑜𝑛 ℎ = 6,62607 · 10−34 EFECTE FOTOELÉCTRIC Llum que incideix sobre la superfície de certs metalls causa d'ejecció d'electrons.
 Els electrons són expulsats si ν de la llum és ν> νo  νo és característic de cada metall  El nombre d'electrons depèn de la intensitat de la llum  L'energia cinètica depèn de la ν de la llum 1 fotó  1 electró 1 𝑬𝒇𝒐𝒕ó = 𝑬𝒐 + 𝑬𝒌 on 𝐸𝑘 = 2 𝑚𝑣 2 = 𝑘 (𝜈 − 𝜈𝑜 ) FOTONS I REACCIONS QUÍMIQUES L'ozó es forma a l'estratosfera (10 a 50 km per sobre del sòl de terra) per reacció d'O2 amb un fotó UV: O2 + hν  O + O O2 + O  O3 La capa d'ozó protegeix la superfície de la Terra (i tots els sistemes vius) a partir de radiació electromagnètica d'alta energia procedent de l'espai (principalment des del Sol). L'ozó es destrueix per reacció amb àtoms d'O en una reacció que és catalitzada per alguns productes químics com ara freons (que contenen àtoms de Cl o Br).
O3 + O  2 O2 ÀTOM DE BOHR Postulats per descriure l'àtom d'H:  L'electró es converteix en òrbites circulars 3  Només orbita perquè el moment angular (MVR) de l'electró és múltiple de h/2π se'ls permet (n·h/2π, n és un nombre enter). n és el nombre quàntic.
 Mentre que l'electró està en una òrbita no emet energia  L'electró només pot passar d'una òrbita a una altra (d'un a un altre estat) absorbir o alliberar el l'energia d'un fotó 𝑬𝒏 = −𝑹𝑯 𝒏𝟐 𝑜𝑛 𝑅𝐻 = 2,179 · 10−18 𝐽 |∆𝑬| = 𝑬𝒇𝒐𝒕ó𝒏 = ℎ𝜈 Radi de l’orbital n: 𝒓 = 𝒏𝟐 𝒂𝒐 𝑜𝑛 𝑎𝑜 = 53 𝑝𝑚 (0.53 Å) ENERGIA D’IONITZACIÓ DEL HIDROGEN: A l’equació es substitueix no=1 i nf=∞, llavors E=13,6eV.
El model també serveix per altres àtoms monoelectrònics (només un electró): −𝑍 2 𝑅𝐻 ℎ𝜈 = 𝑛2 ESPECTROSCOPIA I LA TEORIA DE BOHR EMISSIÓ ABSORCIÓ PUNTS FORTS  Calcular els nivells d'energia de l'àtom d'H (i àtoms d'hidrogen similars)  Coherència amb espectres experimentals de atòmica H 4  Calcular la constant de Rydberg experimental INCONVENIENTS  Només funciona per als àtoms d'un electró  S'imposa Quantificació sobre un model de la física clàssica  No explica per què el gir electrònic no emet energia  No explica la divisió de línies espectrals produïts per un camp magnètic MECÀNICA QUÀNTICA DUALITAT ONA-PARTÍCULA Els electrons es comporten com ones E = hν = mc2 hν/c = mc = p (particle momentum) p = h/λ λ = h/p = h/mu PRINCIPI D’INCERTESA No es pot mesurar la posició ni el moment simultani amb precisió de la partícula Δx Δp ≥ h/4π MECÀNICA ONDULATÒRIA ONES ESTACIONARIES Els nodes són aquells punts de l’ona que no tenen desplaçament.
𝝀= 𝟐𝑳 𝑜𝑛 𝑛 = 𝑛𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑛𝑜𝑑𝑒𝑠 − 1 𝒏 5 EQUACIÓ DE SCHRÖDINGER Els sistemes poden ser descrits per una funció d'ona Ψ. Només per a sistemes microscòpics aquest enfocament és útil. Ψ és una expressió matemàtica que conté tota la informació (E, p, etc.) sobre el sistema, encara que no es pot llegir directament.
Per obtenir aquesta información (Observable), l'operador s'ha d'aplicar a Ψ.
L'operador hamiltonià Ĥ és la que permet obtenir l’E d'un sistema a partir de la seva Ψ: Ĥ𝜳 = 𝑬𝜳 𝟐 𝒏𝝅𝒙 𝑳 𝑳 𝜳 = √ 𝐬𝐢𝐧( ) on n=1,2,3..
𝒏 𝟐 𝒉𝟐 Ep=0  𝑬 = 𝟖𝒎𝑳𝟐 Ψ2(x) és la probabilitat de trobar la partícula en x El nombre de modes ve determinat per N = n – l – 1 PARTÍCULA EN UNA CAIXA  La partícula pot estar en diferents estats (n) diferents, cadascun amb diferent E  E = EK augmenta amb n, però disminueix quan M i L augmenta  Només alguns valors d'E se'ls permet (energia quantificat)  Hi ha un mínim d'energia ≠ 0  La partícula està sempre en moviment (principi d'incertesa)  Posició només es pot descriure en termes de probabilitat Ψ2  Si la partícula és un electró, hi ha zones de diferent densitat electrònica  Hi ha zones de l'espai amb probabilitat 0 (nodes)  La partícula "pot saltar" sobre aquest zones de probabilitat 0 (pot estar a les dues bandes) Caixa 2D: 𝑬(𝒏𝒙 , 𝒏𝒚 ) = 𝒉𝟐 𝟖𝒎 𝒏𝟐 𝒏𝟐𝒚 𝒙 𝑳𝟐𝒚 ( 𝑳𝟐𝒙 + ) Si Lx=Ly  Estats degenerats 6 FUNCIÓ D’ONA DE L’HIDROGEN 𝜳(𝒓, 𝜭, ∅) = 𝑹(𝒓) 𝒀(𝜭, ∅) R és la funció d’ona radial. Y és la funció d’ona angular.
R depèn de n. Y depèn de l, m.
NOMBRES QUÀNTICS Principal nombre quàntic: n = 1,2,3… Nombre quàntic moment angular: l = 0, 1, 2, 3… n-1 s, p, d, f Nombre quàntic magnètic: m = -l  l Per a l'àtom d'hidrogen, l'energia de cada estat depèn només del nombre n i és la mateixa equació derivada del model de Bohr.
Z= nuclear charge (for H, Z = 1) ao = h2/4π2me2 = 53 pm La part angular és independent de n DISTRIBUCIÓ RADIAL 4πr2R2 (r) té en compte el nombre de punts a una distància r ORBITALS S 7 ORBTIALS P ORBITALS D EL QUART NOMBRE QUÁNTIC En un àtom d'hidrogen, un e- en una orbital pot tenir dos diferents estableix : ms = + ½ i - ½ .Aquests estats són degenerats.
MULTIELECTRONIC ATOMS Equació de Schrödinger pot ser resolta només per àtoms amb un electró.
Per als àtoms multielectronic repulsió electró - electró és una contribució principal a l'energia de l'àtom .
8 Per als àtoms multielectronic , una funció d'ona aproximada pot ser resolt per a cada e fent cas omís de les repulsions electró i de la modificació de la càrrega nuclear per un efecte de protecció produït per l'altre electró.
Funció d'ona monoelectrónica també consisteix en una part angular i una part radial .
La part angular és la mateixa que la d'H, però la part radial R (r) és diferent .
PRINCIPI D’EXCLUSIÓ Dos electrons del mateix àtom no poden tenir el mateix conjunt de nombres quàntics.
Hi ha repulsions entre els electrons.
APANTALLAMENT Un electró disminueix l’atracció que produeix el nucli amb un electró més allunyat que el primer. Quan més a prop del nucli, menys apantallament.
CONFIGURACIÓ ELECTRÓNICA Regla d’Aufbau PRINCIPI DE HUND Quan dos o més e- poden ocupar dos o més orbitals degenerats, la configuració més estable és la de col·locar un electró, amb el mateix nombre spin, en diferents orbitals.
9 ...