סיכום פרק ראשון בקורס כימיה כללית שמתחיל בעוד שלושה שבועות. פוסט שהעלתי אצלי בבלוג.
פרק 1 - אטומים: העולם הקוונטי
חישוב אורך גל ותדירות של קרינה
שדה חשמלי מפעיל כוח על חלקיקים טעונים. מחזור הוא היפוך שלם של הכיוון הועוצמה של השדה עד לחזרה לכיוון ולעוצמה המקוריים. מספר המחזורים בשניה נקרא התדירות של הקרינה ומצויין באות היוונית v (ני). יחידת התדירות הרץ מוגדרת:
1Hz = 1s^-1
מאפייני הגל הם המשרעת ואורך הגל. המשרעת היא גובה הגל מעל לקו האמצע שלו, ריבוע המשרעת קובע את העוצמה. אורך הגל מצויין ע"י האות היוונית λ (למדא) הוא המרחק משיא לשיא.
מהירות האור = התדירות X אורך הגל
λv = c
חישוב אורך גל של חלקיק
אורך הגל של "גל חלקיקים" נמצא ביחס הפוך למסה של חלקיק ולמהירותו, v, לפי:
λ=h/mv=h/p
כאשר h הוא קבוע פלנק ו-mv=p שנקרא התנע הקווי.
יחס זה נקרא יחס דה ברולי.
חישוב אי וודאות
ככל שיודעים את מיקומו בדיוק רב יותר של חלקיק, כך גדלה אי הוודאות ביחס לתנע הקווי שלו ולהפך. המיקום והתנע הקווי נקראים גדלים משלימים. עיקרון אי הוודאות של הייזנברג אומר שאם מיקום חלקיק ידוע באי וודאות Δx, אי הוודאות בידיעת התנע הקווי תהיה Δp, כאשר:
ΔpΔx>=H/2
H=h/2pi
כלומר אי הוודאויות המזעריות הן:
Δx=H/2mΔv
Δv=Δp/m=H/2mΔx
ספקטרום היסוד
אלקטרון באטום יכול להתקיים רק בסדרה של רמות בדידות. מעבר של אלקטרון ממצב למצב כרוך בשינוי אנרגיה מרמה אחת לאחרת. הפרש האנרגיה נפלט בצורת פוטון. האנרגיה של פוטון הי hv לכן תדירותו של קו יחיד בספקטרום היא:
hv=ΔE
ΔE=Eupper-Elower
תדירות הקווים:
v=(1/n1^2-1/n2^2)R
כאשר n1 ו-n2 הן שתי רמות שבהן מתרחש מעבר האלקטרון ו-R הוא קבוע רידברג.
ארבעת המספרים הקוונטים
מצבי האנרגיה ופונקציית הגל של אלקטרונים מאופיינים על ארבעה מספרים קוונטים:
n - מספר קוונטי ראשי
l - מספר קוונטי של התנע הזויתי המסלולי
ml - מספר קוונטי מגנטי
ms - מספר קוונטי מגנטי של הספין
המספר הקוונטי הראשי הוא מספר שלם המשמש למיספור רמות האנרגיה. N=1 רמה ראשונה, n=2, רמה שניה וכך הלאה. האנרגיה הנמוכה ביותר האפשרית מתקבלת כאשר n=1, ככל ש-n גדול יותר, כך האנרגיה של האלקטרון באטום גבוהה יותר, כלומר שלילית פחות. כשהאלקטרון מתנתק מהאטום האנרגיה היא 0.
המספר הקוונטי של התנע הזוויתי,l ,יכול לקבל את הערכים 0,1,2,...,n-1, כלומר ישנם n ערכים שונים של l לכל ערך של n. האורביטלים שבהם 0=l נקראים אורביטלי s, 1=l נקראים אורביטלי p, 2=l נקראים אורביטלי d, ו-3=l נקראים אורביטלי f.
l מלמד על התנע הזוויתי המסלולי של האלקטרון שהוא מדד לקצב שבו האלקטרון מקיף את הגרעין.
המספר הקוונטי המגנטי, ml, מבדיל בין אורביטלים שונים באותה תת רמה ויכול לקבל את הערכים l, l-1,...,-l. יש 2l+1 ערכים שונים של לכל ערך נתון של l, כלומר בכל תת רמה יש 2l+1 אורביטלים.
המספר הקוונטי המגנטי שך הספין, ms, מלמד מהי מגמת התנועה של האלקטרון באורביטל. מסומן בערכים 1/2+, 1/2-, ההבדל בסימן אומר שכיווני התנועה מנוגדים. עם כיוון השעון ונגדו.
הגורמים המשפיעים על אנרגיה של אלקטרון באטום רב אלקטרונים
האלקטרונים שבאטום, שלהם מטען שלילי נמשכים אל הגרעין בעל המטען החיובי, אך מטעניהם השלילים דוחים זה את זה, כיוון שכך הקשר של כל אלקטרון לגרעין חלש שיותר משהיה לא היה האלקטרון היחיד באטום. שאר האלקטרונים ממסכים כל אלקטרון ממלוא המשיכה של הגרעין. מטען הגרעין האפקטיבי הפועל על האלקטרון קטן תמיד ממטען הגרעין.
Ze > Z(eff)e
אלקטרון p חודר במידה קטנה יותר מאלקטרון s דרך הרמות הפנימיות של הגרעין, מידוכו מהגרעין רב יותר והמטען האפקטיבי הפועל עליו קטן יותר מזה הפועל על אלקטרון s. כלומר אלקטרון s קשור בקשר חזק יותר מאלקטרון p והאנרגיה שלו נמוכה יותר. אלקטרון d קשור בקשר עוד יותר חשל מאלקטרון p באותה רמה, כיוון שיכולתו לחדור ולהגיע לגרעין קטנה יותר.
Zs < Zp < Zd
המגמות המחזוריות של רדיוס אטומי, אנרגיית יינון וזיקה אלקטרונית
הרדיוס האטומי של יסוד מוגדר כמחצית המרחק בין הגרעינים של אטומים שכנים. לרוב הרדיוס האטומי קטן משמאל לימין לאורך המחזור וגדל במורד הקבוצה. עם המעבר ממחזור למחזור, האלקטרונים החיצוניים מאכלסים רמות רחוקות יותר מהגרעין לכן העליה ברדיוס ככל שהיסוד נמוך יותר בקבוצה. לאורך המחזור מספר האלקטרונים עולה עם מספר הפרוטונים, אולם האלקטרונים המתווספים לאורל המחזור ממלאים את אותה רמה ראשית וכולם נמצאים באותו מרחק מהגרעין. מכיוון שהם מפוזרים במיסוך שהם מפעילים על האלקטרונים האחרים קטן יחסית, לכן מטען הגרעין האפקטיבי עולה לאורך המחזור והוא מושל את האלקטרונים קרוב יותר לגרעין.
הרדיוס היוני של יסוד הוא חלקו של יסוד זה במרחק בין שני יונים שכנים במוצק יוני. כל הקטיונים קטנים מאטומי המוצא שלהם בגלל שהאטום מאבד אלקטרון אחד או יותר וכך נחשפת הליבה. רדיוסי קטיונים גדלים במורד הקבוצה מכיוון שהאלקטרונים מאכלסים רמות גבוהות יותר ויותר. האניונים גדולים יותר מאטומי המוצא שלהם מכיוון שברמת הערכיות יש יותר אלקטרונים הדוחים זה את זה. רדיוסי האניונים משתנים במגמה מחזורית כאשר הערכים הקטנים ביותר נמצאים למעלה מימין.
אנרגיין היינון היא האנרגיה הדרושה להרחקת אלקטרון מאטום במצב צבירה גזי. אנרגיית היינון קטנות בדרך כלל במורד הקבוצה בכיוון שככל שהמחזור נמוך יותר האלקטרון החיצוני מאכלס רמה רחוקה יותר מהגרעין ולכן הוא קשור אליו בקשר חלש יותר. אנרגיית היינון גדלות משמאל לימין כיוון שמטען הגרעין האפקטיבי עולה והאלקטרון החיצוני קשור לגרעין בקשר חזק יותר.
זיקה אלקטרונית של יסוד היא האנרגיה המשתחררת או נקלטת כאשר אטום במצב צבירה גזי מקבל אלקטרון נוסף. זיקה אלקטרונית חיובית פירושה, שתוספת האלקטרון מביאה לשחרור אנרגיה. זיקה אלקטרונית שלילית פירושה, שיש להשקיע אנרגיה כדי להוסיף אלקטרון לאטום. השתנות הזיקה האלקטרונית אינה מחזורית כמו הרדיוס ואנרגיית היינון אולם ניתן להבחין במגמה מרכזית אחת: הזיקות האלקטרוניות הן הגבוהות ביותר בצידה הימני העליון של הטבלה המחזורית. האלקטרון הנכנס לאטומים לה מאכלס אורביטל p קרוב לגרעין, שמטענו גבוה והוא מפעיל על האלקטרון משיכה חזקה. לגזים אצילים זיקה שלילית כיוון שכל אלקטרון חייב לאכלס רמה חדשה רחוקה מהגרעין.
---
כיפור שמח.
הוספת תגובה על "כימיה כללית, פרק 1 - אטומים: העולם הקוונטי"
נא להתחבר כדי להגיב.
התחברות או הרשמה