UNIVERZITET U NOVOM SADU PRIRODNO-MATEMATIČKI … · • Prva polovina XX veka – Rutherford,...
Transcript of UNIVERZITET U NOVOM SADU PRIRODNO-MATEMATIČKI … · • Prva polovina XX veka – Rutherford,...
UNIVERZITET U NOVOM SADU PRIRODNO-MATEMATIČKI FAKULTET
DEPARTMAN ZA HEMIJU
PERIODNI SISTEM ELEMENATA
• J.A. Newlands je pronašao da se osobine hemijskih elemenata mogu dovesti u vezu sa njihovim atomskim težinama
• Do početka XIX veka nije postojala nikakva sistematizacija.
• 1829. god. J.W. Dobereiner je izvršio pokušaj klasifikacije hemijskih elemenata – tablica “trijada”.
• 1869. god. D.I. Mendeljejev daje tablicu klasifikacije hemijskih elemenata koja je izgledala približno kao tablice koje se danas koriste.
• Glavni princip bio je da su fizičke i hemijske osobine elemenata periodične funkcije njihovih atomskih težina – “Zakon periodičnosti”.
• L. Meyer daje svoju sistematizaciju, nešto drugačije komponovanu, ali sačinjenu po istim principima.
• 1894. god. započinje otkrivanje plemenitih gasova.
• 1922. god. N. Bohr daje objašnjenje Zakona periodičnosti – sa postupnim porastom atomskog broja, postupno se menjaju i periodično ponavljaju slične strukture atoma.
• Savremena koncepcija Zakona periodičnosti je da osobine hemijskih elemenata nisu proizvoljne već da zavise od strukture atoma.
• Zakon periodičnosti: “Fizičke i hemijske osobine elemenata su periodične funkcije njihovih atomskih brojeva”.
• Prva polovina XX veka – Rutherford, Mosley i dr., - za atom jednog elementa karakteristična vrednost je atomski ili redni broj (broj protona u jezgru), a ne atomska težina (srednja vrednost atomskih masa različitih izotopa istog elementa).
Šta čini da se elementi razlikuju jedni od drugih? Šta je uzrok formiranja beskrajno različitih supstanci?
Broj protona u jezgru atoma suštinski odvaja elemente jedne od drugih.
BROJ PROTONA
Atomski broj je takoĎe jednak broju elektrona u njegovom naelektrisanom oblaku.
ATOMSKI BROJ (Z) = BROJ PROTONA
X A
Z
Maseni broj
Broj neutrona N Atomski
broj
Izotopi
H 1
1 0
H 2
1 1
H 3
1 2
Izotoni Izobari
Co 60
27 33
Ni 60
28 32
Be 9
4 5
B 10
5 5
MASENI BROJ = BROJ PROTONA + BROJ NEUTRONA
ATOMSKI BROJ = BROJ PROTONA
Ca 20
40.08
Atomski broj
Simbol elementa
Atomska masa
ATOMSKA MASA = masa protona + masa neutrona
Kvantni brojevi elektrona i atoma
Glavni kvantni broj (n)
Predstavlja pozitivne cele brojeve od 1 do 7 (n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) i definiše energetski nivo elektrona (označava se i slovima K, L, M, N, O, P, Q);
Što je veća vrednost n, to je ljuska dalja od jezgra,
Udaljeniji elektroni poseduju veću energiju.
n=1 K-ljuska
n=2 L-ljuska
n=3 M-ljuska
n=4 N-ljuska
n=5 O-ljuska
n=6 P-ljuska
n=7 Q-ljuska
Drugi (azimutni, orbitalni) kvantni broj (l)
Može imati vrednosti l = 0, 1, 2, …n-1, odnosi se na podnivo elektrona (označava se sa s, p, d, f);
l=0 s-orbitala
l=1 p-orbitala
l=2 d-orbitala
l=3 f-orbitala
l=4 g-orbitala Maksimalni broj elektrona u podljusci s = 2 p = 6 d = 10 f = 14
Glavni i sekundarni kvantni broj
• Vrednost l = 0
• Imaju oblik lopte (sfere)
• Prečnik sfere raste sa porastom vrednosti n
s-orbitale
• Vrednost l = 1
• Imaju dva režnja i čvor izmeĎu njih
p-orbitale
d-orbitale
dyz dxz dxy
x2-y2 d z2 d
• Vrednost l = 2
• Četiri od pet orbitala imaju po četiri režnja, a peta podseća na p orbitalu sa Ďevrekom oko centra
Magnetni kvantni broj (m)
Magnetni kvantni broj m vrednosti od –l do +l, uključujući i nulu, definiše nagib ravni oblaka elektrona, npr. za n = 2 i l = 2 dobija se ml = -1, 0, +1,
s-orbitala d-orbitale p-orbitale
• Orbitale sa istom vrednošću n pripadaju istom energetskom nivou (ljusci)
• Orbitale sa istom vrednošću l pripadaju istom podnivou (podljusci)
Orbitale, ljuske i podljuske
Spinski kvantni broj (ms)
Dirak i Pauli kasnije uvode i četvrti kvantni broj – spinski kvantni broj
Spinski kvantni broj ms, vrednosti -1/2 do +1/2 definiše smer obrtanja elektrona oko sopstvene ose (- u levo i + u desno).
+
Elektronske konfiguracije • Opis energetskih stanja elektrona pomoću kvantnih brojeva
naziva se elektronska konfiguracija atoma, a njen šematski prikaz naziva se orbitalni dijagram.
• Paulijev princip isključivosti (Wolfgang Pauli) glasi da dva elementa ne mogu da imati ista četiri kvantna broja. Ako dva elektrona pripadaju istoj orbitali (n, l, ml su isti), oni se meĎusobno moraju razlikovati po smeru spina (ms= +1/2 i ms = - ½)
• Hundovo pravilo – elektroni se razmeštaju unutar istovrsnih degenerisanih orbitala tako da broj nesparenih elektrona sa paralelnim spinovima bude maximalan. Drugim rečima, elektroni degenerisanih orbitala zauzimaju što je moguće veći prostor u atomu, tako da su meĎusobno na što većem rastojanju. Na taj način odbijanje izmeĎu elektrona je manje, a energija atoma niža.
Redosled popunjavanja orbitala • Popunjavanje se vrši sukcesivno.
• Prvo se popunjavaju one najniže energije (Princip izgraĎivanja)
• Izuzetak: 4s orbitala se popunjava pre 3d orbitale jer ima niži sadržaj energije (“efekat prodiranja”). Za 4s orbitalu n+l=4+0, a za 3d orbitalu n+l=3+2.
Pisanje izraza za konfiguraciju elektrona
• Orbitalni dijagrami
• Svaki kvadrat predstavlja jednu orbitalu
• Strelice predstavljaju elektrone
• Smer strelice predstavlja spin elektrona
1 s1 Vrednost n Podnivo (l)
Broj elektrona u podnivou
Li 1s 2s
2p
NE
DA
H 1s
Atomska struktura azota
Pisanje elektronskih konfiguracija
1s2 2s2 2p3
Prikaz e po ljuskama Grupni prikaz e Prikaz e po ljuskama i podljuskama
Elektronska konfiguracija azota
Na je 11-i elemenat u PS i taj poslednji elektron se smešta u M-ljusku
M ljuska (n=3)
L ljuska (n=2)
K ljuska (n=1)
Atomska struktura natrijuma
Pisanje elektronskih konfiguracija
1s2 2s2 2p6 3s1
UNUTRAŠNJI ELEKTRONI
VALENTNI ELEKTRONI
Primer - Magnezijum
Mg Z=12
Broj elektrona=12
Ispunjena 1s orbitala
Preostao broj elektrona = 10
Ispunjena 2s orbitala
Preostao broj elektrona = 8
Ispunjena 2p orbitala
Preostao broj elektrona = 2
Ispunjena 3s orbitala
Preostao broj elektrona = 0
Mg 1s2 2s2 2p6 3s2
UNUTRAŠNJI ELEKTRONI
VALENTNI ELEKTRONI
Primer - Hlor Cl Z=17
Broj elektrona=17
Ispunjena 1s orbitala
Preostao broj elektrona = 15
Ispunjena 2s orbitala
Preostao broj elektrona = 13
Ispunjena 2p orbitala
Preostao broj elektrona = 7
Ispunjena 3s orbitala
Preostao broj elektrona = 5
Cl 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
Počelo popunjavanje 3p orbitala
Preostao broj elektrona = 0
Cl Z=17
Broj elektrona=17
Ispunjena 1s orbitala
Preostao broj elektrona = 15
Ispunjena 2s orbitala
Preostao broj elektrona = 13
Ispunjena 2p orbitala
Preostao broj elektrona = 7
Ispunjena 3s orbitala
Preostao broj elektrona =
Počelo popunjavanje 3p orbitala
Preostao broj elektrona = 0
VALENTNI ELEKTRONI
PSE I ELEKTRONSKA KONFIGURACIJA ATOMA
Orbitalni dijagrami osnovnih stanja atoma od Z=1 do Z=10
Vodonik
Helijum
Litijum
Berilijum
Bor
Ugljenik
Azot
Kiseonik
Fluor
Neon
Konfiguracija Atom Z
Inertni gas – elektronska konfiguracija je stabilna
Stabilne elektronske konfiguracije (plemeniti gasovi)
STRUKTURA PERIODNOG SISTEMA
Grupa
s, p, d i f blokovi u PSE
Svi elementi jedne grupe u PSE imaju istu elektronsku konfiguraciju
Metalni karakter
Metalni karakter opada
Meta
lni kara
kte
r ra
ste
Promene Ej u PSE
Ej opada u
gru
pi Ej raste duž periode
Energija potrebna da se iz izolovanog atoma u gasovitom stanju izdvoji elektron naziva se energija jonizacije (kJ/mol ili eV).
Li(g) Li+(g) + e- Ej1= 5,4 eV
Li+(g) Li2+(g) + e- Ej2= 75,6 eV
Li2+(g) Li3+
(g) + e- Ej3= 121,8 eV
Promene Ej u PSE
Atomski broj
Ej (k
J/m
ol)
Plemeniti gasovi
Alkalni metali
Promene afiniteta prema elektronu
Grupa
Afinitet
pre
ma e
lektr
onu
(kJ/
mol)
Energija koja se oslobaĎa kada neutralni atom u gasovitom stanju prima jedan elektron naziva se afinitet prema elektronu (kJ/mol).
To je egzoterman proces.
Veličina atoma – radijus atoma
Svaki atom se može smatrati kao sfera sa odreĎenim radijusom. Radijus atomske sfere nije konstantan, već zavisi u izvesnom stepenu od njegove okoline.
Veličina atoma je značajna pri proučavanju difuzije atoma u metalnim legurama.
Promena veličine atoma
Atomski broj
Radijus
(pm
)
Elektronegativnost Elektronegativnost se definiše kao stepen kojim atom privlači elektron ka sebi.
Kreće se u granicama od 0.7 do 4.0.
Veće vrednosti: tendencija ka preuzimanju elektrona.
Manja elektronegativnost Veća elektronegativnost
Afinitet prema elektronu
Energija jonizacije
Energ
ija joniz
aci
je
Afinitet
pre
ma e
lektr
onu
Radijus
ato
ma
Radijus atoma
1. Maksimalan broj elektrona po podnivoima je:
a) s2 p6 d10 f7 b) s1 p6 d10 f14 c) s2 p6 d10 f14
d) s2 p6 d5 f14 e) s1 p3 d5 f7
2. Ako element X ima Z=27 i A=60 onda ima:
a) 33 protona i 27 neutrona b) 27 protona i 27 neutrona
c) 27 protona i 33 elektrona d) 27 protona i 33 neutrona
e) 33 protona i 27 elektrona
Z = ATOMSKI BROJ (BROJ PROTONA)
A = MASENI BROJ (BROJ PROTONA + BROJ NEUTRONA)
3. Element sa atomskim brojem 38 i masenim brojem 90 sadrži:
a) 52 protona, 52 elektrona i 38 neutrona
b) 38 protona, 38 elektrona i 52 neutrona
c) 52 protona, 38 elektrona i 52 neutrona
d) 38 protona, 52 elektrona i 38 neutrona
e) 52 protona, 38 elektrona i 38 neutrona
4. Element sa rednim brojem 17 ima elektronsku konfiguraciju 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5. Nalazi se u:
a) 3 periodi i V grupi periodnog sistema
b) 2 periodi i III grupi periodnog sistema
c) 3 periodi i II grupi periodnog sistema
d) 7 periodi i III grupi periodnog sistema
e) 3 periodi i VII grupi periodnog sistema
5. Atomi nekog hemijskog elementa imaju sledeću elektronsku konfiguraciju 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p3. U periodnom sistemu, ovaj element se nalazi u:
a) 4 periodi i II grupi periodnog sistema
b) 3 periodi i III grupi periodnog sistema
c) 3 periodi i IV grupi periodnog sistema
d) 4 periodi i V grupi periodnog sistema
e) 5 periodi i IV grupi periodnog sistema
6. Koji od atoma elemenata sa datom elektronskom konfiguracijom ima najjače izražena svojstva nemetala?
a) 1s22s22p63s23p5 b) 1s22s22p3
c) 1s22s22p63s1 d) 1s22s22p63s2
e) 1s22s22p4
7. Koji od atoma elemenata sa datom elektronskom konfiguracijom ima najjače izražena svojstva metala?
a) 1s22s22p63s23p5 b) 1s22s22p3
c) 1s22s22p63s1 d) 1s22s22p63s2
e) 1s22s22p4
8. Energija jonizacije i koeficijent elektronegativnosti opadaju u nizu:
a) Pb, Sn, Ge, Si, C b) C, Si, Ge, Sn, Pb
c) Si, C, Ge, Sn, Pb d) C, Pb, Sn, Ge, Si
e) Pb, Si, Ge, Sn, C