Kapittel 1 - Atomstruktur

Beskriv ett atomorbital

Deles opp i 4 ulike kvantetall: n, l, ml og ms

n angir energien og dermed størrelsen til orbitalet

- kun heltallsverdier

- jo større n, jo større orbital

l angir størrelsen på orbital vinkelmomentet

l = (n-1)

- beskriver orbitalsett (eks. l=0 => s-orbital)

ml angir enkeltorbitalet til hvert l-sett.

ml = -l-0-l

ms angir spinnet til elektronet som blir beskrevet

ms = -1/2 eller +1/2

Hva bestemmer n, l, ml og ms?

n og l -> fasongen på orbitalene av de to første kvantetallene

ml -> orienteringen til orbitalet i rommet

ms -> spinnet til elektronet

Hvordan ser p-orbitalene ut?

Deles inn i px, py og pz.

Består av to "delorbitaler"

Undergruppen (x,y,z) bestemmer hvilken retning/akse det positive orbitalet strekkes mot.

px => liggende

py => skrå

pz => rett opp

Hvordan ser d-orbitalene ut?

Deles inn i dxy, dxz, dyz, dx2-y2 og dz2.

Består av fire eller tre "delorbitaler"

dxy -> z-aksen "mot oss", firkant

dxz, -> y-aksen "fra oss", firkant

dyz -> x-aksen "mot oss", firkant

dx2-y2 -> z-aksen "mot oss", sjøstjerne

dx2 -> x-aksen "mot oss", rund ti midten, en opp og en ned

Hva er et nodalplan?

Området hvor sannsynligheten for å finne elektroner er lik null.

Kan også betraktes som en overflate hvor orbitalen skifter fortegn.

Et nodalplan kan være radielt eller ikke-radielt avhengig av hvordan nodene er ordnet. Et radielt nodalplan har en sentral node eller senterpunkt, og alle andre noder er koblet til denne sentrale noden. Dette skaper et mønster som ligner på stråler som strekker seg ut fra et senter.

For økende verdier av n vil energien og antall radielle nodalplan øke.

For s-orbitaler vil antall nodalplan være gitt ved (n-1) nodalplan.

(Noder kan være avhengige av avstanden til kjernen (radielle noder) eller av retningen i rommet («vinkelnoder», også kalt nodalplan siden disse nodene definerer plan i rommet med null elektrontetthet).1 Nodalplanene går gjennom origo (atomkjernen).)

Hva forteller elektronstrukturen til et atom oss?

Hvilke atomorbitaler som innehar elektroner og hvilke som er tomme.

Hva brukes orbitaler som overlapper til?

Å lage bindinger mellom atomer og molekyler.

Hvilke prinsipper brukes for å bestemme elektronkonfigurasjonen for ulike atomer?

Aufbau-prinsippet, Hunds regel og Paulis utelukkelsesprinsipp.

Hva går Aufbau-prinsippet ut på?

Protoner adderes ett og ett for å bygge opp atomkjernen. Elektronene adderes på samme vis og fyller opp orbtialene fra lavest energinivå og oppover.

Forklar Hunds regel.

Når det er flere orbitaler med samme energi tilgjengelig, degenerer orbitaler, vil det plasseres ett elektron i hver orbital før man begynner å pare elektronene.

I 2p-orbitalene vil det eksempelvis plasseres ett elektrom hver i px, py og pz, før det pares opp til to elektroner i px.

Hva går Paulis utelukkelsesprinsipp ut på?

I hvert orbital er det plass til to elektroner. Disse elektronene har samme verdi for n, l og ml. To elektroner i samme atom kan ikke ha samme kvantetilstand, derfor må de skilles ved å ha ulikt magnetisk spinnkvantetall, ms. De to elektronene har da like stort spinn, men i motsatt retning av hverandre (-1/2 og +1/2).

Effektiv kjerneladning

Kjerneladningen som et elektron faktisk opplever (mindre enn vanlig kjerneladning pga skjerming). Jo lengre vekk fra kjernen ett elektron befinner seg, jo lavere vil den effektive kjerneladningen være.

Zeff = Z - p

Z = den faktiske kjerneladningen

p = skjerming

Skjerming

De ulike orbitalene skjermer ulikt, avhengig av hvordan de er orientert i rommet.

Best = s-orbital

Dårligst = f-orbital

s > p > d > f

Periodesystemet:

Innad i hver periode, fra venstre mot høyre, øker Zeff. Nedover i hver gruppe avtar Zeff.

Skjerming:

Elektroner som ligger i skall innenfor de elektronene vi betrakter skjermer for atomkjernen slik at de elektronene vi betrakter opplever en lavere kjerneladning enn den reelle. Elektroner som ligger i samme skall skjermer i mye mindre grad. På grunn av skjermingseffekten oppleves en kjerneladning som kalles effektiv kjerneladning, Zeff = Z – p der p er et uttrykk for skjerming. Skjermer best: f < d < p < s Skjermes best for: s < p < d < f

Atomradius (PS)

- Øker nedover i hver gruppe

- Avtar fra venstre mot høyre i s- og p-blokka

- I overganmgen mellom andre og tredje rekke i overgangsmetallene kommer lantanoidekontraksjoner inn i bildet. Dette gjør at atomene i disse rekkene har tilnærmet lik atomradius.

(Størst = nederst til venstre)

Ioneradius (PS)

- Endrer seg med endring i lading

Anioner:

- Økning i negativ ladning vil være et resultat tilførsel av elektroner noe som fører

1) større forskjell mellom den positive og negative ladningen, noe som gjør det vanskeligere å holde på elektronene og

2) økt skjerming av de ytterste elektronene.

Derfor fører dette til økt ioneradius ved økende negativ ladning.

Kationer:

- Ladningsøkning er et resultat av at det blir færre elektroner rundt kjernen. Dette gjør at elektronskyen blir mindre og skjermingen dårligere

=> kationradius avtar ved økende positiv ladning.

Resultat = Anioner har større radius.

Ioniseringsenergi

Energien som kreves for å fjerne et elektron fra et atom som er i gassfase.

Trend:

- Innad i hver periode øker den fra venstre mot høyre

- Unntak: B har svakere ioniseringsenergi enn Be og O har lavere ioniseringsenergi enn N.

Elektronaffenitet

Den energien som frigjøres i reaksjonen hvor et atom i gassfase tar opp et elektron og danner et negativt ion.

Elektronegativitet (PS)

Evnen et atom har til å trekke på elektroner når det er i en forbindelse.

Et atom som trekker mye på elektronene til andre atomer i samme forbindelse, har høy elektronegativitet

Trend:

- Øker fra venstre mot høyre i en periode

- Minker nedover i hver gruppe

Små atomer med få valenselektroner lettere gir fra seg sine.

Polariserbarhet

Sier noe om hvor lett det er å påvirke elektronskyen til et atom. Hvis et atom er sterkt polariserbart vil atomets elektronsky lett kunne påvirkes av et elektrisk felt.

- Små kationer med høy ladning har polariserende effekt

- Store anioner med høy ladning lat seg lett polatisere

- Kationer som ikke har edelgass-struktur lar seg lett polarisere.

Lantanoidekontraksjoner

Beskriver spesielle egenskaper for lantanoider.

4d og 5d har omtrent lik atomradius.

5d-elementene kommer etter lantanoidene, og disse har fylt opp sine 4f-orbitaler.

f-orbitaler skjermer dårlig, dermed større effektiv kjerneladning.

Valenselektronene opplever en sterkere tiltrekning fra atomkjernen, og man får lavere atomradius enn forventet

Hva er hovedgruppene i det periodiske system og hvilke navn har de?

Det periodiske system er bygd opp i grupper og perioder. Hver periode har samme hovedkvantetall, mens hver gruppe har samme antall valenselektroner.

Det periodiske system er videre delt inn i fire blokker: s-, p-, d- og f-blokken. s- og p-blokkene kalles hovedgruppene, mens d-blokken omtales som innskuddsmetallene eller overgangsmetallene.

f-blokken består av lantanoidene og actinoidene.

Gjør rede for kvantetallene n, l og ml som er nødvendig for å beskrive et atoms orbitaler.

Hovedkvantetall

Mulige verdier: n = 1, 2, 3, … o

Beskriver: energien til atomorbitalen

Orbitalvinkelmomentkvantetall l (kvantetall for banespinn)

Mulige verdier: l = 0, 1, 2, ..., n–1

Beskriver: fasongen/formen til atomorbitalen

Magnetisk kvantetall

Mulige verdier: ml = –l, …, 0, …, +l (2l+1 mulige verdier)

Beskriver: orbitalens retning i rommet

Magnetisk spinnkvantetall

Mulige verdier: +1/2, -1/2

Beskriver: orbitalets spinn

Noder

En node er et sted i rommet hvor bølgefunksjonen Ψ går gjennom null, slik at amplituden til bølgefunksjonen bytter fortegn (+ eller -).

Siden bølgefunksjonen er eksakt lik null akkurat i noden er det null sannsynlighet for å finne elektronet der