Kapittel 1 - ATOMSTRUKTUR

Viktige ting å pugge Det som står i kursiv er tatt fra fasit på spørsmål i tidligere øving.

Hva er atomorbitaler?

Det er schrödinger-ligningens løsninger. Den har flere løsninger. Hvor ψ² er en sannsynlighetsfunksjon, hvor arealet under graden er hvor vi finner elektroner.

Hva er og hvilke kvantetall har vi?

Disse beskriver en orbital:

• n: hovedkvantetall

  • Energien til atomorbitaler

  • n = 1, 2, 3,…
    
    

• l: orbitalvinkelmomentkvantetall

  • Fasongen til orbitalen

  • l = 0, 1, 2, … (n-1)

  • (Størrelsen på orbital vinkelmomentet til elektronet som beskirves)

  • l beskriver hvilket “orbitalsett” vi ser på
    
    

• m_l: magnetisk kvantetall

  • Magnetisk kvantetall

  • m_l = -l, -l+1, …, 0, …, +1-l, +l

Beskriver e- i en orbital:

• m_s: magnetisk spinnkvantetall

  • m_s = +1/2, -1/2

  • Angir spinnet til elektronene

Hvilke orbitaler og kvantetall er lovlige for hvert n-nivå?

I praksis er det verdien av n som bestemmer verdiene til l og m_l, som igjen styrer hvilke orbitaler som er lovlige for den gitte n-verdien.

Hva er en node?

Node = null sannsynlighet for å finne e-, (ψ² = 0)

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

Hvordan ser s-orbitalen ut?

Kvantetall: n = 2, l = 0, ml = 0. Orbitalen har én radiell node.

Hvordan ser p-orbitalene ut?

Kvantetall: n = 2, l = 1, ml = –1, 0, 1. Hver orbital har ett nodalplan (ingen radielle noder).

Hvordan ser d-orbitalene ut?

Kvantetall: n = 3, l = 2, ml = –2, –1, 0, 1, 2. Hver orbital har to nodalplan (ingen radielle noder).

Hvordan ser f-orbitalene ut?

Kvantetall: n = 4, l = 3, ml = –3, –2, –1, 0, 1, 2, 3. Hver orbital har tre nodalplan (ingen radielle noder).

Hva er et nodalplan?

Område hvor sannsynligheten for å finne elektroner er lik null.

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 brukes orbitaler som overlapper til?

Å lage bindinger mellom atomer og molekyler.

Hva forteller elektronstrukturen til et atom oss?

Hvilke atomorbitaler som innehar elektroner og hvilke som er tomme..

Hvilke tre 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 m_l. To elektroner i samme atom kan ikke ha samme kvantetilstand, derfor må de skilles ved å ha ulikt magnetisk spinnkvantetall, m-s. De to elektronene har da like stort spinn, men i motsatt retning av hverandre (-1/2 og +1/2).

Hva er 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

Hva er skjerming?

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

Best = s-orbital

Dårligst = f-orbital

Rangert etter avtagende skjermingsevne: 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

• Øker nedover i hver gruppe

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

• I overgangen 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

- Endrer seg med endring i ladning

Anioner:
- Økning i negativ ladning vil være et resultat tilførsel av elektroner noe som fører til
1) større forskjell mellom den positive og negative ladningen, noe som gjør det vanskeligere for kjernen 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 enn kationer.

Ioniseirngsenergi

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

  • 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

Evnen et atom har til å rekke 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.

Små atomer med mange valenselektroner vil gjerne ha flere.

Paulings skala er mest brukt med målte verdier for elektronegativitet.

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 (f.eks. et ion).

(Fajans regler):
- Små kationer med høy ladning har polariserende effekt
- Store anioner med høy ladning lar seg lett polarisere
- 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, bidrar lite til å minke effektiv kjerneladning.
Valenselektronene opplever derfor en sterkere tiltrekning fra atomkjernen, og man får lavere atomradius enn forventet