Genel Kimya 101
Yrd.Doç.Dr.Zeynep OBALI
e-mail: [email protected]
Ofis: z-83/2
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Gaz Yasaları
Gazların fiziksel özellikleri aşağıdaki dört değişken
ile tanımlanabilir;
1. Basınç, (P)
2. Sıcaklık (T)
3. Hacim (V)
4. Miktar yada mol sayısı (n)
Bu dört değişken arasındaki ilişkiler gaz yasaları ile
tanımlanır. Bu yasaları izleyen gazlara ideal gaz
denir.
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
BOYLE YASASI:
Hacim ve Basınç Arasındaki İlişki
1atm
2 atm
Artan Basınç
Azalan Basınç
P=1,0 atm
V=1,0 L
P=2,0 atm
V=0,5 L
İdeal gazın hacmi basıncıyla ters orantılı değişir
(n ve T sabit) PxV= k(sabit)
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Hacim (V)
Hacim (V)
Boyle Yasası: PxV= k
Basınç (mm Hg)
1/P (mm Hg)
V=k(1/P)
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
CHARLES YASASI:
Hacim ve Sıcaklık Arasındaki İlişki
1 atm
1 atm
Isıtma
soğutma
V=0,5 L
T=200 K
V=1,0 L
T=400 K
İdeal gazın hacmi sıcaklığıyla doğru orantılı değişir
(n ve P sabit) V/T= k(sabit)
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Hacim (V)
Charles Yasası: V/T=k
V=0 T=-273.15 ˚C*
0
Sıcaklık (K)
Mutlak Sıfır Sıcaklığı
*Bir gazın hacmi moleküllerin kendi hacimleri değil, gaz molekülleri arasındaki serbest hacimdir.Burada sözü edilen
gaz kuramsaldır. Bu gaz,moleküllerinin kütlesi olan fakat hacmi olmayan ve sıvı/katı hale geçmeyen bir gazdır.
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
GAY-LUSSAC YASASI
Basınç ve Sıcaklık arasındaki ilişki
Sıcaklık, bir maddenin ortalama kinetik
enerjisi olduğu için sıcaklığının arttığında
kinetik enerjisinin de arttığı söylenilebilir. Bu
durumda, gaz parçacıkları, gazın tutulduğu
kabın duvarlarıyla daha çok çarpışacağından,
daha çok basınç uygularlar.
İdeal gazın basıncı gazın sıcaklığı ile doğru
orantılı değişir (V ve n sabit) P/T= k(sabit)
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
AVOGADRO YASASI:
Hacim ve Miktar arasındaki ilişki
1 atm
1 atm
Gaz ekleme
Gaz çıkarma
V=22,4 L
n=1mol
V=44,8 L
n=2 mol
İdeal gazın hacmi gazın miktarı ile doğru orantılı
değişir (T ve P sabit) V/n= k(sabit)
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Standard Sıcaklık ve Basınç
(STP)
0 ˚C (273,15 K) ve 1 atm (760 torr); bu
koşullarda 1 mol ideal gazın hacmi 22,4 L
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
İdeal Gaz Yasası
PxV= k
V/T= k
V/n= k
nRT
V
P
PxV= nRT=k
V/T= nR/P=k
V/n= RT/P=k
R ; gaz sabiti
P.V (1 atm)(22,414 L)
L.atm
R

 0,082057
n.T (1 mol)(273,15K)
K.mol
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
1.Durum
Boyle yasası,
P1V1=P2V2
Charles yasası,
V1/T1=V2/T2
Gay-Lussac,
P1/T1=P2/T2
madde miktarı
basınç
sıcaklık
2.Durum
P1V1 P2 V2

n1T1 n 2 T2
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Dalton Kısmı Basınç Yasası
Sabit V&T’de
Ptoplam  P1  P2  P3  P4  P5  ...  Pn
n
Ptoplam   Pi
i
RT
RT
RT
RT
P1  n1 (
) P2  n 2 (
) P3  n 3 ( ) P4  n 4 ( )
V
V
V
V
RT
Ptotal  (n1  n 2  n 3  n 4  ...)(
)
V
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Dalton Kısmı Basınç Yasası
n1
n1
mol kesri( X 1 ) 

n1  n 2  n 3  .... n toplam
PV
n
RT
V
P1 (
)
P1
RT
X1 

V
Ptoplam (
) Ptoplam
RT
P1  X 1 Ptoplam
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Dalton Kısmı Basınç Yasası
Havanın içeriğine bakacak olursak:
P(N2)= 0,780 atm
P(O2)= 0,2095 atm
P(Ar)= 0,0093 atm
P(CO2)= 0,00037 atm
P(hava)= 1,000 atm
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Kinetik Moleküler Teori
1.
2.
3.
4.
5.
Gazlar gelişi güzel hareket eden çok çok küçük
taneciklerden (atom yada molekül) meydana gelir.
Bu moleküllerin hacmi gazın toplam hacmi
düşünüldüğünde çok çok küçüktür, dolayısıyla bu
moleküllerin hacimleri ihmal edilebilir.
Gaz molekülleri birbirlerinden bağımsız hareket
ederler, gaz molekülleri arasında itici yada çekici bir
güç yoktur.
Gaz moleküllerinin birbirleri ve içinde bulundukları
kabın duvarları ile çarpışmalarında toplam kinetik
enerji korunur (elastik çarpışma)
Gaz moleküllerinin kinetik enerjileri, gaz moleküllerinin
Kelvin cinsinden sıcaklıkları ile doğru orantılıdır
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Gaz moleküllerinin hızları
3RT 1
2
EK 
 m
2N A 2
3RT
 
mN A
2
Ortalama hız
3RT
3RT


mN A
M
Birimlere dikkat
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Gazların yayılma (difüzyon) ve dışa
yayılmaları (efüzyon)
vakum
Difüzyon
Gazların birbiri ile
karışması (moleküler
çarpışma olur)
Efüzyon
Gazların çok küçük bir delikten
yayılmaları (moleküler
çarpışma olmaz)
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Gazların yayılma (difüzyon) ve dışa
yayılmaları (efüzyon) (Graham yasası)
1
Efüzyon Hızı 
m
m2
Efüzyon (1)

Efüzyon (2)
m1
3RT 1
2
 m
2N A 2
1
1
2
( m ) gaz1  ( m 2 ) gaz2
2
2
 gaz1
m2

 gaz2
m1
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Gerçek Gazlar
İdeal gaz yasasına göre PV 1.0
PV/T bir sabite eşit (nR).
T
Gerçek gazlar için bu doğru
değildir
İdeal gaz
200
400
600
800
Basınç (atm)
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
1000
Gerçek Gazlar;
Gaz molekülleri arasında bir etkileşim
vardır
Gazlar sıvılaştırılabilir. Bu da gaz moleküllerinin düşük
sıcaklıklarda birbirleri ile etkileşimleri ile olur.
Gaz molekülleri arasında bir etkileşim vardır. Bu
etkileşimden dolayı, gaz molekülleri bulundukları kabın
çeperlerine kinetik moleküler teorinin tahmin ettiğinden
daha az bir kuvvetle çarparlar.
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Gerçek Gazlar;
Gazların hacimleri vardır
 Bütün gazlar yeterince düşük basınçlarda (P<1 atm) ideal
davranırlar ancak basınç arttıkça ideallikten sapma
gösterirler.
 BOYLE yasasına göre (P1/V), çok yüksek basınçlarda
gaz hacmi sıfıra yaklaşır ancak gerçek gazlarda
moleküllerin kendilerinin de bir hacmi vardır ve bu hacim
bastırılamaz. Bu nedenle PV değeri ideal gaz için olandan
büyüktür ve sıkıştırılabilirlik faktörü (PV/nRT) 1 den büyük
olur.
Gerçek gazlar yüksek T ve düşük P’de idealliğe yaklaşırlar
Gerçek gazlar düşük T ve yüksek P’de ideallikten
uzaklaşırlar.
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Van der Waals Eşitliği; Gözlenen
basınç ve hacmi ideal basınç ve
hacme (KMT) benzetir
PidealVideal  nRT
n 



P

a
(
)
V
nb

nRT
gözlenen
gözlenen
2 

V 

2
a ve b van der Waals Sabitleridir
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Gerçek Gazlar

an
P


2
V

2
Bastırılamayan hacim
(gaz moleküllerin hacmine bağlı)



V
nb

nRT


Moleküller arası çekim
kuvveti ile ilgili
Daha geniş T ve P aralığında
kullanılabilir.
Moleküllerin öz hacimlerine ve
moleküller arası kuvvetlere bağlı
düzeltme birimleri taşırlar.
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
a ve b sabitleri
Soy
gazlar
a
(L2atm.mol2-)
b
(L/mol)
Diğer
a
gazlar (L2atm.mol2-)
b
(L/mol)
He
0,03421
0,02370
H2
0,02444
0,02661
Ne
0,2107
0,01709
O2
1,360
0,03138
Ar
1,345
0,03219
N2
1,390
0,03913
Kr
2,318
0,03978
CH4
2,253
0,04278
Xe
4,194
0,05105
CO2
3,592
0,04267
H2O
5,464
0,03049
Büyük “a” değerleri gaz molekülleri arasında güçlü bir etkileşim olduğunu,
Büyük “b” değerleri gaz moleküllerinin boyutlarının büyük olduğunu ifade eder.
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Gerçek Gazlar
350 atm basıncın altında 25 ˚C de
gazın hacmi gaz molekülleri arasındaki
güçlü etkileşimlerden dolayı ideal gaz
denkleminden hesaplanan hacimden
küçüktür.
Vgözlenen 1.0
Videal
İdeal gaz
350 atm de bu güçlü etkileşimler gaz
moleküllerinin kendi hacimlerinden
kaynaklanan faktörle dengelenirler.
350 atm üzerinde ise gaz
molekülerinin kendi hacimlerinin etkisi
artar ve baskın olur.
200 350400
600
800
Basınç (atm)
1000
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Elektromanyetik Işıma
Enerji, ısı transferi yanında ışık yada ışıma
yoluyla da transfer olabilir (yanma tepkimeleri).
Gözümüzle gördüğümüz ,görülebilir ışık bir
elektromanyetik ışımadır. Radyo dalgaları
yada x-ray de farklı dalga boylarındaki
elektromanyetik ışımalardır. Elektromanyetik
ışımalar vakum altında ışık hızında hareket
ederler. Dalga bir ortamda enerji taşıyan bir
uyarıcıdır.
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Elektromanyetik Spektrum
=390
http://www.yorku.ca/eye/spectru.htm
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
=760
http://www.lbl.gov/Micr
oWorlds/ALSTool/EMS
pec/EMSpec2.html
http://hyperphysics.phyastr.gsu.edu/hbase/ems1.html
Dalga boyu ve Frekans
Kısa dalgaboyu
Dalga yüksekliği
yüksek frekans
Uzun dalgaboyu
düşük frekans
Dalga boyu, λ: Birbirini izleyen iki tepenin
arasındaki uzaklık, genelde metre cinsinden
ifade edilir.
Frekans, ν: birim zamandaki dalga sayısı
9
10
9

 10 Hz
s
Saniyedeki dalga sayısı
Hertz (s-1) ile ifade edilir.
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Işık için
Elektromanyetik ışımanın belirgin özelliği vakumda
2,998*108 m/s lik sabit bir hızla yayılmasıdır
 IŞIK HIZI
  c
 kısaldıkça, E ve  artar
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Işık foton denilen
parçacıklardan meydana gelir ve
bu fotonların enerjisi:
PLANCK
DENKLEMİ
E  h  h
c

h= 6,626 x10-34 j.s(Planck sabiti)
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Yayılan yada soğurulan enerji her zaman h nin
katlarıdır. (h, 2h, 3h…) Dolayısıyla belirli enerji
seviyeleri vardır ve enerji seviyelerinin enerjileri
sabittir (kuantum= belirli miktar) (PLANCK)
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Fotoelektrik etki (EINSTEIN)
 Belirli metallerin yüzeyine ışık çarptığında metalden
elektron boşalımı olur  fotoelektrik olayı
 Elektron yayınlanması, ancak gelen ışığın frekansı belirli
bir eşik değerin üzerine çıktığında gerçekleşir. Bunun
sonucunda yayınlanan elektron sayısı gelen ışığın
şiddetine bağlıdır. Ayrıca bu elektronların kinetik enerjisi
ışığın frekansına bağlıdır.
 Enerjinin frekansa bağlı olması klasik dalga kuramı ile
açıklanamadığından 1905 yılında Einstein ışımanın
tanecik karakterine sahip olduğunu ve foton adı verilen
bu
ışık
taneciklerinin
Planck
denklemi
ile
hesaplanabilecek bir enerjiye sahip olduğunu ileri
sürmüştür.
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Bir çok ışıma kaynağı (lambalar, yıldızlar) birçok dalga
boyunda ışıma yaparlar.Bu dalga boyları birbirinden
ayrılabildiğinde spektrum meydana gelir. Bütün renklerin
görüldüğü
bu
spektruma
sürekli
spektrum
denir
(gök kuşağı)
Bütün ışıma kaynakları sürekli spektrum üretmez.
Basıncı azaltılmış tüplere konulan farklı gazlar, yüksek
voltaj uygulandığında farklı renklerdeki ışığı yayarlar.
Bu yayılan farklı renkteki ışıklar bir prizmadan
geçirildiğinde, sürekli spektrumdan farklı olarak birkaç
dalga boyunda renkli çizgiler görünür. Bu renkli çizgilere
çizgi spektrumu denir ve siyah alanlardan ayrılmıştır. Bu
siyah alanlar sürekli spektrumdaki eksik renkleri temsil
eder.
Atom spektrumları arasında en geniş şekilde incelenen
hidrojenin spektrumudur.
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Hidrojen Atomu
Hidrojen bir elektrona sahip olduğundan
elektronik yapıyı anlamak üzere yapılan
çalışmalarda önemli rol almıştır.
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Dalgaboyu, (nm)
400
450
500
550
600
650
Sodyum Çizgi Spektrumu
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
700
BALMER denklemi(Balmer hidrojen için 4 farklı
dalga boyunda çizgi spektrumu gözlemledi)
(Rydberg tarafından düzenlenmiştir)
 1 1 
 ( RH ) 2  2 

n
n
i
s 

7
1
RH  1,0968 x10 m
1
Rydberg sabiti
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
BOHR Atom Modeli
Hidrojen atomunun merkez protonu vardır ve elektron
çekirdeğin çevresinde dairesel yörüngede hareket
eder.
Elektron izin verilen sabit bir yörünge dizisinde
bulunabilir ve buna durağan hal denir.Klasik kuramın
öngörüsünün aksine, bir e- belirli bir yörüngede ne
kadar kalırsa kalsın, enerji yayınlamaz ve enerjisi sabit
kalır.
Elektron yalnızca izin verilen bir yörüngeden, izin
verilen diğer yörüngeye geçebilir ve bu tür geçişte
Planck eşitliği ile hesaplanabilen, belirli değere sahip
bir enerji paketi (kuanta) alınır/verilir.
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
BOHR Atom Modeli
Hidrojen atomunun merkez protonu vardır ve
elektron çekirdeğin çevresinde dairesel yörüngede
hareket eder.
Protonun elektron üzerindeki çekim kuvveti ve
elektronun dönmesinden meydana gelen dönme
kuvveti arasında bir ilişki kurdu. Böylelikle, atomun
enerjisini elektronun çembersel yörüngesinin
yarıçapı cinsinden hesapladı
0
rn  n a0 ; a0  0,53 (53 pm)
2
1
En  2,18 x10 18 J  2
n
En ; Elektronun enerjisi
Çekirdekten çok uzaktaki serbest bir
e- çekirdeğe çekilerek bir n yörüngesine
yerleştiğinde, elektronun enerjisi azalır.
n; ana kuantum sayisi (pozitif n  1,2,3...)
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
BOHR Atom Modeli
Proton ve elektronun tamamen birbirinden ayrıldığı
noktaya sıfır enerji noktası denir. Bu noktaya ulaşmak
için enerji soğurulmalıdır. Dolayısıyla elektronun enerjisi
her bir seviyede (n=1,2,3…) sıfırın altındadır. (negatif, bir
önceki eşitlikteki “–” işareti)
Hidrojen elektronun en alt enerji seviyesine (n=1) temel
seviye denir. Elektron yeterli miktarda enerji soğurunca
uyarılmış seviyeye hareket eder. Hidrojen atomu için ilk
uyarılmış seviye n=2, ikinci uyarılmış seviye ise n=3 tür.
Uyarılmış elektron enerjisini foton olarak yayınlayınca bir
önceki enerji seviyesine geri döner. (n=2 den n=1’e yada
n=3 den n=2’ye). Bu durumda, oluşan fotonun enerjisi,
iki seviye arasındaki enerji farkına eşittir.
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Elektron izin verilen bir enerji
seviyesinden başka bir enerji seviyesine
atlarsa;
E  E f  Ei  E foton  h 
hc

 (2,18 x10
18
1 1
J )( 2  2 )
ns ni
1 1
E  (2,18 x10 J )( 2  2 )  1,94 x10 18 J
1 3
34
8
hc
(
6
,
63
x
10
J
.
s
)(
3
,
00
x
10
m / s)
7
c
  


1
,
03
x
10
m
18
E
 1,94 x10 J
18
“-” işareti bir yön gösterir ve yayılan enerjiyi ifade eder. Bundan dolayı,
dalga boyu hesaplamalarında kullanılmaz
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Elektronu çekirdekten tamamen
uzaklaştırmak(n=1  n=) için gereken
enerji miktarı;
E  Es  Ei  E foton  h 
E  (2,18 x10
18
hc

 (2,18 x10
18
1 1
J )( 2  2 )
ns ni
1 1
J )( 2  2 )  2,18 x10 18 J
 1
Eğer elektron 2,1810-18 J’luk bir enerji kazanırsa, n= yörüngesine
geçer, yani hidrojen atomu iyonlaşır.
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Elektronun çekirdekten tamamen
uzaklaştırıldığı bu seviyeye referans yada
sıfır enerji seviyesi denir. Bütün enerji
seviyeleri bu sıfır enerji seviyesinden daha
küçük enerjiye sahiptir
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Benzer bir şekilde spektrum çizgisinin
dalga boyu da hesaplanabilir;
 1 1 
 ( RH ) 2  2 

 ni ns 
7
1
RH  1,096776 x10 m
1
2,18 x10
RH 
hc
18
J
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Bohr Modelindeki Enerji
Seviyeleri
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
BOHR Modelinin Sınırlayıcıları
Elektronlar çok hızlı olduğu için sadece klasik fizik değil,
rölativite(görecelik kavramı) de göz önüne alınarak
düşünülmeliydi.
BOHR Atom Modeli, sadece tek elektronlu atomların
(hidrojen) spektrumlarını açıklayabilir. Çok elektronlu
atomların spektrumlarını açıklayamaz.
Bohr Atom Modelinde dalga-tanecik ikiliği (De Broglie
hipotezi) göz önüne alınmamıştır.
Heisenberg belirsizlik ilkesine göre atomdaki elektronun
yeri ve hızı kesin olarak ölçülemez. Bundan dolayı
"yörünge" kavramı yanlıştır.
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Dalga-Tanecik İkiliği
Işımanın dalga davranışı
De Broglie “küçük tanecikler bazen dalgaya benzer
özellikler gösterebilirler” şeklinde bir düşünce ileri
sürerek, elektronun hareketini bir dalga hareketi
olarak tanımlar ve bu hareketin dalga boyunu ise;
h

mu
Tanecik kütlesi
momentum
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Tanecik hızı
Kütlesi ve hızı aşağıda belirtilen
elektronun dalga boyu nedir?
me  9,11x10
28
g
m
ue  5,97 x10
s
6
2
m
1kg
2 103 g
h
6,63x10 34 J .s
s )(


(
)  0,122nm
mu (9,11x1028 g )(5,97 x106 m )
1J
1kg
s
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
HEİSENBERG’in Belirsizlik İlkesi
z
y
x
Hareket eden bir cismin pozisyonunu
hareket yönünü ve hızını bilebiliriz.
Elektronlar için bu mümkün müdür?
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
HEİSENBERG’in Belirsizlik İlkesi
 Elektronun momentumunu (mv) ve boşluktaki
yerini aynı anda bilmemiz imkansızdır. Diğer bir
deyişle, bu iki değer aynı anda büyük bir
duyarlılıkla ölçülemez.
h
x.mv 
4
Pozisyondaki
belirsizlik
Momentumundaki
belirsizlik(hızdaki
belirsizlikten kaynaklı)
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Diyelim ki elektronun hızını %1
belirsizlikle biliyoruz;
m
4 m
) x(0,01)  5 x10
Hızdaki Belirsizlik: (5 x10
s
s
6
Momentumundaki Belirsizliğin en önemli kaynağı hızdaki belirsizliktir:
mv  mv
Dolayısıyla, pozisyondaki belirsizlik;
h
h
6,63x1034 J .s
9
x 



1
x
10
m
31
4
4mv 4mv 4 (9,1x10 kg)(5 x10 m / s)
Hidrojen atomunun çapı yaklaşık 2x10-10 m. Belirsizlik yaklaşık olarak
bu çapın 5 katı. Dolayısıyla elektronun nerede olduğunu bilemiyoruz.
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Dalga Mekaniği
• Elektron hareket etmeyen bir dalga olarak
düşünülebilinir. Böyle bir dalga sistemi iki ucu
sabit bir tel kullanarak elde edilir. Böylelikle her
bir titreşim için bir dalga fonksiyonu yazılabilir.
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Dalga Mekaniği
1 yarım dalga boyu
2 yarım dalga boyu; 1 tam dalga
Bu noktaya düğüm noktası denir. Bu noktalarda
dalga genliği sıfırdır.
3 yarım dalga boyu
Tam dalga sayısı,yarım dalga boyu sayısının tam katları olmalıdır.
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Dalga Mekaniği
(a) ve (b)’deki dalga modelleri, bir
duran dalganın kabul edilebilir
gösterimidir. Dalga çekirdeği dalga
boyunun tam sayılık katı ile
çevreler; peşpeşe gelen dalgalar
birbirini iter.
(c)’deki model kabul edilemez bir
gösterim
şeklidir.
Çekirdeğin
çevresindeki yol ’nun tam sayılık
katı değildir ve dalganın bir
parçasındaki tepe, diğer parçasındaki
çanağın üzerine biner ve dalga
söner.
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Schrödinger Eşitliği
  
: Dalga fonksiyonu elektronun 3 boyutlu yerini
tanımlar, (herbirine orbital denir)
E: Matematiksel operatör, dalga fonksiyonuna
düşen toplam enerjiyi üretir
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Kuantum Sayıları
Ana kuantum sayısı,n: Ana enerji seviyesini belirler.
“n” arttıkça:
(n:1,2,3,…)
1.
–
–
–
2.
Orbitalin büyüklüğü artar.
Enerji artar.
Elektronun çekirdekten ortalama uzaklığı artar.
İkinci kuantum sayısı, Açısal momentum kuantum
sayısı,ℓ: Elektronun bulunduğu bölgenin şeklini belirler
(alt kabuk).
ℓ=0,1,2,3,…….,n-1
s,p,d,f
ℓ=0 s orbitali
ℓ=2 d orbitali
ℓ=1 p orbitali
ℓ=3 f orbitali
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Kuantum Sayıları
3.
Üçüncü Kuantum Sayısı,Manyetik Kuantum Sayısı, mℓ:
Belirli bir orbitali tanımlar.
mℓ=-ℓ,……,0,……ℓ
ℓ=1 p orbitali mℓ=-1,0,1
4.
Dördüncü kuantum Sayısı,Dönme Kuantum Sayısı, ms:
Elektronun dönmesini ve dönme sayesinde üretilen
manyetik alanın yönünü belirler.
ms= ±1/2
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
2nd Quantum Number
s orbitals: 1: s
• spherical
• l value of 0
• 1st occur at
n=1
www.gacs.pvt.k12.ga.us/facstaff/agraham/AP%20Chem%20web%20files/7.5-7.6.ppt
nd
2
Quantum
Number
p orbitals: 3
2px, 2py, 2pz
• dumbbellshaped
• l value of 1
• 1st occur at
n=2
• for n>2,
shape is
same but
size
increases
www.gacs.pvt.k12.ga.us/facstaff/agraham/AP%20Chem%20web%20files/7.5-7.6.ppt
2nd Quantum Number
d orbitals: 5: 3dxz, 3dyz, 3dxy, 3dx2-y2, dz2
• mostly cloverleaf
• l value of 2
• 1st occur at n=3
• for n>3, same shape but larger size
www.gacs.pvt.k12.ga.us/facstaff/agraham/AP%20Chem%20web%20files/7.5-7.6.ppt
2nd Quantum Number
f orbitals: 7 types
• various shapes
• l value of 3
• begin in n=4
www.gacs.pvt.k12.ga.us/facstaff/agraham/AP%20Chem%20web%20files/7.5-7.6.ppt
3rd Quantum Number
Magnetic Quantum Number: ml
• indicates the orientation of an orbital around the
nucleus
• has values from +l  -l
• specifies the exact orbital that the electron is
contained in
• each orbital holds maximum of 2 electrons
• total number of orbitals is equal to n2 for an
energy level
• number of possible ml values for a certain
subshell is equal to 2l + 1
www.gacs.pvt.k12.ga.us/facstaff/agraham/AP%20Chem%20web%20files/7.5-7.6.ppt
4th Quantum Number
Spin Quantum Number: ms
• indicates the spin state of the electron
• only 2 possible directions
• only 2 possible values: +½ and -½
• paired electrons must
have opposite spins
• maximum number of
electrons in an energy
level is 2n2
www.gacs.pvt.k12.ga.us/facstaff/agraham/AP%20Chem%20web%20files/7.5-7.6.ppt
Orbitaller
n
7
s
p
6
s
p
d
5
s
p
d
f
4
s
p
d
f
3
s
p
d
2
s
p
1
s
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Dört kuantum sayısı arasındaki ilişki: Bir atomda
aynı dört kuantum sayısına sahip iki elektron
yoktur! (PAULİ İlkesi)
n
(ana kuantum
sayısı)
ℓ
(ikinci kuantum
sayısı)
mℓ
(üçüncü
kuantum sayısı)
ms
(dördüncü
kuantum sayısı)
1
0 (1s)
0
± 1/2
2
0 (2s)
1 (2p)
0
-1,0,1
± 1/2
± ½ her bir mℓ için
0 (3s)
1 (3p)
2 (3d)
0
-1,0,1
-2,-1,0,1,2
± 1/2
± ½ her bir mℓ için
± ½ her bir mℓ için
0 (4s)
1 (4p)
2 (4d)
3 (4f)
0
-1,0,1
-2,-1,0,1,2
-3,-2,-1,0,1,2,3
± 1/2
± ½ her bir mℓ için
± ½ her bir mℓ için
± ½ her bir mℓ için
3
4
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Elektron dağılımları,
AUFBAU İlkesi
İlk önce daha alt enerji seviyesindeki orbitallere
elektronlar yerleştirilir; temel-hal elektron dağılımı
(en az enerjili dağılım). Bazı orbitaller aynı enerji
seviyesindedirler (3 tane p orbitali, 5 tane d orbitali).
Böyle orbitallere eş enerjili orbitaller denir.
Bir orbitalde en fazla iki elektron bulunabilir (Pauli
ilkesinin bir başka şekilde söylenmesi) ve bu
elektronlar zıt spinlere sahip olmalıdır.
Elektronlar eşenerjili orbitallere öncellikle birer birer
yerleşirler.(Hund ilkesi).
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Elektron Dağılımı
B
:
5
2
1s
2
2s
1
2p
O
:
8
2
1s
2
2s
4
2p
10Ne
:
2
1s
2
2s
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
6
2p
Periyodik Çizelgeye Giriş
http://www.dayah.com/periodic/?lang=tr
Grup1 ve Grup 2 elementlerinin
elektron dağılımları
Grup 1
Grup 2
3Li
[He]2s1
4Be
[He]2s2
11Na
[Ne]3s1
12Mg
[Ne]3s2
19K
[Ar]4s1
20Ca
[Ar]4s2
37Rb
[Kr]5s1
38Sr
[Kr]5s2
55Cs
[Xe]6s1
56Ba
[Xe]6s2
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
1s
1s
2s 2s
2p 2p 2p 2p 2p 2p
3s 3s
3p 3p 3p 3p 3p 3p
4s 4s 3d 3d 3d 3d 3d 3d 3d 3d 3d 3d 4p 4p 4p 4p 4p 4p
5s 5s 4d 4d 4d 4d 4d 4d 4d 4d 4d 4d 5p 5p 5p 5p 5p 5p
6s 6s 5d 5d 5d 5d 5d 5d 5d 5d 5d 5d 6p 6p 6p 6p 6p 6p
7s 7s 6d 6d 6d 6d 6d 6d 6d 6d 6d 6d
4f
4f
4f
4f
4f
4f
4f
4f
4f
4f
4f
4f
4f
4f
5f
5f
5f
5f
5f
5f
5f
5f
5f
5f
5f
5f
5f
5f
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Elektron Dağılımı
B
1s22s22p1
C
1s22s22p2
N
1s22s22p3
O
1s22s22p4
F
1s22s22p5
Ne
1s22s22p6
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Periyodik Tablo Boyunca
Atom Özellikleri
Metaller, soygazların elektron dağılımlarına
ulaşmak
için
elektron
kaybetme
eğilimindedirler.
Ametaller,
soygazların
elektron
dağılımlarına ulaşmak için elektron alma
eğilimindedirler.
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
A.N
Atomların Boyutları
Atomlar bilardo topuna benzemezler.
Orbitallerin çok kesin sınırları yoktur.
O zaman atomların
çaplarını nasıl belirleriz?
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Atomların Boyutları
• Atomların YARIçapları iki atomun (aynı
atom) merkezleri arasındaki uzaklığın
yarısıdır.
Cl Cl
C C
154 pm
200 pm
=154 pm/2=77pm
C Cl
=200 pm/2=100 pm
100pm+77pm=177pm (tahmin edilen)
176 pm
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
ölçülen
Etkili Çekirdek Yükü
Perdeleme etkisi(Shielding effect):
- Perdeleme etkisi, elektronlar ile atom çekirdeği
(proton) arasındaki etkileşmenin azalmasını ifade
eder.
- Farklı
orbitallerde
bulunan
elektronların(iç
kabuklardaki) birbirleri üzerinde yarattıkları itme
kuvveti, çekirdeğin çekme kuvvetini engellemesinden
dolayı elektronlar (genelde en dış kabuktaki) ve
çekirdek arasındaki çekim azalır.  Perdeleme
Z et  Z  S
Gerçek Ç.Y
Etkin Ç.Y
Perdeleme
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Atomların Boyutları
Ana kuantum sayısı değişmez. Elektronlar
çekirdeğe aynı mesafededir.**
Ana kuantum sayısı
artıkça
Çekirdeğe eklenen
elektronların
çekirdeğe olan
mesafesi artar . Çap
artar
Artar
Artar
Atom Çapı
**Etkili çekirdek yükü: n=1 ve n=2 deki toplam 10 elektron dış kabuktaki elektronları engellerler. Aynı ana kuantum
sayısındaki elektronlar birbirlerini çok az engellerler. Soldan sağa gittikçe, çekirdeğe proton ve en dıştaki kabuğa
elektronlar eklenir ve eklenen e- perdeleme etkisi, eklenen protonun çekme kuvvetine göre daha az etkili olur,
böylece Zet artar . Bunun sonucunda atom çapı küçülür
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
İyonlaşma Enerjisi
Gaz fazındaki atomdan bir
elektron almak için gerekli
enerji miktarına denir.
(+ değerlidir)
Artar
Artar
İlk iyonlaşma
Enerjisi
Artar
Atom Çapı ve iyonlaşma
enerjisi ters orantılıdır.
Artar
M(g)
M+ + 1eΔE=iyonlaşma enerjisi
Atom Çapı
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Elektron İlgisi
A(g) + eA-(g)
ΔE=elektron ilgisi
Artar
Artar
Gaz fazındaki atoma bir elektron
eklenmesinden meydana gelen
enerji değişimine denir. İyonlaşma
enerjileri her zaman pozitiftir.
Çünkü elektron koparmak için
enerji gereklidir. Nötr bir atoma
elektron eklendiğinde genelde
dışarıya enerji verilir. Bu sebeple
elektron ilgileri genelde negatiftir.
Grup 2A ve 5A
Bu düzene uymaz
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
EA1&2
Halogens (group 7A, F to At)
Most negative EA values, addition of an e- leads to noble
gas configuration, very favorable.
Group 5A (N to Bi)
½ filled shell discourages addition of an electron, EA values
less negative than neighbors (groups 4A & 6A).
Alkaline Earths (group 2A, Be to Ba)
Filled s subshell discourages addition of an electron, EA
values nearly zero.
Noble Gases (Group 8A, He to Rn)
Completely filled shell strongly discourages addition of an
electron, EA values are positive.
3rd period more negative than 2nd period
atoms are larger, more space for the electrons, repulsion
between electrons less, more favorable
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
İyon Boyutları
 Bir metal atomu pozitif bir iyon (katyon) oluşturmak için
elektron kaybettiğinde, çekirdek mevcut elektronları daha
kuvvetli çeker ve bunun sonucu olarak, katyonlar kendilerini
oluşturan atomlardan daha küçüktürler.
Bir ametal negatif bir iyon(anyon) oluşturmak üzere elektron
aldığında, Ç.Y. sabit kalırken fazla e- nedeniyle Zet değeri
azalır, elektronlar sıkı tutunamazlar ve daha çok dağılırlar.
Böylece kendilerini oluşturan atomlardan daha büyük hale
gelirler.
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
Download

Zeynep OBALI TUTUMLU - TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi