I. LECKE: ATOMSZERKEZET


Valamennyi atom atommagból és elektronokból áll. Az atommag a pozitív töltésű protonokból és a töltés nélküli neutronokból épül fel. Az atommag körül elektronfelhőt alkotva találhatók a negatív töltésű elektronok. Az atommagban levő pozitív töltésű protonok száma megegyezik a negatív töltésű elektronok számával, ezért az atomnak nincsen elektromos töltése, az atom semleges.
Környezetünknek megfelelő hőmérsékleten és nyomáson az atomok - a nemsgázok kivételével - kötött állapotban fordulnak elő. Szabad atomok csak magas hőmérsékletű gőzökben vagy gázokban találhatók.
Amikor egyszerűen az atomok szerkezetéről beszélünk, akkor szabad atomokra gondolunk, azaz olyanokra, amelyek nincsenek más atomokhoz kötve.

AZ ATOMOK JELÖLÉSE

- vegyjellel történik {pl. }

RENDSZÁM (jele: Z)

- megmutatja az adott atom helyét a periódusos rendszerben (ld. fenn17. elemről van szó)
- megmutatja, hogy az elem egy atomja hány protont tartalmaz (ld. fenn17 proton {p+})

TÖMEGSZÁM (jele: A)

- Az elektronok tömege a protonok és neutronok tömegéhez képest igen kicsi, az atom tömegét gyakorlatilag az atom részecskéi (nukleonok), azaz a protonok (Z) és a neutronok (N) száma határozza meg.

A= Z + N


ELEM

- Egy elem valamennyi atomjában azonos számú proton van. Egy elem tehát az azonos protonszámú atomok halmazá jelenti. Az elemek nem minden atomja azonos tömegű, mert eltérhet bennük a neutronszám! {pl. és }

NUKLID

- Az azonos proton- és tömegszámú atomok.


IZOTÓPOK

- Az azonos protonszámú, de eltérő tömegszámú (neutronszámú) atomokat egy elem különböző izotópjainak nevezzük (izotóp: "azonos hely"). Egy elem különböző izotópjainak tulajdonságai alapvetően megegyeznek (leginkább a hidrogén izotópjainak tulajdonságai térnek el egymástól, ezért ezeket különböző vegyjellel jelöljük). A természetben a különböző izotópok aránya egy-egy elem esetében jellemző érték.


RELATÍV ATOMTÖMEG

MOLÁRIS TÖMEG (jele: M)

Mivel valamennyi elem atomtömegét ugyanahhoz az értékhez viszonyítjuk (ls. előbb), ezért ha egy elemből annyi grammot mérünk ki, mint amennyi a relatív atomtömege, akkor bármely elem ílymódon meghatározott tömegében azonos számú atom van, mégpedig 6. 1023 db. atom. Ez az ún. Avogadro-szám.


ANYAGMENNYISÉG (jele: n)

- 6. 1023 db. atomot vagy iont vagy molekulát jelent
- Mértékegysége: mól

- feladatok -


Az atomok felfedezésének története
/Dr. Balázs Lóránt: A kémia története I., II.; Nemzeti Tankönyvkiadó, 1996./

Az anyagok tulajdonságait, kémiai viselkedését döntően atomjaik elektronszerkezete határozza meg. A kémiai reakciókban például az atomok elektronjai vesznek részt, miközben az atommag változatlan marad. Az atomok elektronszerkezetének ismeretében könnyebben tudunk tájékozódni a sokféle kémiai jelenség és változás között.

 

A KVANTUMMECHANIKAI ATOMMODELL ALAPVETŐ ÖSZEFÜGGÉSEI

 

Atompálya

Az a térrész az atomban, amelyen belül az elektron 90%-os valószínűséggel tartózkodik az atommag körül. Az atompálya határán mindenütt azonos az elektron tartózkodási valószínűsége !

 

Kvantumszámok

Az atompályák, illetve az elektron jellemzésére szolgáló adatok.

  1. főkvantumszám:
    A pálya nagyságára és energiájára vonatkozó adat. Jele: n, értéke: n= 1, 2, 3, …egész számok. Egy adott atomban az azonos főkvantumszámú pályák alkotják a héjakat. Jelölésük nagybetűvel történik: K-tól ABC sorrendben. A növekvő értékek egyre nagyobb (de nem kétszer, háromszor stb.) méretű pályákat jelölnek.

  2. mellékkvantumszám:
    A pálya alakjára (szimmetriájára) és energiájára vonatkozó adat. Jele: l, értéke: n-től függően 0-tól maximum (n-1) lehet, egész szám. Egy adott atomban az adott főkvantumszámhoz tartozó, azonos mellékkvantumszámú pályák alkotják az alhéjakat. Jelölésük a megfelelő kisbetűkkel (s, p, d, f) történik. A mellékkvantumszám értéke megegyezik az atompálya csomósíkjainak számával.
    Csomósík:
    az a sík, amelyen az elektron tartózkodási valószínűsége 0! A 0 mellékkvantumszámú s-pálya gömbszimmetrikus, csomósíkja nincs, az 1-es mellékkvantumszámú p-pályák tengelyszimmetrikusak, egyetlen csomósíkjuk a pálya hossztengelyére merőleges. A 2-es mellékkvantumszámú alhéj d-pályákból, a 3-as alhéj f-pályákból áll.

  3. mágneses kvantumszám:
    az atompálya mágneses térben való viselkedésére utaló adat. Jele: m. Értéke a mellékkvantumszámtól függ, minnél bonyolultabb, azaz minnél nagyobb mellékkvantumszámú a pálya, annál többféleképpen helyezkedhet el az a mágneses térben. Az s-pályák esetén m= 0; p-pályáknál m= -1, 0, 1 háromféle, a 2-es mellékkvantumszámú d-pályákból m= -2, -1, 0, 1, 2 ötféle, az f-oélyákból így hétféle létezik.

  4. spinkvantumszám:
    az atomban kötött, illetve az atomon kívüli elektron mágneses sajátságára vonatkozik. Jele: ms, értéke -1/2 vagy +1/2 lehet. Jelölhető cellás diagrammal !
    Az atompályákat a három kvantumpályával jellemezzük: egy adott atompályának adott a fő-, mellék- és mágneses kvantumszáma.


Alapállapotú atom

A lehető legkisebb energiájú atom. Az atomban ekkor az elektronok a lehetőség szerint a legközelebb helyezkednek el az atommaghoz.

 

Gerjesztett atom

Energia befektetésével - elvileg végtelen sok - olyan állapot érhető el, amikor az elektronok, vagy azok némelyike távolabb kerül az atommagtól, mint alapállapotban volt. Az atomnak ezeket az energetikai állapotait nevezzük gerjesztett állapotnak. A szükséges gerjesztési energia értékét a különböző atompályák energiaszintje közötti különbség adja meg ! Az atomok energiája tahát kvantált !!

 

AZ ALAPÁLLAPOTÚ ATOM ELEKTRONSZERKEZETE KIÉPÜLÉSÉNEK SZABÁLYAI

Energiaminimumra való törekvés elve

Az elektronok mindig a lehető legalacsonyabb energiaszintű pályákon helyezkednek el. Ezt befolyásolja az elektronokra ható magvonzás és az elektronok között ható elektromos és mágneses taszító erő.
energiaminimum


Az egyes héjakon, alhéjakon, pályákon tartózkodó elektronok számát maximálja a Pauli-elv.

Pauli-elv

nem lehet két olyan elektron az atomban, melynek mind a négy kvantumszáma megegyezeik. Miután egy atompályának három kvantumszáma adott, rajta legfeljebb két, ellentétes spinű elektron tartozkodhat. Jelölhető cellás diagrammal:

párosított spinű elektronok

párosítatlan spinű elektron

Pályaenergia

az az energia, amely akkor szabadul fel, ha az elektron a magtól igen nagy ("végtelen") távolságból az adott atompályára lép. Tehát az adott atompályán lévő elektron energiája az alapállapotú atomban. Mértékegysége kJ/mol, és a definícióból következően értéke negatív!

A pályaenergia függ


  1. a pálya fő- és mellékkvantumszámától
    a legkisebb energiája (azaz a legtöbb energia felszabadulása !!) az 1s atompályára beépülő elektronnak van [ls. Ş ábra !!] stb. Több elektront tartalmazó rendszerben figyelembe kell venni az elektronok kölcsönhatását is. Ez az oka annak, hogy egy adott (n>2) héj p-alhéjának feltöltődése után energetikailag mindig kedvezőbb a következő héj s-alhéja, és csak azután következik az előző héj d-alhéja, hasonló a p- és az f-alhéjak viszonya is [ls. Ş ábra !!].

  2. adott atompálya energiája minden elem atomjában más, értéke függ az elem protonszámától!
    Minél több protont tartalmaz az atommag, annál nagyobb vonzást gyakorol az elektronburokra, annál közelebb kerülnek az adott pálya elektronjai a maghoz, annál több energia szabadul fel az elektronnak az adott pályára való kerülésekor, így annál kisebb lesz a pályaenergia értéke.

Hund-szabály

Ha több, azonos energiaszintű pályán (azaz egy alhéjon) tartózkodnak elektronok, azok mindig a lehetőségek szerint maximális számban párosítatlanul helyezkednek el.

Vegyértékelektronok

azok az elektronok, amelyek a kémiai reakciókban részt vesznek, illetve befolyásolják a képződő részecskék tulajdonságait. Ezek a periódusus rendszer főcsoportjaiban található elemeknél a legkülső héj elektronjai.

Atomtörzs


az atommagból és azokból az elektronokból áll, amelyek nem tekinthetők vegyértékelektronoknak.

- feladat -

- vissza -