= R J n 2. E n. Energy levels found by Schrodinger where iden6cal to those found by Bohr!

Energy  levels  found  by  Schrodinger  where  iden6cal    to  those  found  by  Bohr!   RJ En = − 2 n Instead  of  orbits  the  electron  moves    i...
0 downloads 0 Views 1MB Size
Energy  levels  found  by  Schrodinger  where  iden6cal    to  those  found  by  Bohr!  

RJ En = − 2 n Instead  of  orbits  the  electron  moves    in  regions  of  space  called  orbitals   In  the  Bohr  model  the  orbit  was  characterized     by  one  quantum  number  n     which  could  be  any  posi6ve  integer.   1  

In  the  Schrodinger  theory  there  are    3  quantum  numbers   Symbol        name                  values  allowed          significance        n                  principal                        1,2,3,…                              energy        l                  secondary            0,  1,  2,  n-­‐1                            shape      m              magne6c                      –l  to  +l                                    orienta6on                                                                              integer  increments   Secondary  (azimuthal)  quantum  number    (determines  angular  momentum  of  electron)     is  o9en  designated  by  a  le:er            l              0        1      2      3      4              leKer      s        p      d      f        g         2  

Note  the  rela6onship  between  the  quantum  numbers   n=1;      l=0  ;  m=0  ;  1s  

1  orbital  

n=2    ;  l=0  ;  m=0  ;  2s                          l=1    ;  m=-­‐1,0,+1  ;  2p  

4  orbitals  

n=3  ;  l=0  ;      m=0  ;  3s   9  orbitals                        l=1  ;    m=-­‐1,0,+1  ;  3p                        l=2;      m=-­‐2,-­‐1,0,+1,+2  ;  3d   n=4  ;  l=0;      m=0  ;  4s                        l=1;      m=-­‐1,0,+1  ;  4p     16  orbitals                          l=2  ;  m=-­‐2,-­‐1,0,+1,+2  ;  4d                          l=3;    m=-­‐3,-­‐2,-­‐1,0,+1,+2,+3  ;  4f   3  

Note  the  rela6onship  between  the  quantum  numbers   n=1;         1  orbital   n=2  

Orbitals  with  same  n  cons@tute    a  shell  

4  orbitals  

n=3  

9  orbitals  

n=4  

16  orbitals  

Number  of  orbitals  within    a  shell  is  called  the     degeneracy  of  the  shell  

The  energy  in  the  H  atom  depends  only  on  the     n  quantum  number   4  

Loca@on  of  electron  in  atom  is  uncertain  up  to  a  point   The  square  of  an  atomic  orbital  tells  you  the    probability/volume    of  finding  the  electron    in  the  space  around  the  atomic  nucleus   If  we  could  see  the  electron  (which  we  can’t!  )     and  if,  for  example,  the  electron  were  a  fire-­‐fly  (which  it  isn’t)    it  would  appear  to  light  up     in  a  different  region  of  space  around  the  nucleus.    

6  

Dot  diagram  

Contour  diagram   1s  orbital  

2s  orbital   Radial  node  

90%  contours   7  

3s  orbital   Dot  diagram  

Radial  nodes  

Contour  diagram  

90  %  contour  

All  s  orbitals  are  spherically  symmetric  

As  n  increases  the  orbitals  get  larger  

The  number  of  radial  nodes  is  n-­‐1   A  node  is  a  region  of  space  where  the    probability  of  finding  an  electron  is  zero  

Electron  is  most  likely  found  outside  of  last  node  

Dot  diagram  

Contour  diagram   2p  orbital  

Dot  diagram   Radial  node  

Contour  diagram  

90%  contour  

3p  orbital  

p  orbitals  

There  are  three  p  orbitals  called  px,  py,  pz   Correspond  to  l=1  and  m=-­‐1,  0,  +1     Contour  diagrams  for  the  orbitals  are  dumbbell  shape   Node  at  the  nucleus   As  n  gets  larger  the  p  orbitals  get  larger  

Dot  diagram  

Contour  diagram  

3d  orbital  

90%  contour  

d  orbitals  

There  are  5  d  orbitals  

Three  of  the  d  orbitals  lie  in  a  plane  bisec6ng  the  x,  y,  &  z  axes  

Two  of  the  d  orbitals  lie  in  a  plane  aligned  along  the  x,y  &  z  axe

Contour  diagrams  for  four  of  the  d  orbitals  have  4  lobes  each

Contour  diagram  for  one  d  orbital  has  two  lobes  and  a  collar   14  

If  n=4  what  values  of  I  are  permiKed  ?   l  can  go  from  0  to  n-­‐1  

s,  p,  d,  f  

Which  of  the  following  are  not  permiKed  ?   3s  

2p  

2d  

3f  

6s  

5d  

Electron  Spin   Line  spectra  of  many  electron  atoms  show   each  line  as  a  closely  spaced  pair  of  lines   Stern  and  Gerlach  designed  an  experiment  to   determine  why   A  beam  of  Ag  atoms  was  passed  through  a  slit   and  into  a  magne@c  field  and  the  atoms  were   then  detected   Two  spots  were  found:  one  with  the  electrons  spinning   in  one  direc@on  and  one  with  the  electrons  spinning  in   the  opposite  direc@on  

Electron  spin  

There  is  a  fourth  quantum  number  associated  with  the    electron  spin   The  electron  behaves  like  a  bar  magnet     Some  electrons  have  the  north  pole  poin6ng  up  :     Spin  up  :  ms  =  +1/2   Some  electrons  have  the  north  pole  poin6ng  down   Spin  down  :  ms=-­‐1/2   18  

Electron  spin  quantum  number  

1 ms = + 2

1 ms = − 2

19  

Many  electron  atoms   Orbitals  in  many  electron  atoms    closely  resemble  those  in  H   The  angular  dependence  is  the  same  s,  p,  d,…   Because  nuclear  charge  is  larger  the  radial    dependence  somewhat  different   Orbitals  have  the  same  shape  but    electrons  are  closer  to  the  nucleus  

Principal  quantum  number  n     s6ll  describes  the  shell  

Energies  of  orbitals  within  a  shell     are    different   s  <  p  <  d    <  f      

H  atom  

Many  electron  atom   4p   3d  

4s  

4s   4p   4d   4f   3s   3p   3d  

2s   2p  

1s  

Energy  

Energy  

3p   3s   2p   2s  

1s  

Recall  constraints  on  quantum  numbers  

n  =  1,  2,  3  …  ∞   l  =  0,  1,  …  ,  n-­‐1   -­‐l  ≤  ml  ≤  l  integer  increments   ms=+1/2  or  -­‐1/2   Certain  rules  for  pu[ng  electrons  in  orbitals  

Electron  configura6ons                                                Three  principles   Aufau  or  building  up  principle   Add  electrons  so  that  energy  of  atom  is  minimized     Pauli  principle   Two  electrons  may  occupy  the  same  orbital  so    long  as  they  have  opposite  spins     Hunds  rule   When  electrons  fill  a  degenerate  set  of  orbitals    they  are  placed  singly  in  each  orbital  with     parallel  spins  before  pairing  them  in  a  single  orbital  

Detailed  electron  configura6on  of  N  

Energy  

2p   2s  

1s   25  

Detailed  electron  configura6on  of  O  

Energy  

2p   2s  

1s   26  

Detailed  electron  configura6on  of  F  

Energy  

2p   2s  

1s   27  

Detailed  electron  configura6on  of  Ne  

Energy  

2p   2s  

1s   28  

Li   Be   B   C   N   Ne   Na  

Orbital  energies  

1s  <  2s  <  2p  <  3s<    3p  <  4s  <  3d  <  4p