2. Mallintaminen

Kvanttimekaaninen atomimalli

Video kvanttimekaanisesta atomimallista
https://opetus.tv/kemia/ke2/kvanttimekaaninen-atomimalli/


Kuorimalli ei selitä riittävän tarkasti elektronien paikkaa atomiytimen ympärillä. Elektronin paikkaa ytimen ympärillä ei voida tarkkaan määritellä. Kvanttimekaaninen atomimalli kertoo tarkemmin elektronien paikan todennäköisyyden elektronipilvessä.
Jokaisella pääkuorella (merkitään 1, 2, 3, ...) on erilaisia energiatiloja, alakuoria
  • alakuoria merkitään s, p, d, f
  • kullakin alakuorella voi olla orbitaaleja, joihin voi asettua vain kaksi elektronia erimerkkisin spinein
    • spin kuvaa mangneettista vuorovaikutusta
    • spinillä on kaksi eri suuntaa, joita merkitään ylös ja alas
    • Paulin kieltosäännön mukaan, jos kahdella elektronilla on sama spin, ne eivät voi olla samalla orbitaalilla
    • orbitaaleja merkitään laatikoilla, ja elektroneja kuvaavat laatikkojen sisään piirretyt nuolet (ylös ja alas)
  • kaikilla orbitaaleilla, joilla on sama energia, kuuluvat samalle alakuorelle
    • s-alakuorella on on yksi s-orbitaali, jolla voi olla 2 elektronia
    • p-alakuorella on kolme p-orbitaalia, joilla voi olla 2 * 3 = 6 elektronia
    • d-alakuorella on viisi d-orbitaalia, joten sillä voi olla 10 (=2 * 5) elektronia
    • esimerkiksi 3. kuorella (n = 3) on kolme alakuorta: 3s, 3p ja 3d eli 3. kuorella voi olla yhteensä 2 + 6 + 10 = 18 (2*3^2) elektronia
    • vastaavasti 2. kuorella on kaksi alakuorta: 2s ja 2p eli yhteesä elektroneja voi olla 2 + 6 = 8
  • Hundin sääntö
    • elektronit asettuvat alakuorille ensin samansuuntaisin spinein
    • eli jos samalla alakuorella on useita elektroneja, ne asettuvat orbitaaleille siten, että niiden spinit ovat samansuuntaiset
  • Esimerkki: Typen, N järjestysluku on 7 eli sillä on 7 elektronia
    • 2 elektronia menevät kuoren 1 alakuorelle 1s eli 1s-orbitaalilla on 2 elektronia erimerkkisin spinein
    • kuoren 2 alakuorelle 2s menee 2 elektronia erimerkkisin spinein ja loput 3 elektronia alakuoren 2p p-orbitaaleille samansuuntaisin spinein



  • Orbitaalit täyttyvät energiajärjestykssä (minimienergiaperiaatteen mukaisesti)
    •  Kaliumin, K järjestyluku on 19, joten eka pääkuorella on 2 elektronia (1s-alakuorella), toka pääkuorella 8 elektronia (2s- ja 2p-alakuorilla) ja kolmannelle mahtuisi loput 9. Nyt 3. pääkuorelle menee kuitenkin vain 8 elektronia (3s- ja 3p-alakuorille). Viimeinen elektroni menee 4. pääkuoren 4s-alakuorelle 3d-alakuoren sijaan, koska 4s-alakuoren energia on alhaisempi kuin 3d-alakuoren.
    • Alimmat alakuoret täyttyvät järjestyksessä: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p
    • Elektronien täyttyminen diagonaalisäännön avulla
  • Atomin elektronikonfiguraatio 
    • Atomin elektronirakenne on helpompi esittää ilman laatikkomallia (piirtäminen on työlästä)
    • Kaliumin elektronirakenne voidaan esittää 1s22s22p63s23p64s1, jossa näkyy eri kuorien orbitaalit energiajärjestyksessä ja yläindeksinä elektronien lukumäärä


Videoita:

Paulin kieltosääntö ja Hundin sääntö

Jaksollinen järjestelmä ja orbitaalit

Hiilen muodostamat sidokset

https://opetus.tv/kemia/ke2/sigma-ja-pii-sidokset/

1. Yksinkertainen sidos


Hiiliatomilla on 2s-orbitaalilla kaksi elektronia erimerkkisin spinein ja samoin kahdella 2p-orbitaalilla kaksi elektronia samanmerkkisin spinein. Hiili muodostaa neljä yksinkertaista kovalenttista sigma-sidosta hybridisaation avulla seuraavasti:
Ajatellaan, että hiilen 2s-orbitaalin yksi elektroneista menee kolmannelle 2p-orbitaalille eli 2s-orbitaalille jää vain yksi elektroni ja jokaisella kolmella 2p-orbitaalilla on yksi elektroni samansuuntaisin spinein. Tapahtuu ns sp3 -hybridisaatio.

sp3 -hybridisoituminen

2. Kaksois- ja kolmoissidos

  • Kaksoissidoksessa on yksi sigma- ja yksi pii-sidos eli kyseessä on sp2 -hybridisoituminen
  • Kolmoissidoksessa on yksi sigma-sidos ja kaksi pii​-sidosta eli kyseessä on sp -hybridisoituminen


sp2 ja sp -hybridisoituminen


Tehtävät: 40, 41, 43 ja 46 sekä 56, 57 ja 58