יחידה 2 – מבנה אלקטרוני ומודלים אטומיים

מודלים היסטוריים

ספקטרום פליטה ובליעה

ספקטרום פליטה

אלקטרון יורד מרמה גבוהה לנמוכה → פולט פוטון עם אנרגיה מוגדרת.

ספקטרום בליעה

אלקטרון עולה מרמה נמוכה לגבוהה → בולע פוטון עם אנרגיה מוגדרת.

$\Delta E = E_{\text{high}} - E_{\text{low}} = h\nu = \frac{hc}{\lambda}$

אינטואיציה: ככל שההפרש בין הרמות גדול יותר → אנרגיה גבוהה יותר → אורך גל קצר יותר → צבע "כחול" יותר.

נוסחת רידברג (למימן)

$\frac{1}{\lambda} = R_H \left(\frac{1}{n_1^2} - \frac{1}{n_2^2}\right)$

$R_H = 1.097 \times 10^7\,\text{m}^{-1}$

כאשר $n_1 < n_2$ ושניהם מספרים שלמים חיוביים.

אנרגיית פוטון

$E = h\nu = \frac{hc}{\lambda}$

המרת יחידות

$1\,\text{eV} = 1.602 \times 10^{-19}\,\text{J}$

טיפ: eV נוח לאנרגיות של אלקטרונים בודדים. ג'אול נוח למולים.

דואליות גל–חלקיק

$\lambda = \frac{h}{mv}$

(נוסחת דה ברויי)

אינטואיציה: כל חלקיק בתנועה מתנהג גם כגל. ככל שהמסה גדולה יותר → אורך הגל קטן יותר → ההתנהגות הגלית אינה מורגשת (לכן לא רואים אותה בעולם שלנו).

מספרי קוונטים

שמות תת-שכבות

כלל ההקמה (Aufbau)

סדר מילוי: $1s \to 2s \to 2p \to 3s \to 3p \to 4s \to 3d \to 4p \to 5s \to 4d \to \ldots$

כלל האלכסון: ממלאים לפי $n + l$ עולה. אם שווה – $n$ הקטן קודם.

עקרון אי-ההדרה של פאולי

לא יכולים להיות שני אלקטרונים עם אותו סט ארבעת מספרי הקוונטים.

כלל הונד

אורביטלים באותה תת-שכבה מתמלאים קודם כל אחד באלקטרון אחד (ספין זהה), ורק אח"כ מוסיפים את השני.

דוגמה טיפוסית למבחן

שאלה: מהו המבנה האלקטרוני של Fe ($Z=26$)?

פתרון:

$1s^2 \; 2s^2 \; 2p^6 \; 3s^2 \; 3p^6 \; 4s^2 \; 3d^6$

או בקיצור: $[Ar] \; 4s^2 \; 3d^6$

שימו לב: $4s$ מתמלא לפני $3d$, אבל ביוני מתכות מעבר – $4s$ מתרוקן ראשון!

$Fe^{2+}$: $[Ar] \; 3d^6$ (לא $[Ar] \; 4s^2 \; 3d^4$!)

טעויות נפוצות