普通化學、5.原子結構、週期表

 5.原子結構、週期表

週期表：

1A鹼金  2A鹼土  7A鹵素  8A惰性    B族都是過渡元素，價電子優先填入3d 4d 5d 6d

*第三周期最外層有3s 3p 4d 但3d能量高於4s，故只有8種元素

游離能：第一游離能最小，越後面丟電子需要的游離能越大

                *HE+的游離能約為H游離能的2^2=4倍    (變兩個質子拉一顆電子，平方)

          *移去 s、p、d、f 電子所需游離能大小順序為 s >p >d >f

                       ex: 第二週期元素游離能大小：Li < B < Be <C < O < N <F <Ne

同電荷：帶正電>>帶負電；同週期：8A>7 5 6 4 2 3 >1A；同族：n越大，離核遠游離能小
金屬：左下游離小(丟電子) 非金屬：右上游離大         *鈍氣游離能大(第二、三游離能丟到

原子半徑：越往左下越大  ；離子半徑：A- > A > A+ 等離不同原子則看核電荷大=半徑小

電負度：游離能越大，電負度越大，通常週期表右、上增加，但過渡元素區大多右、下增加
                                                                                    F4.0最大，最不易丟電子

熔沸點：           例外：汞Hg 熔 -39度；   鎵Ga  熔30度 (但沸點特高2200度)

        同族元素從上到下，金屬熔點遞減，非金屬熔點遞增

        同周期元素隨原子序數的遞增，金屬的熔點遞增，非金屬的熔點遞減；

光電效應：

γ
電磁輻射能量E=hv=hc/ λ     h是普朗克常數(6.626 × 10^-34 m2 kg / s)，ν是入射光子的頻率  

 
     頻率v高 / 波長λ短 =能量大               (伽瑪) γX射射 紫紅 (威武現)微無線

   波長：10^-10m γ射線< X射線< 紫外線 <可見光400-750nm <紅外線 <微波 <無線電  100m

             

 Xray>測晶體結構  電子移轉吸收>紫外光~可見    分子振動吸收>紅外光  分子轉動吸收>微波  

  
   光電效應 hv=hv’+1/2mv^2 =W’+Ek              1ev=1.6*10^-19J

*過渡金屬顏色：因為d軌域電子躍遷，產生互補色，紅700~紫400 nm

  氫原子光譜    基態____________1____2_345..

雷德堡方程式 v=3.28*10^15*(1/ n^2- 1 /n’ ^2)  v單位=1/sec
波爾氫原子模型  hv=△E=313.6*(1/ n^2- 1 /n’ ^2)  Kcal/mol  單個=13.6ev
氫原子由n階回基態，全明線=n*(n-1)/2條  紫外光=n-1條 可見光=n-2條 紅外=總-紫外-可見

電子由n=1 躍遷到n= ∞  需要13.6ev = 311.6 Kcal/mol  = 3.3*10^15  Hz   = 90nm

電子由n=2 躍遷到n= ∞   需要1/2^2 的能量 = 3.4ev .... ；n=3 躍遷到n= ∞ 1/3^2 =1.51ev ...

電子由n=2 躍遷到n= 1   需要 1/1^2 - 1/2^2 的能量 = 10.2 ev ...

ex:電子n=5 躍遷n= 2   波長：90nm* 1 / [1/2^2 - 1/5^2]  =  90nm* 100/21= 434nm(藍光)

其他原子游離能為質子數平方*氫原子游離能   ex: He+ = 2^2 * 13.6ev

氫原子能階：1s＜2s = 2p＜3s = 3p = 3d＜4s = 4p… spdfg (只看n)

多原子能階：1s＜2s＜2p＜3s ＜3p＜4s＜3d＜4p<… (由n+l決定)

分子光解離能量：h(分子常數) * (3*10^8) * (6^10^23)  / nm(10^-9 )  * 1000  單位KJ/mol

一維盒中質點 ：波節存在。在盒內某些地方找到粒子的機率是零

E = h^2*K^2 / 2m  = n^2*h^2 / 8mL^2   n=1,2,3.....  ，基態最小能量：3h^2 / 8mL^2

粒子束縛於一維無限深方形盒內，盒寬為 L 。盒內位勢為 0 ，盒外位勢為無限大。粒子只能移動於束縛的方向（ x 方向）    ，n 是正值的整數，h 是普朗克常數，m 是粒子質量。

兩個盒壁距離必為波函數的波節。代表盒寬必須剛好能夠容納半個波長的整數倍。

   L=nλ/2   其中，L 是波長，n 是正值整數。

*盒長L，最長駐波為2L  ； 波的零點(經X軸的位置)粒子不存在

氫原子波函數

氫原子能階= -2.18*10^-18 J

s軌域為球形、p軌域為雙葉 從2p開始、d軌域為四葉或貫穿甜甜圈 3d開始

洪特規則：電子優先以自旋相同的方式佔據不同的軌道，更加穩定

氫原子能階：1s ＜2s = 2p ＜3s = 3p = 3d ＜4s = 4p… spdfg (只看n)  

多原子能階：1s ＜2s＜2p＜  3s ＜3p＜ 4s＜3d ＜4p<… (由n+l決定)   

                       *注意原子序21以下 4s < 3d(斥力大)，e-先給4s

1 H 氫 : 1s1    2 He 氦 : 1s2 

3 Li 鋰 : [He] 2s1       4 Be 鈹 : [He] 2s2     5 B 硼 : [He] 2s2 2p1.....

20 Ca 鈣 : [Ar] 4s2      21 Sc 鈧 : [Ar] 3d1 4s2.. 過渡3d1~10  跳4和9

**例外常考： 24Cr鉻 4s1先3d5    [Ar] 3d5 4s1   ；29Cu銅  4s1先3d10    [Ar] 3d10 4s1

晶場理論：過渡元素有五種相等能量的 d 軌域(d1-10)

錯合物：檢查中心原子d軌域， 常考:週期表21-30 鈧~鋅  (d1~d10)     

             d4：Cr+2,Mn+3    ；d5：Mn+2,Fe+3   ；d6：Fe+2,Co+3   ；d7：Co+2

  ex: K3[Fe(CN)6]：Fe+3    、[Mn(CN)6]-4：Mn+2    先拔4s位置，+2=原本，+3=d降1

       強場配位基得電子：CN−、en、CO、NH3，d電子在能階低三軌，低自旋(先排滿下三格)

      弱場配位基丟電子：I−、Br−、H2O，d電子在能階高五軌，高自旋  (先插滿五格)

                     磁性與配位基無關之錯合物： d1-d3，d8-d10    12389順  10反

                順磁性：有不成對電子 (1A族 O2 NO2...)   ； 逆磁性：沒有不成對電子

                錯合物顏色：根據六色表(無靛色)，反射=目視顏色，並吸收對向互補色

 γX射射 紫紅 (威武現)微無線  

 (n、l、ml、ms)    [主量子、角量子(形狀)、磁量子(方向)、自旋量子]

  n=軌域1..n     l=0~n-1 (spdfg)     ml=方向+l..0..-l      ms=自旋+-1/2   

   

n必>l、  不符合=不存在

特定n值的主能階有n^2個軌域，可填2*n^2電子

特定l值的主能階有2l+1個軌域，可填2*(2l+1)電子

Mg+2 拿走兩個電子， 1s2 2s2 2p6   ；O-2  多兩個電子， 1s2 2s2 2p6 

 

*注意z21-30過度金屬離子3d軌域能量低 先拿 先填4s      ：Cu > Cu+  = 4s1 3d10 >   3d10  

順磁性：有未成對電子，受磁場吸引；反磁性：全為成對電子，受磁場排斥

*H-H鍵長 <  C三C < O=O < C=C  < Cl-Cl  < I-I   (原子大小)

*光譜化學序列：電子躍遷到高能階所需的能量，越大，能吸收的可見光波長就越短

I− < Br− < S2−  < Cl− < NO3−  < F− < OH− < H2O  < NH3 < en （乙二胺）< NO2−

4.酸鹼反應  ↼   5.原子結構、週期表    ⇀ 6.化學鍵、分子形狀