2. Orbital Açısal Momentum Kuantum Sayısı

GENEL KİMYA
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
ATOMUN ELEKTRON
YAPISI
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
Bohr atom modelinde elektronun bulunduğu yer için
yörünge tanımlaması kullanılırken, kuantum mekaniğinde
bunun yerine orbital tanımlaması kullanılır.
Orbital, elektronun kuantum sayıları ile belirlenen dalga
fonksiyonudur.
Her orbitalin kendine özgü bir elektron yoğunluğu ve
enerjisi vardır.
Atomdaki elektronun bulunabileceği enerji düzeyleri
ve dalga fonksiyonları kuantum sayıları ile ifade edilir.
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
 Bohr atom kuramına göre, elektron çekirdek etrafında
belirli enerji düzeylerinde dolaşmaktadır.
Bu enerji
düzeyleri kuantum sayıları ile belirtilebilir.
 Kuantum mekaniğinde atomlardaki elektron dağılımlarını
açıklayabilmek için kuantum sayısı gereklidir.
 Dalga Mekaniğinde, birden çok elektron içeren bir atomda
elektronlar kabuklara dağıtılmıştır.
 Kabukların bir veya daha fazla alt kabuktan, alt
kabuklarında bir veya daha fazla orbitalden oluştuğu var
sayılır.
 Atomun her elektronu, kabuk, alt kabuk, orbital ve
elektronu gösteren 4 kuantum numarasıyla tanımlanır.
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
Kuantum sayıları ;
1.
2.
3.
4.
Baş kuantum sayısı (n) (büyüklüğü belirtir)
Açısal momentum kuantum sayısı (l) (şekli belirtir)
Manyetik kuantum sayısı (m ) (uzaydaki yönlenmeyi belirtir.)
Spin kuantum sayısı (ms)
Kuantum sayıları atom orbitallerinin ve bu orbitallerde yer alan
elektronların belirlenmesinde kullanılır.
Çekirdekten uzaklaştıkça elektronun enerjisi de artar. Elektronlar,
bulundukları enerji seviyesinin enerjisine sahiptir. Enerji seviyeleri
atom çekirdeğine yakınlığına göre n = 1, 2, 3, 4, 5, 6 gibi
tamsayılarla veya K, L, M, N, O, P, Q gibi harflerle ifade edilirler.
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
1. Baş kuantum sayısı (n: 1,2,3,…..);
 Baş kuantum sayısı elektron bulutunun çekirdeğe olan
uzaklığı ile ilgilidir. “n” ile gösterilir, sıfırdan büyük
tamsayılardır.
 n=1,2,3,4..gibi tam sayılarla gösterildiği gibi ,elektron
kabuklarını ifade etmek üzere K,L,M,N,O gibi harflerle
gösterilir.
 Elektronun ait olduğu kabuğu ya da enerjiyi belirtir.
 Bu enerji seviyelerine elektron kabukları da denir.
 Yörünge numarası olarak
ta bilinir.
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
Baş kuantum sayısının değeri ne kadar büyükse elektron bulutu çekirdekten
o kadar uzaktır. Elektronun potansiyel enerjisi o kadar büyüktür.
n=1: 1s
n=2: 2s 2p
n=3: 3s 3p 3d
n=4: 4s 4p 4d 4f
n=5: 5s 5p 5d 5f 5g
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
2. Orbital Açısal Momentum Kuantum Sayısı (ℓ=0,1,2,3,….,n-1) :
 Elektron bulutlarının şekillerini ve şekil farkı nedeni ile enerji
seviyelerinde nasıl ayrılmanın olabileceğinin belirtmek üzere yan
kuantum sayısı kullanılır.
 Buna orbital kuantum sayısı da denir. “ℓ” harfi ile gösterilir.
 Baş kuantum sayısına bağlı olarak sıfırdan (n-1 ) e kadar pozitif
sayılarla ifade edildiği gibi s, p, d , f …….. gibi harflerle de
gösterilebilir.
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
n=1 alt kabuk sayısı 1,
n=2 alt kabuk sayısı 2,
n=3 alt kabuk sayısı 3 tür.
Bir kabuktaki her alt kabuk bir orbital açısal momentum
kuantum sayısı (ℓ) ile tanımlanır. ℓ =0,1,2,3… (n-1).
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
n=1 ise l sadece 0 değerini alır; n=1 için sadece 1 alt kabuk vardır.
ℓ =0 değerini aldığında elektron s orbitalinde bulunur.
n=2 ise l sırasıyla 0 , 1 değerini alır; n=2 için sadece 2 alt kabuk vardır.
ℓ =1 değerini aldığında elektron p orbitalinde bulunur.
n=3 ise l sırasıyla 0 , 1, 2 değerini alır; n=3 için sadece 3 alt kabuk
vardır.
ℓ =2 değerini aldığında elektron d orbitalinde bulunur.
n=4 ise l sırasıyla 0 , 1, 2 , 3 değerini alır; n=4 için sadece 4 alt kabuk
vardır.
ℓ =3 değerini aldığında elektron f orbitalinde bulunur.
Her yörüngede yörünge numarası kadar orbital türü (alt-kabuk) bulunur.
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
İlk beş elektron kabuğu için alt kabuklar
n
l
1
2
3
0
0, 1
0, 1, 2
0, 1, 2, 3 0, 1, 2, 3, 4
s
s, p
s, p, d
s, p, d, f
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
4
5
s, p, d, f, g
ℓ = 0, 1, 2, 3,….(n-1)
s p d f
s
p
d
f
sharp (keskin)
principal (asıl, baş)
diffuse (yayılmış)
fundamental (temel)
sıfatlarının baş harfleridir . Bundan sonra harfler alfabetik sırayı takip eder.
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
Elektronların çekirdek etrafında bulunma
olasılıklarının yüksek olduğu enerji bölgelerine
orbital denir.
Atom çekirdeği çevresinde s , p , d ve f olmak
üzere 4 ayrı tip orbital vardır.
Bu orbitallerin alabileceği maksimum elektron
sayısı sırasıyla 2 , 6 , 10 ve 14 tür.
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
s orbitali:
 Tek tip olup küreseldir.
 Bir orbitalden oluşur.
 Küresel olduğundan manyetik bir alan bir s elektronun enerjisine
etki etmez.
 Bir küre nasıl çevrilirse çevrilsin belirli bir referans noktasına göre
küre aynı görünür.
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
p orbitali:
 p orbitalleri px , py ve pz olmak üzere üç özdeş orbitalden oluşur.
 p orbitali küresel değildir.
 p-alt-kabuklarından her biri yöneltileri değişik olan 3 orbitalden
oluşmuştur.
 Her bir p orbitali mağnetik alan içinde kuvvet çizgilerine göre
farklı durumlar gösterir.
 Ancak her 3 p orbitali enerji bakımından eşittirler.
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
d orbitali:
d orbitalleri dxy ,dxz, dyz , dx2-y2 ve dz2 olmak üzere beş özdeş orbitalden
oluşur.
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
f orbitali:
f orbitalleri z3, xz2 ,xyz, x(x2-3y2) , yz2 , z(x2-y2) , y(3x2-y2) olmak
üzere yedi özdeş orbitalden oluşur.
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
3. Manyetik kuantum Sayısı (mℓ = -ℓ, (-ℓ+1),….,-2,-1,0,1,2,….,(ℓ-1),+ℓ);
Manyetik kuant sayısı manyetik alan etkisinde kalan orbitallerin
uzaydaki yönelim biçimini ve alt enerji düzeyinde kaç orbital olduğunu
gösterir. Alt enerji düzeyindeki orbital sayısı mℓ = 2ℓ + 1 bağıntısı ile
hesaplanır.
Belli bir alt kabukta bulunan her orbital bir manyetik kuant sayısı (m)
ile tanımlanır. Herhangi bir alt kabuk için m ‘nin alabileceği değerler;
m = -ℓ, (-ℓ+1),….,-2,-1,0,1,2,….,(ℓ-1),+ℓ
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
Enerji Seviyeleri
4S
3P
3S
2P
2S
1S
4. Spin kuantum Sayısı (ms);
 Elektron çekirdek etrafında dönerken aynı zamanda kendi ekseni
etrafında da döner.
 Elektronun kendi ekseni etrafında dönme hareketine spin denir.
 Pauli dışlama ilkesine göre bir orbitalde bulunan iki elektron için
birbirinin tersi olan +1/2 ve -1/2 olmak üzere iki değer alır.
 Dönmekte olan bir yük magnetik alan oluşturur. Bundan dolayı her
elektronun dönmesinden oluşan ve kendisine ait olan bir manyetik
momenti vardır. Ters yönde dönen 2 elektronun manyetik momentleri
bir birini yok eder.
 Bu yüzden her bir orbital spinleri zıt olan 2 elektron bulundurabilir.
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
Bir enerji seviyesinde barınabilen maksimum elektron sayısı
2 n2 ile hesaplanabilir.
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
Elektron Dağılımları (Yerleşimi, Dizilişi, Konfigürasyonu)
1) Elektronlar orbitale atomun enerjisini en aza indirecek şekilde yerleşir.
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
2) Bir atomda dört kuantum sayısı da aynı olan iki elektron bulunamaz (Pauli
dışlama ilkesi).
Bir orbitalde yalnızca iki elektron bulunabilir ve bu elektronlar zıt spinli
olmalıdırlar.
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
3) Elektronlar eşenerjili orbitallere öncelikle birer birer yerleşirler. Hund kuralı.
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
Aufbau İşlemi
En yüksek baş kuantum sayısına sahip elektron kabuğunda (en dış kabuk
veya değerlik kabuğu) bulunan elektronlara değerlik elektronları denir.
Na
1s2 2s2 2p6 3s1
[Ne] 3s1
[Ne]: asal gaz göbeği denir.
Ca: [Ar] 4s2
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
Elektron Dağılımları ve Peryodik Çizelge
Periyodik çizelgenin aynı grubunda yer alan elementler, benzer elektron
dağılımına sahiptir.
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
*1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 elektron dağılımına sahip element hangisidir?
• Toplam elektron sayısı= 17
*[Ar] 3d10 4s2 4p3 elektron dağılımına sahip element hangisidir?
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
* Civanın elektron dağılımı nasıldır?
Hg: [Xe] 6s2 4f14 5d10
Hg: [Xe] 4f14 5d10 6s2
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
Küresel simetri
Bir atomun elektron dizilişindeki en son orbital tam dolu yada yarı dolu ise
atom küresel simetri özelliği gösterir ve küresel simetrik yük dağılımına
sahiptir. Küresel simetri gösteren atomlarda elektronlar çekirdek tarafından
simetrik çekilirler. Simetrik çekilen elektronu koparmak daha güçtür ve fazla
enerji gerektirir. Küresel simetri kararlılık halidir.
Bir atomun elektron dizilişi s1,s2, p3,p6, d5, d10, f7, f14 ile bitiyorsa o atom
küresel simetri özelliği gösterir.
Tam dolu hali: s2 p6 d10
Yarı dolu hali: s1 p3 d5
*
I- 15X
II- 13Y
III- 25Z atomlarından hangisi yada hangileri küresel simetri gösterir ?
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
15X: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 (p3 ile bittiği için küresel simetri)
13Y : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 (p1 ile bittiği için küresel simetri değil)
25Z : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5 (d5 ile bittiği için küresel simetri)
24Cr: 1s2 2s2 2p6 3s2 4s1 3d5 ,
29Cu: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10
elektron dizilişlerinde düzensizliğin nedeni, atomun küresel simetrik yük
dağılımına ulaşmak için 4s orbitalinden bir elektronu 3d orbitaline
göndermesidir. Aynı cins orbitallerde eşit sayıda elektron bulunması, atoma
simetrik yük dağılımı sağlayıp, daha kararlı olmasını sağlar.
6B ve 1B grubu elementleri kendi iç bünyesindeki enerjinin bir kısmını kullanarak
daha kararlı bir yapıya ulaşmak için elektron dağılımlarında s orbitalinden 1
elektron d orbitaline geçer. Küresel simetri yapısına ulaşmış olur. Bu olay uyarılma
değildir. Çünkü dışarıdan enerji alınmamış ve daha kararlı yapıya ulaşılmıştır.
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
24Cr: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d4 (yanlış)
24Cr: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5 (doğru)
29Cu: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d9
(yanlış)
29Cu: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10 (doğru)
* 42Mo elementinin elektron dağılımını yapınız.
[Kr] 5s1 4d5
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
Uyarılma:
Bir atoma bir miktar enerji vererek son yörüngesindeki elektronların daha yüksek
enerji düzeyindeki orbitallere aktarılması olayına uyarılma denir. Kararsızlık
halidir. Enerji verme olayı kesilirse yüksek enerji düzeyine çıkan elektron aldığı
enerjiyi vererek temel enerji düzeyine geçer. Uyarılmış haldeki bir elektron temel
hale geri dönerken, almış olduğu enerjiyi belirli bir frekansta ışık olarak dışarıya
yayar.
1H: 1s1temel enerji düzeyi
1H: 2s1uyarılmış hal
6C: 1s2 2s2 2p2 temel enerji düzeyi
6C: 1s2 2s1 2p3 uyarılmış hal
11Na: 1s2 2s2 2p6 3s1 temel enerji düzeyi
11Na: 1s2 2s2 2p6 4s1 uyarılmış hal
15P: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 temel enerji düzeyi
15P: 1s2 2s2 2p6 3s1 3p3 3d1uyarılmış hal
Grup ve periyot temel enerji düzeyindeki elektron dağılımına göre yapılır.
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
İyonların Elektron Dizilişi
Elektron almış veya vermiş atoma iyon denir. Nötr bir atom elektron alarak eksi
yükle yüklenirse, bu eksi yüklü atoma anyon denir. Eğer nötr bir atom elektron
vererek artı yükle yüklenirse, bu artı yüklü atoma katyon denir.
Anyonların Elektron Dizilişi
Anyonlarda elektron dizilişi, elementin aldığı elektron sayısı nötr haldeki elektron
sayısına eklenerek yapılır.
9F:
9F
-
1s2 2s2 2p5 (nötr)
: 1s2 2s2 2p6 (anyon)
Katyonların Elektron Dizilişi
Katyonlarda elektron dizilişi, elementin verdiği elektron sayısı nötr haldeki
elektron sayısından çıkarılarak yapılır. Atomun elektron vermesi yani
atomdan elektron koparmak baş kuantum sayısı en büyük olan orbitalden
başlanarak gerçekleştirilir. Atomun en yüksek enerjili orbitali s veya p ise
elektronlar sırasıyla önce p orbitalinden sonra s orbitalinden kopar.
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
11Na:
1s2 2s2 2p6 3s1
+
11Na :
1s2 2s2 2p6
(nötr)
(katyon)
Bir atom elektron verdikçe atomun hacmi azalır.
21Sc:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
+:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d1
+2
: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d1
+3
: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
21Sc
21Sc
21Sc
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM
Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM