11

AtAt dj ljidj ljiAtomosAtomos -- nedjeljivnedjeljiv

Istorija atomske teorijeIstorija atomske teorije

zzModel atoma se Model atoma se mijenjao kroz mijenjao kroz stoljea, polazei stoljea, polazei

d 400 BC k dd 400 BC k dod 400 BC, kada od 400 BC, kada je izgledao kao je izgledao kao bilijarska loptabilijarska lopta

Leukip i DemokritLeukip i Demokritzz Grki filozofi koji su Grki filozofi koji su

popoeli eli istraivanja istraivanja materije prije vie materije prije vie od od 24002400 godina:godina:zzMoe li se Moe li se

materija dijeliti u materija dijeliti u manje dijelove manje dijelove beskonano ili beskonano ili postoji granica postoji granica kada se materija kada se materija ne moe dalje ne moe dalje dijeliti?dijeliti?

Leukip (~480 - 420 BC)

Demokrit(~460 - 370 BC)

22

Demokritova teorija: Demokritova teorija: AtomosAtomos

zz Materija se ne moe Materija se ne moe dijeliti beskonano u dijeliti beskonano u manje i manje dijelove. manje i manje dijelove.

zz Postoji najmanji mogui Postoji najmanji mogui j j j gj j j gdio materije koji je dio materije koji je nedjeljiv i koji je nazvao nedjeljiv i koji je nazvao atomos, u znaenju ne atomos, u znaenju ne moe se sjei.moe se sjei.

Nothing exists except atoms and empty space; everything else is opinion.

-Democritus

Demokritova teorija: Demokritova teorija: AtomosAtomos

Atomi su Atomi su malemale, vrste , vrste estice sainjene od estice sainjene od istog materijala, ali istog materijala, ali razliitih razliitih oblika i oblika i veliina,veliina,

Postoji Postoji beskonaanbeskonaanbroj atoma koji su broj atoma koji su uvijek u pokretu i koji uvijek u pokretu i koji mogu da se udruuju.mogu da se udruuju.

Ova teorija je zanemarena i Ova teorija je zanemarena i zaboravljena vie od 2000 zaboravljena vie od 2000

dindin !!godinagodina!!

33

ZatoZato??

zz Istaknuti filozofi tog vremena, Istaknuti filozofi tog vremena, AristotelAristotel i i PlatonPlaton, postavili su priznatiju (i na kraju , postavili su priznatiju (i na kraju pogrenupogrenu) teoriju.) teoriju.

ZemljaZemlja

V tV tVatraVatra

ZrakZrak

VodaVoda

Aristotel Aristotel (~384 (~384 322 BC)322 BC)

Platon Platon (~427(~427--347 BC) 347 BC)

PoPoetak moderne ere atomaetak moderne ere atoma

Daltonov model atomaDaltonov model atoma

zz Poetkom XIX Poetkom XIX stoljea, engleski stoljea, engleski hemiar hemiar John John DaltonDalton izveo jeizveo jeDaltonDalton izveo je izveo je brojne brojne eksperimente koji eksperimente koji su vodili ka su vodili ka prihvatanju ideje o prihvatanju ideje o postojanju atoma.postojanju atoma. 1766 1766 -- 18441844

44

DaltonDaltonova teorijaova teorijazz Svi Svi elementi elementi su sastavljeni iz su sastavljeni iz

atoma.atoma.zz Atomi su Atomi su nedjeljivenedjeljive i i

neunitive estive.neunitive estive.AtAt ii i ti t l tl tzz AtomAtomi i istog istog elementa su elementa su potpuno isti.potpuno isti.

zz Atomi Atomi razliitihrazliitih elemenata su elemenata su razliitirazliiti..

zz Spojevi Spojevi nastaju vezivanjem nastaju vezivanjem atoma dva ili vie atoma dva ili vie elemenata.elemenata.

DaltonDaltonova teorijaova teorija

zzDaltonDaltonova ova teorija postala teorija postala je jedna od je jedna od osnovaosnovaosnova osnova moderne moderne hemije.hemije.

55

ThomsonThomsonov ov model atomamodel atoma

zz 18971897 engleski engleski naunik Joseph naunik Joseph JohnJohn ThomsonThomson

i j ii j ipruio je prvi pruio je prvi nagovjetaj da je nagovjetaj da je atom izgraen iz atom izgraen iz jo jo manjihmanjihestica.estica.1856 1856 -- 19401940

J. J. Thomson:J. J. Thomson:Eksperimenti sa

katodnim zracima

zz Thomson je Thomson je prouavao prouavao prolazprolazelektrine struje elektrine struje kroz gas.kroz gas.zzPri tome je dolo Pri tome je dolo

do otputanja do otputanja snopa snopa negativno negativno nabijenih esticanabijenih estica..

66

zz Odakle dolazi negativni naboj?Odakle dolazi negativni naboj?z Thomson je zakljuio da negativni naboj

dolazi iziz atoma.zz Mora da postojiMora da postoji estica manja od atoma.

At j bi dj ljidj lji !z Atom je bio djeljivdjeljiv!

z Thomson je negativne estice nazvao korpuskule, danas poznate kao elektroni.

z Poto je bilo poznato da je gas neutralan, bez naboja, zakljuio je da u atomu mora da postoje pozitivno nabijene estice.

z Ali on ih nije nikad naaoz Ali, on ih nije nikad naaozz Za svoje otkriZa svoje otkrie elektrona J. J. Thomson e elektrona J. J. Thomson

je 1906. godine dobio Nobelovu nagradu je 1906. godine dobio Nobelovu nagradu za fiziku.za fiziku.

Thomsonov model atomaThomsonov model atomazz Poznat je pod Poznat je pod

nazivom nazivom PlumPlumPuddingPudding model. model.

zz AtomAtomi su sainjeni i su sainjeni od pozitivnood pozitivnood pozitivno od pozitivno nabijene supstance nabijene supstance sa negativno sa negativno nabijenim nabijenim elektronimaelektronimarazbacanih okolo, razbacanih okolo, kao groice u kao groice u pudingu.pudingu.

77

RutherfordRutherfordov model atomaov model atoma

zz Engleski fiziar Engleski fiziar Ernest Rutherford Ernest Rutherford testirao je testirao je ThomsonovuThomsonovuThomsonovu Thomsonovu hipotezu svojim hipotezu svojim "gold foil" "gold foil" eksperimentom. eksperimentom.

RutherfordRutherfordovov eeksksperimentperiment

Rutherford Rutherford je zakljuio:je zakljuio:zz aatomtomi nisu puding i nisu puding

ispunjen pozitivno ispunjen pozitivno nabijenim materijalom;nabijenim materijalom;

zz aatom tom je sfernog oblika, je sfernog oblika, ima ima mali, gusti, mali, gusti, pozitivno nabijenipozitivno nabijenipozitivno nabijeni pozitivno nabijeni centarcentar koji je nazvao koji je nazvao nukleusnukleus i i siuansiuan je u je u odnosu na cijeli atom.odnosu na cijeli atom.

88

J.J. Thomson Rutherford

RutherfordRutherfordov model atomaov model atoma

1871 1871 -- 19371937

Nobelova nagrada za hemiju 1908. godine

Stilizovani prikaz Rutherfordovog modela atoma litijuma

Bohrov model atomaBohrov model atomazz 1913. g. danski 1913. g. danski

fizifiziar ar Niels BohrNiels Bohrpredlopredloio je io je poboljanje poboljanje RR therfordo ogtherfordo ogRRuutherfordovog therfordovog modelamodela..

(1885-1962)

99

BohrBohrovov model model aatomtomaa

zz Elektroni se kreu Elektroni se kreu oko nukleusa po oko nukleusa po orbitama orbitama koje su koje su na razliitim na razliitim fiksnim fiksnim energetskim energetskim nivoimanivoima, , i fiksnim i fiksnim radijusima, sliradijusima, slino no planetama oko planetama oko SSunca.unca.

Bohrov model atomaBohrov model atomazz Prva orbita ima Prva orbita ima nn = 1 i = 1 i

najblia je nukleusu.najblia je nukleusu.zz Elektroni se mogu kretati Elektroni se mogu kretati

izmeu orbita izmeu orbita apsorpcijom i emisijomapsorpcijom i emisijomapsorpcijom i emisijom apsorpcijom i emisijom energije u kvantima (energije u kvantima (hh).).

zz Koliina energije koja se Koliina energije koja se tom prilikom apsorbuje ili tom prilikom apsorbuje ili emituje data je izrazom:emituje data je izrazom: hEEE if ==

BohrBohrovov model model aatomtomaazz Niels Bohr je 1922. Niels Bohr je 1922.

godine dobio godine dobio Nobelovu nagradu Nobelovu nagradu za fiziku.za fiziku.

1010

BohrBohrovov model model aatomtomaa

zz Elektroni mogu zauzimati Elektroni mogu zauzimati samo odreene poloaje oko samo odreene poloaje oko nukleusa. nukleusa.

zz Svakom od ovih poloaja Svakom od ovih poloaja p jp jodgovara odreena odgovara odreena vrijednost energije.vrijednost energije.

zz Ovi energetski poloaji Ovi energetski poloaji nazvani nazvani su su energetski nivoienergetski nivoiili ili energetske ljuskeenergetske ljuske..

BohrBohrovov model model aatomtomaazz Elektroni koji su najblii Elektroni koji su najblii

nukleusu imaju najnie nukleusu imaju najnie mogue energetsko stanje. mogue energetsko stanje.

zz to su elektroni udaljeniji od to su elektroni udaljeniji od nukleusa, oni imaju sve vinukleusa, oni imaju sve via a energetska stanja.energetska stanja.

zz Energetski nivoi unutar atoma Energetski nivoi unutar atoma su oznaeni brojevima, tako su oznaeni brojevima, tako da da je je prvi energetski nivo prvi energetski nivo najblii nukleusu. najblii nukleusu.

BohrBohrovov model model aatomtomaazz Kako se broj energetskog nivoa Kako se broj energetskog nivoa

poveava, on se nalazi sve dalje od poveava, on se nalazi sve dalje od nukleusa i sadri elektrone koji imaju nukleusa i sadri elektrone koji imaju veu energiju. veu energiju.

zz Svaki energetski nivo moe sadravatiSvaki energetski nivo moe sadravatizz Svaki energetski nivo moe sadravati Svaki energetski nivo moe sadravati samo odreen maksimalan broj samo odreen maksimalan broj elektrona, ali u prirodi ovaj maksimalni elektrona, ali u prirodi ovaj maksimalni broj, u veini sluajeva, nikada nije broj, u veini sluajeva, nikada nije realizovan. realizovan.

1111

Energetski nivoi u atomuEnergetski nivoi u atomu

KVANTNOKVANTNO--MEHANIKI MODEL MEHANIKI MODEL ATOMAATOMA

zz Krajem dvadesetih godina ovog vijeka Krajem dvadesetih godina ovog vijeka Erwin Schrdinger, P.Erwin Schrdinger, P. A.A. M. Dirac, M. Dirac, Werner Heisenberg i drugi predloili su Werner Heisenberg i drugi predloili su novi model atoma nazvan novi model atoma nazvan kvantnokvantno--mehaniki modelmehaniki model. .

zz Model je zasnovan na komplikovanom Model je zasnovan na komplikovanom matematikom konceptu.matematikom konceptu.

Erwin SchrdingerErwin Schrdinger--austrijski fiziaustrijski fiziar i osniva ar i osniva valne mehanikevalne mehanike::VALNA JEDNAINA VALNA JEDNAINA VALNE FUNKCIJEVALNE FUNKCIJE,,

2 2

22i V

t m x = +

hh18871887--19611961

Nobelova nagrada za fiziku 1933. godine

1212

zz Paul Adrien Maurice DiracPaul Adrien Maurice Diraczz Werner Karl HeisenbergWerner Karl Heisenberg

19021902 19841984

1901 1901 -- 19761976

Nobelova nagrada za fiziku 1932. godine

1902 1902 -- 19841984

Podijelio Nobelovu nagradu za fiziku sa Schrdingerom 1933. godine

zz Nemogue je tano locirati poloaj i brzinu Nemogue je tano locirati poloaj i brzinu nekog elektrona. nekog elektrona.

zz Poloaj elektrona, prema tome, ne moe Poloaj elektrona, prema tome, ne moe biti opisan kao da se on kree po tano biti opisan kao da se on kree po tano odreenoj putanji. odreenoj putanji.

zz Umjesto toga, mogue je odrediti oblasti u Umjesto toga, mogue je odrediti oblasti u kojima je velika kojima je velika vjerovatnoa nalaenjavjerovatnoa nalaenjajednog ili dva elektrona.jednog ili dva elektrona.

zz Ove vjerovatne oblasti su poznate kao Ove vjerovatne oblasti su poznate kao atomskeatomske orbitaleorbitale..

zz Svaki energetski nivo ima energetske Svaki energetski nivo ima energetske podnivoe koji se sastoje od jedne ili vie podnivoe koji se sastoje od jedne ili vie atomskih orbitala. atomskih orbitala.

zz Jedna orbitala moe sadravati nula, Jedna orbitala moe sadravati nula, jedan ili dva elektrona.jedan ili dva elektrona.

zz Prvi energetski nivo sadri samo jednu Prvi energetski nivo sadri samo jednu atomsku orbitalu, oznaenu kao atomsku orbitalu, oznaenu kao 11ssorbitala. orbitala.

1313

zzOblast vjerovatnoe opisan ovom Oblast vjerovatnoe opisan ovom orbitalom je orbitalom je sfera sa centrom u sfera sa centrom u nukleusunukleusu..

Tipovi orbitalaTipovi orbitala: : ss orbitaleorbitale

zz Drugi energetski nivo sadri etiri Drugi energetski nivo sadri etiri atomske orbitale. atomske orbitale.

zz Jedna od orbitala je sferna po obliku Jedna od orbitala je sferna po obliku i naziva se i naziva se 22ss orbitalaorbitala. .

1414

zz Oblast vjerovatnoe druge tri orbitale su Oblast vjerovatnoe druge tri orbitale su oblika koji lii na sportske utege koji stoje oblika koji lii na sportske utege koji stoje pod pravim uglom jedna prema drugoj oko pod pravim uglom jedna prema drugoj oko nukleusa. nukleusa.

zz Ove orbitale se nazivaju Ove orbitale se nazivaju 22pp orbitaleorbitale, i , i i j t ij d 2i j t ij d 2 bit lbit limaju neto veu energiju od 2imaju neto veu energiju od 2ss orbitale.orbitale.

Tipovi orbitalaTipovi orbitala: : pp orbitaleorbitale

zz Svaki energetski nivo sadri Svaki energetski nivo sadri jednu jednu ss i i tri tri pporbitale. orbitale.

1515

zz Pored ovih, postoje dva druga tipa Pored ovih, postoje dva druga tipa orbitala: orbitala: dd orbitaleorbitale, koje se javljaju u grupi , koje se javljaju u grupi od pet polazei od energetskog nivoa 3, i od pet polazei od energetskog nivoa 3, i ff orbitaleorbitale koje dolaze u grupi od sedamkoje dolaze u grupi od sedamff orbitaleorbitale, koje dolaze u grupi od sedam , koje dolaze u grupi od sedam polazei od energetskog nivoa 4.polazei od energetskog nivoa 4.

Tipovi orbitalaTipovi orbitala: : dd orbitaleorbitale

Tipovi orbitalaTipovi orbitala: : ff orbitaleorbitale

1616

Da bismo odredili raspored elektrona Da bismo odredili raspored elektrona po energetskim nivoima,po energetskim nivoima, atomskim atomskim orbitalama, moemo se koristiti orbitalama, moemo se koristiti slijedeim pravilima:slijedeim pravilima:

11 Elektroni prvo popunjavajuElektroni prvo popunjavaju1.1. Elektroni prvo popunjavaju Elektroni prvo popunjavaju najnii mogui energetski nivo.najnii mogui energetski nivo.

2.2. Orbitala ne Orbitala ne moe sadravati moe sadravati vie od dva vie od dva elektrona. Ta elektrona. Ta dva elektronadva elektronadva elektrona dva elektrona moraju imati moraju imati suprotne suprotne spinove. spinove.

Pravac spina moe se Pravac spina moe se oznaiti "strelicom oznaiti "strelicom prema gore" za prema gore" za kretanje u pravcu kretanje u pravcu kazaljke na satu ikazaljke na satu ikazaljke na satu i kazaljke na satu i "strelicom prema "strelicom prema dolje" za pravac dolje" za pravac suprotan kretanju suprotan kretanju kazaljke na satu. kazaljke na satu.

1717

3.3. Elektroni se ne uparuju u jednoj Elektroni se ne uparuju u jednoj orbitali ako ima mjesta u drugoj orbitali ako ima mjesta u drugoj orbitali na istom energetskom orbitali na istom energetskom nivou. To znai da se elektroni nivou. To znai da se elektroni uparuju samo kada sve orbitale na uparuju samo kada sve orbitale na istom eneregetskom nivou sadre istom eneregetskom nivou sadre najmanje jedan elektron. najmanje jedan elektron.

Npr.Npr. svaka od tri 2svaka od tri 2pp orbitale mora orbitale mora sadravati jedan elektron prije nego se sadravati jedan elektron prije nego se uparuje u jednoj 2uparuje u jednoj 2pp orbitali.orbitali.

TanoPogreno

4.4. Elektroni se nalaze u Elektroni se nalaze u orbitalama prema orbitalama prema rastuem redoslijedu rastuem redoslijedu energija. Orbitale u energija. Orbitale u viim energetskim viim energetskim nivoima se nivoima se preklapaju. Npr., 4preklapaju. Npr., 4ssorbitala ima niu orbitala ima niu energiju od 3energiju od 3ddorbitale. orbitale.

1818

ELEKTRONSKA ELEKTRONSKA KONFIGURACIJA ATOMAKONFIGURACIJA ATOMA

zz Raspored elektrona u atomu nekog Raspored elektrona u atomu nekog elementa. elementa.

zz Primjer: atom bora (atomski broj 5). Primjer: atom bora (atomski broj 5). BB 11 2222 2222 11BB 1s1s222s2s222p2p11

zz Drugi nain prikazivanja elektronske Drugi nain prikazivanja elektronske konfiguracije konfiguracije borabora je upotrebaje upotreba orbitalnog orbitalnog dijagramadijagrama, u kojem je svaka orbitala , u kojem je svaka orbitala predstavljena kruiem i svaki elektron predstavljena kruiem i svaki elektron strelicom:strelicom:

Shema popunjavanja Shema popunjavanja elektronskih nivoa:elektronskih nivoa:

1919

Dijagonalno praviloDijagonalno praviloss

s 3p 3ds 3p 3d

s 2ps 2p

11

22

33

Koraci:Koraci:

1.1. Ispisati energetske nivoe od Ispisati energetske nivoe od vrha ka dnu.vrha ka dnu.

2.2. Ispisati orbitale redom s, p, Ispisati orbitale redom s, p, d, f i brojeve koji odgovaraju d, f i brojeve koji odgovaraju energetskim nivoima.energetskim nivoima.

s 4p 4d 4fs 4p 4d 4f

s 5p 5d 5f s 5p 5d 5f

s 6p 6d s 6p 6d

s 7p s 7p

44

55

66

77

gg

3.3. Iscrtati dijagonalne strelice Iscrtati dijagonalne strelice od vrha ka dnu, s desna na od vrha ka dnu, s desna na lijevo.lijevo.

4.4. Da bi se dobio taDa bi se dobio taan an redoslijed,redoslijed,

prati strelice! prati strelice!

O

zz Orbitalni dijagram oksigenaOrbitalni dijagram oksigena -- OO

8e-

zz Elektronska konfiguracija oksigenaElektronska konfiguracija oksigena -- OO

1s2 2s2 2p4

1s 2s 2p

S 16e- 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4

zz Elektronska konfiguracija Elektronska konfiguracija ssumporumpora a -- SS

zz SkraSkraena eena elektronska konfiguracijalektronska konfiguracija -- SS

Valentni elektroniUnutranji elektroni

S 16e- [Ne] 3s2 3p4

2020

Elektronske konfiguracijeElektronske konfiguracije, Z=3..6, Z=3..6

LitijumLitijumGrupa 1AGrupa 1AAtomski broj = 3Atomski broj = 31s1s222s2s11 ------> 3 elektrona > 3 elektrona

kkukupno ukupno

1s

2s

3s3p

2p

KarbonKarbonGrupa 4AGrupa 4AAtomski broj = 6Atomski broj = 61s1s2 2 2s2s2 2 2p2p22 ------> > 6 ele6 elekktrona ukupno trona ukupno

1s

2s

3s3p

2p

2121

Elektronske konfiguracijeElektronske konfiguracije, , Z=7..10Z=7..10