KURZUS: Mérnöki fizika

MODUL: Az anyag mikroszkopikus szerkezete

22. lecke: A molekulák kialakulása és energiaszintjei

A molekulák kialakulása és energiaszintjei

A jegyzet feldolgozandó fejezetei:

  • A molekulák kialakulása (és alfejezetei)
  • A molekulák energiaszintjei (és alfejezetei)

Tanulási célok:

A lecke anyagának feldolgozása után Ön képes lesz:

  • Elmondani, milyen folyamatok történhetnek, ha két atom közel kerül egymáshoz.
  • Elmondani, milyen szerepet játszik az energiaminimum- és a Pauli-elv a molekulák kialakulásában.
  • Az ionos kötés kialakulását értelmezni, annak feltételeit megadni, mikor alakul ez ki.
  • A kovalens kötés kialakulásának feltételeit és folyamatát elmondani, megérteni a spinek szerepét a folyamatban.
  • A jegyzetbeli egyszerű kovalens kötésű molekulák térbeli szerkezetét megmagyarázni.
  • Elmondani, mit értünk többszörös, delokalizált kötés alatt és mi a kötések polarizációja. Mindegyikre legalább egy példát mondani.
  • A molekulák rezgésben tárolt energiáját megadó formulát értelmezni és egyszerű számítási feladatokban alkalmazni.
  • Meghatározni a zérusponti energia fogalmát.
  • A molekulák forgásban tárolt energiáját megadó formulát értelmezni és egyszerű számítási feladatokban alkalmazni.
  • Nagyságrendileg összevetni az elektronszerkezetben, a rezgésben és a forgásban tárolt energiákat.
  • Grafikusan felvázolni egy molekula energiaszerkezetét a rezgési és forgási állapotok figyelembe vételével.
  • Elmondani, miért alakulnak ki sávok a molekulák színképében.
  • A másodlagos kötéseket biztosító főbb fizikai folyamatokat ismertetni, azok kötési energiáját nagyságrendileg felsorolni.
  • A gyakorlati életből példákat hozni a másodlagos kötések mindegyik fajtájára.

Támpontok a tanuláshoz

Az ezzel a leckével kezdődő modulban a kvalitatív megfontolások kerülnek túlsúlyba a számítási problémákkal szemben. Ez azt jelenti, hogy itt a gondolatok egymásba kapcsolódására kell elsősorban koncentrálni, matematikai nehézségek kevésbé jellemzőek. Ezért a közölt számolási feladatokat elsősorban az elméleti anyag támogatása céljából szerepelnek a jegyzetben. Ha az elméletet érti, ezek önálló végigszámolása sem jelenthet gondot.

A lecke témájának alapja a korábban kvantummechanikából az elektronszerkezetről tanult rész. Ezért ha szükséges, először frissítse fel ezirányú ismereteit.

A molekulák forgási és rezgési energiaszintjeiről szóló részek megértésének az a kulcsa, hogy elfogadjuk azt a tényt, hogy ezekben az állapotokban nem tárolhat akármekkora energiát a molekula, hanem csak diszkrét szintek lehetségesek, melyeket a v ill. J kvantumszámok jellemeznek. Az energiát megadó formulák ezen egész kvantumszámok függvényében jól elkülönülő energiaszinteket határoznak meg. A szintek elhelyezkedésének jellegét alapvetően befolyásolja az a tény, hogy a rezgési szintek egymástól egyenletes, 0,1 eV nagyságrendű távolságra vannak, míg a forgásiak távolsága növekszik és az 0,001 eV nagyságrendjébe esik. Ezek alapján értelmezhetők a molekulák színképéről mondottak.

A másodlagos kötésről szóló fejezet külön érdekessége, hogy a mindennapi életben tapasztalt számtalan jelenség ezek alapján érthető meg. Ezért külön figyelmet fordítson a tanulás közben arra, hogy az egyes kötéstípusokról megtanulja, milyen területen találkozhatunk velük.

Ellenőrző kérdések
1. Az alább felsorolt atomok közül melyek között alakul ki ionos kötés?
fémek atomjai.
nátrium és klór.
nemesgáz atomok.
két fluor atom.
2. Milyen elektronok vesznek részt az elsődleges kémiai kötések kialakításában?
a legkülső elektronok.
az atommaghoz legközelebbi elektronok.
a szabad elektronok.
a pozitív töltésű elektronok.
3. A molekulákon belül bekövetkező állapotváltozások közül melyiket jellemzi a legkisebb energiaváltozás?
a vibrációs állapot változását.
az elektronok állapotváltozását.
a rotációs állapot változását.
a nukleonok állapotváltozását az atommagban.
4. Melyik állítás nem igaz?
A kovalens kötés disszociációs energiája mindig nagyobb, mint az ionos kötésé.
A Van der Walls kötés energiája sokkal kisebb, mint a kovalens kötés energiája.
Az ionos kötéseket a pozitív és negatív elektromos töltésű ionok közötti Coulomb vonzás tartja össze.
A molekulák színképe is vonalas.
5. Az alábbi kötések közül melyik másodlagos kötés?
Az ionos kötés.
A A kovalens kötés.
A hidrogénhíd-kötést.
A delokalizált kötés.