-
In de laatste video's leerden we
dat de configuratie
-
van elektronen in een atoom,
niet een eenvoudige, klassieke
-
Newtoniaanse baan omschrijft.
-
Dat is het Bohr model van het elektron.
-
Ik herhaal dit,
omdat ik vind dat het
-
belangrijk is.
-
Als dat de nucleus is,
een heel klein,
-
klein, klein puntje ten opzichte van
het hele volume van het atoom
-
En in plaats van het elektron dat
in een baan er omheen beweegt,
-
als een planeet rond de zon.
-
In plaats van een baan, kan
het beter omschreven worden als
-
orbitalen, dit zijn
kans-dichtheids functies.
-
Dus een orbitaal--
laten we zeggen dat dat de nucleus is--
-
beschrijft, als je elk punt in
de ruimte rond de
-
kern pakt, de kans dat je daar
een elektron vindt.
-
Dus eigenlijk vertelt het je,
over het volume van de ruimte
-
rond de kern,
de kans dat je het elektron
-
in dat volume vindt.
-
En als je dus een aantal momentopnames van
-
elektronen pakt--
laten we zeggen de 1s orbitaal.
-
En zo ziet de 1s orbitaal eruit.
-
Nauwelijks te zien, maar het is
een bol rond de kern en dat
-
is de laagste energietoestand
van een elektron.
-
Als je een aantal momentopnames neemt
-
Laten we zeggen dat je
momentopnames pakt van helium,
-
die heeft 2 elektronen.
-
Beide elektronen zitten in de 1s orbitaal.
-
Zo ziet het eruit.
-
Neem je een momentopname dan is
het elektron misschien hier,
-
maar het volgende is het misschien daar.
-
Dan is het elektron hier.
-
Dan is het daar.
-
En daar.
-
En met allemaal momentopnames zou
je er een
-
heleboel dicht bij elkaar hebben.
-
En dan zitten ze steeds verder uit elkaar,
-
naarmate je verder en verder
naar de buitenkant gaat.
-
Maar zoals je ziet is de kans
groter om een elektron
-
dicht bij de kern te vinden
dan er verder vandaan.
-
Maar soms kan je een elektron
-
helemaal hier vinden, of hier.
-
Dus het kan echt overal zijn
-
maar als je meerdere waarnemingen doet
-
dan zie je wat de
kansfunctie beschrijft.
-
Het zegt dat er
een veel lagere kans is
-
om een elektron te vinden in deze
kleine kubus
-
dan in deze kleine kubus.
-
Wanneer je dit soort diagrammen ziet
met orbitalen,
-
het wordt getekend als een schil,
zoals een bol.
-
Ik laat het er drie dimensionaal
uit zien.
-
Dit is dan de buitenkant,
en de kern
-
is ergens aan de binnenkant.
-
Kan je je afvragen,
Waar kan ik het elektron
-
90% van de tijd vinden?
-
En dan zeg je, OK, ik kan het
elektron
-
90% van de tijd vinden in deze cirkel,
-
als ik een dwarsdoorsnede zou nemen.
-
Maar soms kan het elektron zich
daarbuiten bevinden.
-
Want het is volledig een kansberekening.
-
Dus het kan gebeuren,
-
dat je het elektron helemaal hier
kan vinden
-
als dit de orbitaal is waar
we het over hebben
-
-
In de laatste video zeiden we OK,
-
de elektronen vullen de orbitalen
-
van de laagste energie toestand
naar de hoogste.
-
Je kan je voorstellen
-
dat als ik het als een soort Tetris speel
-
dan stapel ik de blokjes
met de laagste energie eerst.
-
Op de grond plaats ik
het blokje met de laagste energie.
-
En dan kan ik het tweede blokje met een
lage energie status hier plaatsen.
-
Maar alleen als ik genoeg ruimte heb.
-
Het derde blokje moet in de
volgende energietoestand.
-
In dit geval zou de energie beschreven
kunnen worden
-
als potentiële energie.
-
Dit is een klassiek,
Newtoniaans voorbeeld.
-
Dat is hetzelfde idee met elektronen
-
Als er eenmaal twee elektronen zijn in
de 1s orbitaal
-
-- Laten we zeggen de elektronenconfiguratie
van helium 1s2 is--
-
het derde elektron kunnen we nergens meer
laten,
-
want er is ruimte voor maar
twee elektronen.
-
En zoals ik denk over deze twee elektronen
-
ze stoten deze derde elektron af
die ik toe wil voegen.
-
Dus die moet naar de 2s orbitaal,
-
En als ik de 2s orbitaal op deze leg,
-
dan zou het er uit zien zoals dit,
-
waar ik een hoge kans heb om elektronen
te vinden in deze schil
-
welke om de 1s orbitaal ligt.
-
Dit zou lithium kunnen zijn.
-
Ik heb één extra elektron
-
Dit extra elektron zou zich kunnen
bevinden
-
waar ik het waarneem.
-
Maar af en toe kan het
hier verschijnen,
-
Het kan hier verschijnen, of hier,
-
maar de hoogste kans is daar.
-
Dus waar zal het elektron 90%
van de tijd zijn?
-
Ongeveer hier in deze schil om het midden.
-
En wanneer je je het in
drie dimensies voorstelt,
-
dan zal het hier bedekt worden.
-
Dus dit is de schil.
-
Dat is wat ik hier getekend heb.
-
Hier is de 1s
-
dat is deze rode schil.
-
En dan de 2s.
-
De tweede energie schil is
deze blauwe schil.
-
Je kan goed zien dat
-
hoe hoger de energie orbitaal,
des te hoger de energie schil.
-
Helemaal tot de zevende energie schil,
dat is dit rode gebied.
-
Dan heb je het blauwe gebied,
dan het rode, en het blauwe.
-
Zo krijg je een idee bij
de energie schillen.
-
De s energie orbitalen omringen elkaar
-
Maar je ziet ook dit spul.
-
Het algemene principe is dat
-
de elektronen de orbitalen opvullen
-
van de laagste naar
de hoogste energie orbitaal.
-
Dus de eerste die opgevuld wordt is de 1s.
-
Dit is de 1.
-
Dit is de s.
-
Dus dit is de 1s.
-
Er passen twee elektronen in.
-
De volgende die opgevuld wordt is 2s.
-
Hier passen weer twee elektronen.
-
Bij de volgende, hier wordt
het interessant,
-
vul je de 2p orbitaal.
-
Dat is deze.
-
2p orbitalen.
-
De p orbitalen hebben iets van p sub z,
p sub x, p sub y.
-
Wat houdt dat in?
-
Bekijk je de p-orbitalen, dan
zie je een haltervorm.
-
Het lijkt onnatuurlijk, maar in
volgende video's
-
laten we zien dat het hetzelfde is als
staande golven.
-
Als je het zo bekijkt, dan zijn er
drie manieren
-
waarop je de halters kan positioneren.
-
Eén in de z richting,
boven en beneden.
-
Eén in de x richting, links en rechts.
-
En één in de y richting,
-
naar voren en naar achteren.
-
Dus als je het zou tekenen--
-
stel je wil de p-orbitalen tekenen.
-
Dan is dit wat je vervolgens
moet opvullen.
-
Op die manier vul je het op
met een elektron hier,
-
een ander elektron hier, en een ander
elektron daar.
-
Dan vul je het op met nog een elektron,
-
we zullen 'spin' in
de toekomst behandelen
-
Maar daar, daar en daar.
-
Dat wordt de regel van Hund genoemd.
-
Misschien doen we nog wel een hele
video over de regel van Hund,
-
maar dat is nog niet relevant voor
een eerste jaar scheikunde lezing.
-
Het vult het in deze volgorde,
en opnieuw
-
wil ik dat je een gevoel krijgt
bij hoe het eruit ziet.
-
Kijk.
-
Ik zou 'eruit zien' tussen
quotes moeten plaatsen,
-
want het is erg abstract.
-
Maar ik wil dat je een beeld
krijgt bij de p-orbitalen.
-
-- laten we zeggen, we kijken naar
de elektronen configuratie
-
van bijvoorbeeld koolstof.
-
In de elektronen configuratie
van koolstof,
-
gaan de eerste twee elektronen in
1s1 en 1s2.
-
Daarna vult het --
-
Dus het vult het 1s2,
de koolstof configuratie.
-
Het vult 1s1, daarna 1s2.
-
En dit is de configuratie voor helium.
-
Dan gaan we door naar de tweede schil,
-
dat is de tweede periode.
-
Daarom wordt het ook het
periodiek systeem genoemd.
-
We gaan het later hebben over
perioden en groepen.
-
En dan ga je door
-
Hier vullen we de 2s op.
-
We zijn nu in de tweede periode.
-
Dat is de tweede periode.
-
Eén, twee.
-
Ik laat het wat duidelijker zien.
-
Dus dit vult deze twee.
-
Dus 2s2.
-
En dan vullen we de p-orbitalen op.
-
Het vult eerst 1p en dan 2p.
-
We zijn nog steeds in de tweede schil,
dus 2s2, 2p2.
-
De vraag is hoe het eruit zou zien
-
als we deze orbitaal willen visualiseren,
-
de p orbitalen.
-
We hebben twee elektronen.
-
Eén elektron gaat--
-
Ik teken de assen.
-
-
Ik teken een drie dimensionaal
-
stelsel van assen.
-
Als ik een aantal waarnemingen doe van
-
één van de elektronen in de p-orbitaal,
-
laten we zeggen in de pz dimensie,
-
dan is het soms hier,
-
en soms kan het hier zijn,
en soms hier.
-
En als je blijft waarnemen,
-
dan krijg je iets wat lijkt op
een bel vorm.
-
Deze haltervorm.
-
En voor een ander elektron dat
bijvoorbeeld in de x richting ligt,
-
maak je ook een aantal observaties.
-
Laat ik dat een andere kleur doen.
-
Dan ziet het er zo uit.
-
Je maakt een aantal observaties,
en dan zeg je,
-
Hé, het is heel waarschijnlijk
-
om het elektron in deze
haltervorm te vinden.
-
Maar je zou het ook daar kunnen vinden
-
Of je kan het daar vinden.
-
Of daar.
-
Er is gewoon een veel hogere kans
-
om het hier binnen te vinden dan daar.
-
En dat is denk ik de beste manier
hoe je het zou kunnen visualiseren.
-
En wat we hier doen,
-
wordt de elektronenconfiguratie genoemd.
-
En de manier om dat te doen--
er zijn meerdere manieren
-
die onderwezen worden,
-
maar de manier zoals ik het graag doe,
-
je neemt het periodiek systeem en zegt,
deze groepen,
-
en dan bedoel ik de kolommen,
-
deze groepen vullen de s subschil,
oftewel de s-orbitalen.
-
Je kan hierboven s schrijven.
-
En deze kolommen gaan over de p-orbitalen.
-
Laat ik helium uitsluiten.
-
De p-orbitalen.
-
-
Ik laat helium weg uit het overzicht.
-
Deze gaan over de p-orbitalen.
-
En om het te begrijpen,
-
moet je helium weghalen
en hier weer terugplaatsen.
-
-
Het periodiek systeem is gewoon
een manier om te ordenen.
-
Maar om orbitalen te begrijpen,
-
zou je helium moeten oppakken.
-
Laat ik dat doen.
-
De magie van computers.
-
Ik knip het uit en plak het daar.
-
-
Nu zie je dat helium 1s en 2s gebruikt.
-
Dus de configuratie van
helium is--
-
Pardon, je krijgt 1s1 en 1s2.
-
We bevinden ons in de eerste
energie schil
-
-
De configuratie van waterstof is 1s1.
-
En er is maar één elektron in de s
subschil van de eerste energie schil.
-
De configuratie van helium is 1s2.
-
En daarna vul je de tweede energie schil.
-
De configuratie van lithium is 1s2.
-
Hier gaan de
eerste twee elektronen.
-
De derde gaat in 2s1.
-
En dat is het patroon.
-
Wanneer we doorgaan met stikstof
kan je zeggen,
-
OK, het heeft drie elektronen in
de p-suborbitaal.
-
Je zou zelfs van achter naar voren
kunnen werken.
-
We zijn in de tweede periode.
-
Dus dit is 2p3.
-
-
Ik schrijf het op, 2p3.
-
Dit is de positie van de laatste
drie elektronen, in het p-orbitaal.
-
Dan hebben we deze twee, die gaan in
de 2s2 orbitaal.
-
En de eerste twee, oftewel de elektronen
in de laagste energie toestand,
-
zijn 1s2.
-
Dus dit is de elektronenconfiguratie
van stikstof.
-
En om zeker te zijn dat
de configuratie klopt
-
tel je het aantal elektronen.
-
Dus twee plus twee is vier
plus drie is zeven.
-
We hebben het over neutrale atomen,
-
dus het aantal elektronen en protonen
moet gelijk zijn.
-
Het atoom nummer is het aantal protonen.
-
Dus dit klopt.
-
Zeven protonen.
-
Tot nu toe hebben we te maken gehad
met de s-en en de p's.
-
Dat is te overzien.
-
Als ik de configuratie van
silicium wil weten
-
wat zou dat zijn?
-
We zitten in de derde periode.
-
Eén, twee, drie.
-
Dat is de derde rij.
-
En dit is het p-blok.
-
En dit is de tweede rij in het p-blok.
-
Eén, twee, drie, vier, vijf, zes.
-
-
We zitten in de tweede rij van het p-blok,
-
dus we beginnen met 3p2.
-
En dan hebben we 3s2.
-
En dan vullen we het hele p-blok.
-
Dus dit is 2p6.
-
En dan hier 2s2.
-
En dit vult natuurlijk de hele
eerste schil
-
voordat het deze andere schillen
kan vullen.
-
1s2.
-
Dus dit is de elektronenconfiguratie
van silicium.
-
En dan moeten we controleren of
we 14 elektronen hebben.
-
twee plus twee is vier, plus zes is tien.
-
tien plus twee is twaalf
plus twee is veertien.
-
Silicium klopt dus ook.
-
We lopen een beetje uit de tijd,
-
in de volgende video gaan we beginnen
-
met wat er gebeurt met deze elementen,
oftewel het d-blok.
-
En je kan al een beetje
raden wat er gebeurt.
-
We gaan deze d-orbitalen vullen
-
die nog vreemdere vormen hebben.
-
In het kort, hoe ik het zie,
-
is dat als je verder en verder van
de kern komt,
-
is er meer ruimte tussen de lagere
energie orbitalen
-
om deze vreemdvormige orbitalen
te vullen.
-
Maar deze balanceren tussen--
-
Ik ga het later over
staande golven hebben--
-
deze balanceren tussen dicht
-
bij de kern en het proton
proberen te komen
-
met de positieve lading,
-
elektronen worden daartoe
aangetrokken,
-
terwijl ze tegelijkertijd de andere
elektronen willen ontwijken,
-
of in ieder geval hun normale
distributie.
-
Tot de volgende video.
