VASTE STOF FYSICA
Inhoud
40.1 Bindingen in moleculen......................................................................................................................... 2
Covalente bindingen................................................................................................................................. 2
Ion bindingen............................................................................................................................................ 2
Partial ionic character of Covalent Bonds.................................................................................................. 2
40.2 Potentiele Energie diagrammen voor Moleculen.................................................................................. 3
40.3 Van der waals bindingen....................................................................................................................... 4
40.4 Molecular spectra................................................................................................................................. 6
Elektronen transitie in moleculen............................................................................................................. 6
Rotatie energieniveaus in moleculen........................................................................................................ 6
Vibratie energieniveaus in moleculen....................................................................................................... 7
Rotatie plus vibratie niveaus..................................................................................................................... 8
40.5 bindingen in vaste stoffen..................................................................................................................... 9
40-6 vrije-elektronentheorie van metalen; Fermi Energie..........................................................................10
Fermi-Dirac probability function (waarschijnlijkheidsfunctie).................................................................11
Density of occupied states Toestandsdichtheid......................................................................................12
40-7 band theory of solids elektronische bandstructuur.............................................................................13
Dit vak is een verdieping op kwantumfysica
Het is een open boek tentamen à super abstract à grote uitdrukkingen à Veel wiskunde
Toepassing van dit vak: ASML is vooral vaste stof fysica, super geleiders en dergelijke
Universe van Brian Kox Was op zondag 30 Januari op dn bels, even terugkijken, over het einde van het
2
heelal.
, 40.1 Bindingen in moleculen
Covalente bindingen
Leg uit op welke drie manieren je covalente bindingen kan verklaren
Welk model (deeltjes of golf) heb je nodig bij iedere uitleg?
1. Gedeelde elektronen Deeltjes
De covalente binding ontstaat omdat de atomen op een volkomen eerlijke manier elkaars elektronen
delen. De twee elektronen dwalen om de nuclei heen, en houden zo het boeltje bij elkaar, omdat 30%
van de lading tussen de twee nuclei in zit. Hierdoor ontstaat een negatieve lading in het midden waar de
positieve kernen naartoe getrokken worden. Dit kan alleen als hun spin tegenovergesteld is van elkaar.
2. Probability distribution (kansverdeling) Golven
Als de spin van elektronen hetzelfde is, dan doven de golven elkaar uit bij
intereferentie. De spin van de elektronen moet dus tegenovergesteld zijn
aan elkaar om een sterkere negatieve lading in een veld te creëren.
Een covalente binding kan dus beschreven worden als het resultaat van
constructieve interferentie van elektronen in de ruimte tussen de twee
atomen, en de elektrostatische aantrekking van de positieve kernen met
de negatieve lading concentratie tussen ze in. In de afbeelding zijn de
waarschijnlijkheidspuntjes getekend. Nu kun je de constructieve
interferentie bepalen, die positief is tussen de twee nuclei in.
3. Energie point of view
Als twee H-atomen biuj elkaar komen, en de spin van de elektronen zijn tegengesteld, dan kunnen ze
dezelfde ruimte bezetten. Hierdoor is de ∆x groter, waardoor de ∆p kleiner is, en er dus te weinig
impuls is om de bindingsenergie te doorbreken. De energie is uit het systeem geegaan, bij het aangaan
van de binding. Deze energie moet weer toegevoegd worden om de band te doorbreken.
Ion bindingen
Waarom staat natrium eigenlijk aan chloor af?
Natrium en chloor zijn neutraal, het is dus niet “logisch” dat natrium een van zijn
elektronen aan chloor cadeau doet.
Maar dit gebeurt wel, en dat komt doordat bij Natrium de onderliggende schillen vol zijn,
en er nog 1 elektron in zijn eentje een schil bezet. Hierdoor voelt hij daar enkel de
aantrekking van 1 positieve lading. Bij Chloor zitten er 5 elektronen in 3p status, en is er
2
nog een plekje vacant. Hierdoor voelt dat elektron daar de aantrekking van +5. Dit zorgt voor een sterkere
aantrekking dan die van natrium. In de ring zitten vier elektronen, in de gele barbells kunnen er 2, maar zit
er van nature maar 1. Hier kan er dus nog 1 bij!
Partial ionic character of Covalent Bonds
Vaak is het zo dat covalente bindingen ook een soort Ion binding aangaan, het elektron wordt niet geheel
eerlijk gedeeld, vaak zit het toch meer om een van de atomen, om exact dezelfde reden als bij Ion
bindingen.
Inhoud
40.1 Bindingen in moleculen......................................................................................................................... 2
Covalente bindingen................................................................................................................................. 2
Ion bindingen............................................................................................................................................ 2
Partial ionic character of Covalent Bonds.................................................................................................. 2
40.2 Potentiele Energie diagrammen voor Moleculen.................................................................................. 3
40.3 Van der waals bindingen....................................................................................................................... 4
40.4 Molecular spectra................................................................................................................................. 6
Elektronen transitie in moleculen............................................................................................................. 6
Rotatie energieniveaus in moleculen........................................................................................................ 6
Vibratie energieniveaus in moleculen....................................................................................................... 7
Rotatie plus vibratie niveaus..................................................................................................................... 8
40.5 bindingen in vaste stoffen..................................................................................................................... 9
40-6 vrije-elektronentheorie van metalen; Fermi Energie..........................................................................10
Fermi-Dirac probability function (waarschijnlijkheidsfunctie).................................................................11
Density of occupied states Toestandsdichtheid......................................................................................12
40-7 band theory of solids elektronische bandstructuur.............................................................................13
Dit vak is een verdieping op kwantumfysica
Het is een open boek tentamen à super abstract à grote uitdrukkingen à Veel wiskunde
Toepassing van dit vak: ASML is vooral vaste stof fysica, super geleiders en dergelijke
Universe van Brian Kox Was op zondag 30 Januari op dn bels, even terugkijken, over het einde van het
2
heelal.
, 40.1 Bindingen in moleculen
Covalente bindingen
Leg uit op welke drie manieren je covalente bindingen kan verklaren
Welk model (deeltjes of golf) heb je nodig bij iedere uitleg?
1. Gedeelde elektronen Deeltjes
De covalente binding ontstaat omdat de atomen op een volkomen eerlijke manier elkaars elektronen
delen. De twee elektronen dwalen om de nuclei heen, en houden zo het boeltje bij elkaar, omdat 30%
van de lading tussen de twee nuclei in zit. Hierdoor ontstaat een negatieve lading in het midden waar de
positieve kernen naartoe getrokken worden. Dit kan alleen als hun spin tegenovergesteld is van elkaar.
2. Probability distribution (kansverdeling) Golven
Als de spin van elektronen hetzelfde is, dan doven de golven elkaar uit bij
intereferentie. De spin van de elektronen moet dus tegenovergesteld zijn
aan elkaar om een sterkere negatieve lading in een veld te creëren.
Een covalente binding kan dus beschreven worden als het resultaat van
constructieve interferentie van elektronen in de ruimte tussen de twee
atomen, en de elektrostatische aantrekking van de positieve kernen met
de negatieve lading concentratie tussen ze in. In de afbeelding zijn de
waarschijnlijkheidspuntjes getekend. Nu kun je de constructieve
interferentie bepalen, die positief is tussen de twee nuclei in.
3. Energie point of view
Als twee H-atomen biuj elkaar komen, en de spin van de elektronen zijn tegengesteld, dan kunnen ze
dezelfde ruimte bezetten. Hierdoor is de ∆x groter, waardoor de ∆p kleiner is, en er dus te weinig
impuls is om de bindingsenergie te doorbreken. De energie is uit het systeem geegaan, bij het aangaan
van de binding. Deze energie moet weer toegevoegd worden om de band te doorbreken.
Ion bindingen
Waarom staat natrium eigenlijk aan chloor af?
Natrium en chloor zijn neutraal, het is dus niet “logisch” dat natrium een van zijn
elektronen aan chloor cadeau doet.
Maar dit gebeurt wel, en dat komt doordat bij Natrium de onderliggende schillen vol zijn,
en er nog 1 elektron in zijn eentje een schil bezet. Hierdoor voelt hij daar enkel de
aantrekking van 1 positieve lading. Bij Chloor zitten er 5 elektronen in 3p status, en is er
2
nog een plekje vacant. Hierdoor voelt dat elektron daar de aantrekking van +5. Dit zorgt voor een sterkere
aantrekking dan die van natrium. In de ring zitten vier elektronen, in de gele barbells kunnen er 2, maar zit
er van nature maar 1. Hier kan er dus nog 1 bij!
Partial ionic character of Covalent Bonds
Vaak is het zo dat covalente bindingen ook een soort Ion binding aangaan, het elektron wordt niet geheel
eerlijk gedeeld, vaak zit het toch meer om een van de atomen, om exact dezelfde reden als bij Ion
bindingen.
