Atominės orbitos, kurias jie sudaro, kaip jie simbolizuojami ir tipai

The atominės orbitos yra tie atomo regionai, kuriuos nustato bangų funkcija elektronams. Bangos funkcijos yra matematinės išraiškos, gautos iš Schrödinger lygties. Tai apibūdina vienos ar kelių elektronų energijos būklę erdvėje, taip pat tikimybę ją rasti.

Ši fizinė koncepcija, kurią chemikai taiko sąsajai ir periodinei stalai suprasti, elektroną laiko banga ir dalelė tuo pačiu metu. Todėl saulės sistemos vaizdas yra atmestas, kur elektronai yra planetos, besisukančios orbitoje aplink branduolį ar saulę..

Šis pasenęs vizualizavimas yra praktiškas, kai iliustruojamas atomo energijos lygis. Pavyzdžiui: apskritimas, apsuptas koncentrinių žiedų, vaizduojančių orbitus, ir jų statiniai elektronai. Tiesą sakant, tai atvaizdas, kuriuo atomas pristatomas vaikams ir jaunimui.

Tačiau tikroji atominė struktūra yra pernelyg sudėtinga, kad netgi būtų galima apytiksliai jį atvaizduoti.

Atsižvelgiant į tai, kaip elektroną, kaip bangų dalelę, ir sprendžiant Schrödinger diferencialinę lygtį vandenilio atomai (paprasčiausia sistema), buvo gauti žinomi kvantiniai skaičiai.

Šie skaičiai rodo, kad elektronai negali užimti jokios atomo vietos, bet tik tie, kurie paklūsta diskretiškos ir kvantinės energijos lygiui. Matematinė aukščiau minėta išraiška yra žinoma kaip bangų funkcija.

Taigi, iš vandenilio atomo, buvo apskaičiuota daugybė energetinių būsenų, reguliuojamų kvantiniais skaičiais. Šios energijos valstybės buvo pavadintos atominėmis orbitomis.

Tačiau šie apibūdino tik elektrono buvimo vietą vandenilio atomo vietoje. Kitiems atomams, polielektronikai, nuo helio, buvo atliktas orbitinis apytikslis. Kodėl? Kadangi Schrödinger lygties atomai su dviem ar daugiau elektronų yra labai sudėtinga (net ir esant dabartinei technologijai).

Indeksas

• 1 Kas yra atominės orbitos?
  • 1.1 Radialinės bangos funkcija
  • 1.2 Kampinės bangos funkcija
  • 1.3 Tikimybė rasti elektroną ir cheminę jungtį
• 2 Kaip jie simbolizuojami?
• 3 tipai
  • 3.1 Orbitos
  • 3.2 Orbitos p
  • 3.3 Orbitos d
  • 3.4 Orbitos
• 4 Nuorodos

Kas yra atominės orbitos?

Atominės orbitos yra bangų funkcijos, susidedančios iš dviejų komponentų: radialinio ir kampinio. Ši matematinė išraiška parašyta kaip:

Ψ_nlml = R_nl(r) · Y_lml(θφ)

Nors iš pradžių tai gali atrodyti sudėtinga, atkreipkite dėmesį, kad kvantiniai skaičiai n, l ir ml Jie pažymėti mažomis raidėmis. Tai reiškia, kad šie trys numeriai apibūdina orbitą. R_nl(r), geriau žinomas kaip radialinė funkcija, priklauso nuo n ir l; o Y_lml(θφ), priklauso nuo kampinės funkcijos l ir ml.

Matematinėje lygtyje taip pat yra kintamųjų r, atstumas iki branduolio, ir θ ir φ. Visų šios lygčių grupės rezultatas yra fizinis orbitų pavaizdavimas. Ką? Tai, kas matoma aukščiau esančiame paveikslėlyje. Yra keletas orbitų, kurios bus paaiškintos tolesniuose skyriuose.

Jo formos ir dizainas (o ne spalvos) atsiranda braižant erdvėje bangų funkcijas ir jų radialinius ir kampinius komponentus.

Radialinės bangos funkcija

Kaip matyti iš lygties, R_nl(r) labai priklauso nuo to n nuo l. Tada radialinės bangos funkciją apibūdina pagrindinis energijos lygis ir jo lygiai.

Jei būtų galima fotografuoti elektroną, neatsižvelgiant į jo kryptį, galėjo būti stebimas begalinis taškas. Tada, pasitelkę milijonus nuotraukų, galite išsamiai aprašyti, kaip taško debesys pasikeičia, atsižvelgiant į atstumą iki branduolio.

Tokiu būdu debesų tankį galima palyginti atstumu ir branduolio artumu. Jei ta pati operacija būtų pakartota, bet su kitu energijos lygiu ar lygiu, būtų sukurtas kitas debesis, kuris apimtų ankstesnį. Tarp šių dviejų yra maža erdvė, kurioje elektronas niekada nėra; tai yra žinoma kaip radialinis mazgas.

Be to, debesyse yra aukštesnio ir mažesnio elektroninio tankio regionai. Kai jie tampa didesni ir nueina toliau nuo branduolio, jie turi daugiau radialinių mazgų; ir taip pat atstumas r kur elektronas eina aplink dažniau ir dažniau jį suranda.

Kampinės bangos funkcija

Vėlgi, iš lygties yra žinoma, kad Y_lml(θφ) daugiausia apibūdinami kvantiniais skaičiais l ir ml. Šį kartą jis dalyvauja magnetiniame kvantiniame numeryje, todėl nustatoma elektrono kryptis erdvėje; ir šis adresas gali būti sudarytas iš matematinių lygčių, kurios apima kintamuosius θ ir φ.

Dabar mes nenorime fotografuoti, o įrašyti vaizdo įrašą apie elektrono kelią atome. Skirtingai nuo ankstesnio eksperimento, nežinoma, kur tiksliai yra elektronas, bet kur jis vyksta.

Judant elektronas apibūdina labiau apibrėžtą debesį; iš tikrųjų, sferinė forma, arba viena su skiltelėmis, kaip ir vaizde. Skaičių tipą ir jų kryptį erdvėje apibūdina l ir ml.

Yra regionų, esančių netoli branduolio, kur elektronas neperkrauna, o skaičius išnyksta. Tokie regionai yra žinomi kaip kampiniai mazgai.

Pavyzdžiui, jei pastebima pirmoji sferinė orbita, greitai daroma išvada, kad ji yra simetriška visomis kryptimis; Tačiau tai nėra kitų orbitų atveju, kurių formos atskleidžia tuščias erdves. Tai galima pastebėti Dekarto plokštumos pradžioje ir įsivaizduojamose plokštumose tarp skilčių.

Tikimybė rasti elektroną ir cheminę jungtį

Siekiant nustatyti tikrąją tikimybę surasti elektroną orbitoje, reikia atsižvelgti į šias dvi funkcijas: radialinę ir kampinę. Todėl nepakanka prisiimti kampinį komponentą, ty iliustruotą orbitų formą, bet taip pat, kaip keičiasi jo elektroninis tankis, atsižvelgiant į branduolio atstumą..

Tačiau, kadangi adresai (ml) išskirti vieną orbitą nuo kito, yra praktiška (nors galbūt ne visiškai teisinga) apsvarstyti tik jos formą. Tokiu būdu cheminių ryšių aprašymas paaiškinamas šių skaičių sutapimu.

Pavyzdžiui, aukščiau parodyta trijų orbitų lyginamoji nuotrauka: 1s, 2s ir 3s. Atkreipkite dėmesį į jo radialinius mazgus viduje. 1s orbitoje nėra mazgo, o kiti du - vienas ir du mazgai.

Aptariant cheminę jungtį, lengviau nepamiršti tik sferinės šių orbitų formos. Tokiu būdu „ns“ orbitai artėja prie kito ir tolimojo atstumo r, elektronas sudarys ryšį su kaimyninio atomo elektronu. Iš čia atsiranda keletas teorinių (TEV ir TOM), kurios paaiškina šią nuorodą.

Kaip jie simbolizuojami?

Atominės orbitos yra aiškiai simbolizuojamos kaip: nl_ml.

Kvantiniai skaičiai užima visas vertes 0, 1, 2 ir tt, tačiau tik orbitoms simbolizuoti n skaitinė vertė Nors l, visas skaičius pakeičiamas atitinkama raide (s, p, d, f); ir už ml, kintamoji arba matematinė formulė (išskyrus ml= 0).

Pavyzdžiui, 1s orbitoje: n= 1, s = 0 ir ml= 0 Tas pats pasakytina ir apie visas ns orbitales (2s, 3s, 4s ir tt).

Norint simbolizuoti likusias orbitales, būtina spręsti jų tipus, kurių kiekvienas turi energijos lygį ir savybes.

Tipai

Orbitos

Kvantiniai skaičiai l= 0, ir ml= 0 (be jo radialinių ir kampinių komponentų) apibūdina orbitą su sferine forma. Tai yra tas, kuris vadovauja pradinio vaizdo orbitų piramidę. Be to, kaip matyti iš radialinių mazgų įvaizdžio, galima tikėtis, kad 4s, 5s ir 6s orbitose yra trys, keturi ir penki mazgai..

Jiems būdingas simetriškumas ir jų elektronai patiria didesnį efektyvų branduolinį krūvį. Taip yra todėl, kad jų elektronai gali prasiskverbti į vidinius sluoksnius ir pasislinkti labai arti branduolio, kuris jiems daro teigiamą patrauklumą.

Todėl yra tikimybė, kad 3s elektronas gali prasiskverbti į 2s ir 1s orbitą, artėdamas prie branduolio. Šis faktas paaiškina, kodėl atomas, turintis hibridinių orbitų, yra labiau elektroninis (turintis didesnę tendenciją pritraukti kaimyninių atomų elektroninį tankį), nei su hibridizacija.³.

Taigi, orbitų elektronai yra tie, kurie labiausiai patiria branduolio krūvį ir yra energetiškai stabilesni. Kartu jie daro ekranavimo efektą kitų sub-lygių arba orbitų elektronams; tai yra, jie mažina tikrąjį branduolinį krūvį Z, patiriamą išorinių elektronų.

Orbitos p

P orbituose yra kvantiniai skaičiai l= 1 ir reikšmėmis ml= -1, 0, +1. Tai reiškia, kad šiuose orbituose esantis elektronas gali būti trijų krypčių, kurios yra pateiktos kaip geltoni svarmenys (pagal aukščiau esantį paveikslėlį).

Atkreipkite dėmesį, kad kiekvienas hantelis yra išdėstytas palei Dekarto ašį x, ir ir z. Todėl, kad orbita p, esanti x ašyje, žymima kaip p_x; y ašyje, p_ir; ir jei jis nukreipiamas statmenai xy plokštumai, ty z ašyje, tada jis yra p_z.

Visos orbitos yra statmenos viena kitai, ty jos sudaro 90 ° kampą. Be to, kampinė funkcija dingsta branduolyje (Dekarto ašies kilmė), ir tik tikimybė rasti elektroną skilčių viduje (kurio elektronų tankis priklauso nuo radialinės funkcijos).

Prastas ekranavimo efektas

Šių orbitonų elektronai negali įsiskverbti į vidinius sluoksnius taip pat lengvai, kaip ir orbitų. Lyginant jų formas, p orbitos, atrodo, yra arčiau branduolio; tačiau ns elektronai dažniausiai randami aplink branduolį.

Kokia yra pirmiau minėta pasekmė? Kad NP elektronas patiria mažesnį efektyvų branduolinį mokestį. Be to, pastarąjį dar labiau mažina s orbitalių atrankos efektas. Tai paaiškina, pavyzdžiui, kodėl atomas su hibridiniu orbitiniu sp³ ji yra mažiau elektronegatyvi nei su sp orbitalais² arba sp.

Taip pat svarbu pažymėti, kad kiekviename hantelyje yra kampinis mazgas, bet nėra radialinio mazgo (2p orbitų nieko daugiau). Tai reiškia, kad, jei jis būtų supjaustytas, jo viduje nebūtų tokių sluoksnių kaip 2s orbitoje; bet nuo 3p orbitos pradžios būtų stebimi radialiniai mazgai.

Šie kampiniai mazgai yra atsakingi už tai, kad atokiausi elektronai patiria prastą ekranavimo efektą. Pavyzdžiui, 2s elektronai labiau apsaugo 2p orbitų, o ne 2p elektronų, tuos, kurie yra 3s orbitalių..

Px, Py ir Pz

Nuo ml yra -1, 0 ir +1, kiekvienas iš jų reiškia Px, Py arba Pz orbitą. Iš viso jie gali talpinti šešis elektronus (du kiekvienam orbitui). Šis faktas yra labai svarbus siekiant suprasti elektroninę konfigūraciją, periodinę lentelę ir elementus, kurie sudaro vadinamąjį bloką p.

Orbitos

D orbitalių reikšmės yra l= 2, ir ml= -2, -1, 0, +1, +2. Todėl yra penkios orbitos, galinčios laikyti dešimt elektronų. D 5 orbitalių kampinės funkcijos yra pateiktos aukščiau esančiame paveikslėlyje.

Pirmieji, 3d orbitai, neturi radialinių mazgų, bet visi kiti, išskyrus orbitą_z2, turėti dvi mazgus: ne atvaizdo plokštumos, nes jos tik parodo, kuriose ašyse apelsinų skiltelės yra su dobilų lapų formomis. Abi mazginės plokštumos yra tos, kurios yra statmenos pilkai plokštumai.

Jų formos tampa dar mažiau veiksmingos apsaugant efektyvią branduolinę apkrovą. Kodėl? Nes jie turi daugiau mazgų, kuriais branduolys gali pritraukti išorinius elektronus.

Todėl visos d orbitos prisideda prie atominių spindulių padidėjimo, kuris yra mažiau ryškus nuo vieno energijos lygio į kitą.

Orbitos

Galiausiai, f orbitaliuose yra kvantinis skaičius, kurio reikšmės yra l= 3, ir ml= -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. Iš viso yra keturiolika elektronų. Šios orbitos pradeda būti prieinamos nuo 6 metų, simbolizuotos paviršutiniškai kaip 4f.

Kiekviena iš kampinių funkcijų yra skiltelės su sudėtingomis formomis ir keliomis mazginėmis plokštumomis. Todėl jie apsaugo dar mažiau išorinių elektronų ir šis reiškinys paaiškina tai, kas vadinama lantanido susitraukimas.

Dėl šios priežasties sunkiųjų atomų atžvilgiu nėra ryškių jų atominių spindulių skirtumų n į kitą n + 1 (Pvz., Nuo 6 iki 7n). Iki šiol 5f orbitos yra paskutinės natūralių ar dirbtinių atomų.

Turint tai omenyje, abejonė atsiveria tarp orbitos ir orbitų. Tiesa sakant, kad jie yra panašūs, iš tikrųjų jie yra labai skirtingi.

Atominės orbitos ir orbitos metodo samprata leido paaiškinti cheminę jungtį ir kaip tai vienaip ar kitaip gali paveikti molekulinę struktūrą..

Nuorodos

1. Shiver & Atkins. (2008). Neorganinė chemija (Ketvirtasis leidimas, 13-8 psl.). Mc Graw kalnas.
2. Haris B. Gray. (1965). Elektronai ir cheminis rišimas. W.A. Benjamin, Inc. Niujorkas.
3. „Quimitube“ (s.f.). Atominės orbitos ir kvantiniai skaičiai. Gauta iš: quimitube.com
4. Laivas C. R. (2016). Elektroninių orbitų vizualizavimas. Gauta iš: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Clark J. (2012). Atominės orbitos. Gauta iš: chemguide.co.uk
6. Kvantinės pasakos (2011 m. Rugpjūčio 26 d.). Atominės orbitalės, vidurinės mokyklos melas. Susigrąžinta iš: cuentos-cuanticos.com