Атомске орбитале у чему се састоје, како су оне симболизоване и типови

Тхе атомске орбитале су она подручја атома дефинисана валном функцијом за електроне. Функције таласа су математички изрази добијени из резолуције Шредингерове једначине. Они описују енергетско стање једног или више електрона у простору, као и вероватноћу његовог проналажења.

Овај физички концепт, који хемичари примењују за разумевање везе и периодног система, разматра електрон као талас и честицу у исто време. Дакле, слика соларног система се одбацује, где су електрони планете које ротирају у орбити око језгра или сунца.

Ова застарела визуализација је практична када се илуструју енергетски нивои атома. На пример: круг окружен концентричним прстеном који представљају орбите, и њихови статички електрони. У ствари, то је слика којом се атом уводи дјеци и младима.

Међутим, права атомска структура је превише сложена да би имала приближну слику о њој.

Узимајући у обзир електрон као таласну честицу и решавајући Сцхродингерову диференцијалну једначину за атом водоника (најједноставнији систем од свих), добијени су познати квантни бројеви..

Ови бројеви указују да електрони не могу заузети ниједно место атома, већ само оне који поштују ниво дискретне и квантизоване енергије. Математички израз горе наведеног је познат као вална функција.

Дакле, од атома водоника, процењен је низ енергетских стања којима управљају квантни бројеви. Ова енергетска стања су названа атомске орбитале.

Али, они су само описали где се електрон налази у атому водоника. За друге атоме, полиелектроника, од хелијума па надаље, направљена је орбитална апроксимација. Зашто? Зато што је резолуција Шредингерове једначине за атоме са два или више електрона веома компликована (чак и са тренутном технологијом).

Индек

• 1 Које су атомске орбитале?
  • 1.1 Радијална функција вала
  • 1.2 Функција угаоног таласа
  • 1.3 Вероватноћа проналажења електронске и хемијске везе
• 2 Како су они симболизовани?
• 3 Типови
  • 3.1 Орбитале
  • 3.2 Орбитале стр
  • 3.3 Орбитале д
  • 3.4 Орбитале
• 4 Референце

Шта су атомске орбитале?

Атомске орбитале су таласне функције које се састоје од две компоненте: радијалне и угаоне. Овај математички израз је написан као:

Ψ_нлмл = Р_нл(р) · И_лмл(θφ)

Иако се на први поглед чини компликованим, имајте на уму квантне бројеве н, л и мл Означени су малим словима. То значи да ова три броја описују орбиталу. Р_нл(р), боље познат као радијална функција, зависи од н и л; док И_лмл(θφ), угаона функција, зависи од л и мл.

У математичкој једнаџби постоје и варијабле р, удаљеност до језгра, и θ и φ. Резултат свега овог скупа једначина је физичка репрезентација орбитала. Шта? Она која се види на слици изнад. Постоји низ орбитала које ће бити објашњене у наредним одељцима.

Његови облици и дизајни (не боје) долазе од уцртавања у простору таласних функција и њихових радијалних и угловних компоненти.

Радијална функција вала

Као што се види из једначине, Р_нл(р) много зависи од тога н ас оф л. Затим се радијална функција вала описује главним енергетским нивоом и његовим под-нивоима.

Ако се може узети фотографија електрона без узимања у обзир његовог правца, може се приметити бесконачно мала тачка. Затим, узимајући милионе фотографија, можете детаљно описати како се облак тачака мијења према удаљености од језгра.

На овај начин, густина облака се може упоредити на удаљености и близине језгра. Ако би се иста операција поновила, али са другим енергетским нивоом или под-нивоом, формирао би се други облак који затвара претходни. Између њих је мали простор у којем се електрон никада не налази; то је оно што је познато као радијални чвор.

Такође, у облацима постоје области са већом и нижом електронском густином. Како постају веће и удаљавају се од језгра, имају више радијалних чворова; и такође, удаљеност р где се електрон чешће креће около и вероватније је да ће га пронаћи.

Функција угаоног таласа

Опет, из једначине је познато да је И_лмл(θφ) се углавном описује квантним бројевима л и мл. Овај пут учествује у магнетном квантном броју, па је дефинисан правац електрона у простору; и ова адреса може бити исцртана из математичких једначина које укључују варијабле θ и φ.

Сада, не настављамо да фотографишемо, већ да снимимо видео снимак пута електрона у атому. За разлику од претходног експеримента, непознато је где је тачно електрон, али где иде.

Када се креће, електрон описује више дефинисан облак; у ствари, сферни облик, или један са режњевима, као они који се виде на слици. Тип фигура и њихов правац у простору су описани л и мл.

Постоје региони, близу језгра, где електрон не пролази и фигура нестаје. Такви региони су познати као ангулар нодес.

На пример, ако се посматра прва сферна орбитала, брзо се закључује да је она симетрична у свим правцима; Међутим, то није случај са другим орбиталима, чији облици откривају празне просторе. Они се могу посматрати на почетку картезијанске равни, ау имагинарним равнима између режњева.

Вероватноћа проналажења електронске и хемијске везе

Да би се утврдила права вероватноћа проналажења електрона у орбити, морају се узети у обзир две функције: радијална и угаона. Дакле, није довољно претпоставити угаону компоненту, односно илустровану форму орбитала, већ и како се њена електронска густина мења у односу на удаљеност језгра..

Међутим, зато што адресе (мл) разликовати једну орбиталу од друге, практично је (иако можда није сасвим тачно) узети у обзир само њен облик. На овај начин, опис хемијске везе објашњава се преклапањем ових података.

На пример, упоредна слика три орбитале је приказана горе: 1с, 2с и 3с. Обратите пажњу на његове радијалне чворове. Орбитал 1с нема чвор, док друга два имају један и два чвора.

Када се разматра хемијска веза, лакше је имати на уму само сферни облик ових орбитала. На овај начин, орбита нс се приближава другој, и на даљину р, електрон ће формирати везу са електроном суседног атома. Одавде се појављују неколико теоријских (ТЕВ и ТОМ) који објашњавају ову везу.

Како су они симболизовани?

Атомске орбитале, експлицитно, симболизују се као: нл_мл.

Квантни бројеви заузимају целокупне вредности 0, 1, 2, итд., Али симболизују орбитале само за њих н нумеричка вредност Док за л, цео број замењује се одговарајућим словом (с, п, д, ф); и за мл, варијаблу или математичку формулу (осим за мл= 0).

На пример, за орбиталу 1с: н= 1, с = 0, и мл= 0 Исто важи за све нс орбитале (2с, 3с, 4с, итд.).

Да би симболизовали остатак орбитала, потребно је адресирати њихове типове, сваки са енергетским нивоима и својим карактеристикама.

Типови

Орбиталс

Квантни бројеви л= 0, и мл= 0 (поред својих радијалних и угаоних компоненти) описују орбиталу са сферним обликом. Ово је она која води пирамиду орбитала почетне слике. Такође, као што се види на слици радијалних чворова, може се очекивати да орбите 4с, 5с и 6с имају три, четири и пет чворова..

Одликује их се симетричност, а њихови електрони доживљавају већи ефективни нуклеарни набој. То је зато што њихови електрони могу да продру у унутрашње слојеве и лебде веома близу језгра, што на њих изазива позитивну привлачност.

Дакле, постоји вероватноћа да 3с електрон може да продре у орбиталу 2с и 1с, приближавајући се нуклеусу. Ова чињеница објашњава зашто је атом са сп хибридним орбиталима електронегативнији (са већом тенденцијом да привуче електронску густину суседних атома) него са хибридизацијом сп.³.

Дакле, електрони орбитала су они који највише доживљавају наелектрисање језгра и енергетски су стабилнији. Заједно, они врше заштитни ефекат на електроне других под-нивоа или орбитале; то јест, они умањују стварни нуклеарни набој З који су искусили највећи спољни електрони.

Орбиталс п

П орбитале поседују квантне бројеве л= 1, и са вредностима мл= -1, 0, +1. То јест, електрон у овим орбиталима може да има три правца, која су представљена као жуте бучице (према слици изнад)..

Имајте на уму да је свака бућица постављена дуж картезијанске осе к, и и з. Дакле, та орбитална п, која се налази на к оси, означена је као п_к; онај на и-оси, стр_и; и ако показује окомито на равнину ки, тј. на з оси, тада је п_з.

Све орбитале су окомите једна на другу, тј. Оне формирају угао од 90º. Такође, угловна функција нестаје у нуклеусу (порекло картезијанске осе), а постоји само вероватноћа да се електрон пронађе унутар режњева (чија електронска густина зависи од радијалне функције)..

Лош заштитни ефекат

Електрони ових орбитала не могу да продиру у унутрашње слојеве са истом лакоћом као у орбитале. Поредећи њихове форме, чини се да су п орбитале ближе језгру; међутим, нс електрони се најчешће налазе око језгра.

Шта је последица горе наведеног? Да један НП електрон има мање ефективно нуклеарно наелектрисање. Осим тога, потоње је додатно смањено ефектом скрининга с орбитала. Ово објашњава, на пример, зашто атом са хибридном орбиталном сп³ мање је електронегативан него са сп орбиталима² ор сп.

Такође је важно напоменути да свака бућица има угаону нодалну раван, али нема радијални чвор (2п орбитале ништа друго). Односно, ако би била исечена, унутар ње не би било слојева као код орбите 2с; али из орбите 3п даље, радијални чворови би почели да се посматрају.

Ови угаони чворови су одговорни за чињеницу да најудаљенији електрони имају слаб ефекат заштите. На пример, 2с електрони штите оне од 2п орбитала у већем степену од 2п електрона до оних из 3с орбитала.

Пк, Пи и Пз

Од вредности мл су -1, 0 и +1, сваки представља Пк, Пи или Пз орбиталу. Укупно, могу да приме шест електрона (два за сваку орбиту). Ова чињеница је кључна за разумевање електронске конфигурације, периодног система и елемената који чине такозвани блок п.

Орбиталс

Д орбитале имају вредности л= 2, и мл= -2, -1, 0, +1, +2. Постоји, дакле, пет орбитала способних да држе укупно десет електрона. Пет угаоних функција д орбитала представљене су на слици изнад.

Прве, 3д орбитале, немају радијалне чворове, већ све остале, осим орбите д_з2, имају два чворишта; не на равни слике, јер оне само показују у које оси су наранџасти режњеви постављени са облицима листова детелине. Две нодалне равни су оне које раздвајају окомито на сиву раван.

Њихове форме чине их још мање ефикасним у заштити ефективног нуклеарног оптерећења. Зашто? Зато што имају више чворова, помоћу којих нуклеус може привући спољне електроне.

Дакле, све д орбитале доприносе повећању атомских полупречника мање израженим из једног енергетског нивоа у други.

Орбиталс

Коначно, ф орбитале имају квантни број са вредностима л= 3, и мл= -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. Постоји седам ф орбитала, за укупно четрнаест електрона. Ове орбитале почињу да се добијају из периода 6, симболизоване површно као 4ф.

Свака од угаоних функција представља режњеве са замршеним облицима и неколико чворовних равни. Зато они још мање штите спољне електроне и овај феномен објашњава оно што је познато контракција лантанида.

Из тог разлога за тешке атоме не постоји изражена варијација њихових атомских полупречника на нивоу н на друго н + 1 (6н то 7н, на пример). До данас, 5ф орбитале су последње пронађене у природним или вештачким атомима.

Имајући све ово на уму, понор се отвара између онога што се зове орбита и орбитала. Иако су дословно слични, у стварности су веома различити.

Концепт атомске орбите и орбитални приступ омогућили су објашњење хемијске везе и како то на овај или онај начин може утицати на молекуларну структуру..

Референце

1. Схивер & Аткинс. (2008). Неорганска хемија (Четврто издање, страна 13-8). Мц Грав Хилл.
2. Харри Б. Граи. (1965). Електрони и хемијска везивања. В.А. Нев Иорк.
3. Куимитубе (с.ф.). Атомске орбитале и квантни бројеви. Преузето са: куимитубе.цом
4. Схип Ц. Р. (2016). Висуализинг Елецтрон Орбиталс. Преузето са: хиперпхисицс.пхи-астр.гсу.еду
5. Цларк Ј. (2012). Атомиц Орбиталс. Преузето са: цхемгуиде.цо.ук
6. Куантум талес (26. август 2011). Атомске орбитале, лажи из средње школе. Опорављено од: цуентос-цуантицос.цом