אטומי אורביטלים במה הם מורכבים, איך הם מסמלים וסוג

ה אטומי אורביטלים הם אותם אזורים של אטום המוגדרים על ידי פונקציית גל עבור אלקטרונים. פונקציות גל הן ביטויים מתמטיים המתקבלים מהרזולוציה של משוואת שרדינגר. אלה מתארים את מצב האנרגיה של אחד או יותר electrons בחלל, כמו גם את ההסתברות למצוא אותו.

תפיסה פיזית זו, המיושמת על ידי כימאים להבנת הקישור והטבלה המחזורית, מתייחסת לאלקטרון כאל גל וחלקיק בעת ובעונה אחת. לכן, הדימוי של מערכת השמש הוא נמחק, שבו האלקטרונים הם כוכבי לכת מסתובבים במסלולים סביב הגרעין או את השמש.

זה להדמיה מיושן הוא מעשי כאשר ממחיש את רמות האנרגיה של האטום. לדוגמה: מעגל מוקף טבעות קונצנטריות המייצגות את המסלולים, ואת האלקטרונים סטטי שלהם. למעשה, זו התמונה שבה האטום הוא הציג לילדים ובני נוער.

עם זאת, המבנה האטומי האמיתי מורכב מדי אפילו כדי לקבל תמונה משוערת של זה.

בהתחשב אז האלקטרון כמו חלקיק גלים, ופתרון משוואה דיפרנציאלית של שרדינגר עבור אטום מימן (המערכת הפשוטה ביותר של כל), את מספרי הקוונטים המפורסם הושגו.

מספרים אלה מצביעים על כך שהאלקטרונים אינם יכולים לתפוס מקום אטומי כלשהו, ​​אלא רק את אלה שמצייתים לרמה של אנרגיה דיסקרטית וממוצעת. הביטוי המתמטי של האמור לעיל נקרא פונקצית גל.

לפיכך, מתוך אטום מימן, סדרה של מדינות אנרגטיות נשלט על ידי מספרים קוונטיים נאמדו. מצבי אנרגיה אלה נקראו אורביטלים אטומיים.

אבל, אלה רק תיאר את מקום הימצאותו של אלקטרון באטום מימן. עבור אטומים אחרים, polyelectronics, מן הליום ואילך, קירוב אורביאלי נעשה. למה? בגלל הרזולוציה של משוואת שרדינגר עבור אטומים עם שניים או יותר electrons הוא מאוד מסובך (אפילו עם הטכנולוגיה הנוכחית).

אינדקס

• מה הם האורביטלים האטומיים?
  • 1.1 פונקצית גל רדיאלי
  • 1.2 פונקציית גל זוויתי
  • 1.3 הסתברות למציאת הקשר האלקטרוני והכימי
• 2 איך הם מסמלים?
• 3 סוגים
  • 3.1 אורביטלים
  • 3.2 אורביטלים עמ '
  • 3.3 אורביטלים ד
  • 3.4 אורביטלים
• 4 הפניות

מה הם האורביטלים האטומיים?

אורביטלים אטומיים הם פונקציות גל המורכבות משני מרכיבים: אחד רדיאלי, ואחד זוויתי. ביטוי מתמטי זה נכתב כך:

Ψ_nlml = R_nl(י) Y_lml(φφ)

למרות שזה אולי נראה מסובך בהתחלה, לציין כי מספרים קוונטיים n, l ו mg הם מסומנים באותיות קטנות. משמעות הדבר היא כי אלה שלושה מספרים לתאר את מסלולית. R_nl(r), הידועה יותר כפונקציה הרדיאלית, תלויה n ו l; בעוד Y_lml(φφ), פונקציה זוויתית, תלוי l ו mg.

במשוואה המתמטית יש גם את המשתנים r, המרחק לגרעין, ו- θ ו- φ. התוצאה של כל סדרה זו של משוואות היא ייצוג פיזי של האורביטלים. מה? זה נראה בתמונה לעיל. יש סדרה של אורביטלים שיוסברו בסעיפים הבאים.

הצורות שלה ועיצובים (לא צבעים) באים מתווי שטח בחלל פונקציות גל ומרכיבים רדיאליים זוויתי שלהם.

פונקציית גל רדיאלי

כפי שנראה במשוואה, R_nl(r) זה תלוי כל כך הרבה n כמו l. לאחר מכן, פונקציית הגל הרדיאלי מתוארת על ידי רמת האנרגיה העיקרית ורמות המשנה שלה.

אם צילום יכול לקחת את האלקטרון מבלי לקחת בחשבון את הכיוון שלו, נקודה קטנה עד אין קץ ניתן לצפות. לאחר מכן, אם ניקח מיליוני תמונות, תוכל לפרט כיצד ענן הנקודה משתנה בהתאם למרחק אל הגרעין.

בדרך זו, ניתן להשוות את צפיפות הענן במרחקים ובקרבה של הגרעין. אם אותה פעולה חוזרת על עצמה, אך עם רמת אנרגיה נוספת או תת-רמה, נוצר ענן נוסף המקיף את הקוד הקודם. בין השניים יש מקום קטן שבו האלקטרון אינו נמצא כלל; זה מה שמכונה צומת רדיאלי.

כמו כן, בעננים יש אזורים עם צפיפות אלקטרונית גבוהה יותר. כאשר הם גדלים ומתרחקים מהגרעין, יש להם צמתים רדיאליים יותר; וגם, מרחק ייצור שבו האלקטרון מסתובב בתדירות גבוהה יותר וסביר יותר שימצא אותו.

פונקציית גל זוויתי

שוב, מן המשוואה זה ידוע כי Y_lml(φφ) מתואר בעיקר על ידי מספרים קוונטיים l ו mg. הפעם הוא משתתף במספר הקוונטי המגנטי, ולכן, כיוון האלקטרון בחלל מוגדר; ואת כתובת זו ניתן למנות מן המשוואות המתמטיות הכוללות את המשתנים θ ו φ.

עכשיו, אנחנו לא ממשיכים לצלם, אבל כדי להקליט וידאו של הנתיב של האלקטרון באטום. שלא כמו הניסוי הקודם, לא ידוע היכן בדיוק האלקטרון, אבל לאן הוא הולך.

כאשר זז, האלקטרון מתאר ענן מוגדר יותר; למעשה, צורה כדורית, או אחת עם אונות, כמו אלה שנראו בתמונה. סוג הדמויות והכיוון שלהן בחלל מתוארות על ידי l ו mg.

ישנם אזורים, קרוב לגרעין, שבו האלקטרון אינו עובר והדמות נעלמת. אזורים כאלה ידועים צמתים זוויתיים.

לדוגמה, אם המסלול כדורית הראשון הוא ציין, הוא סיכם במהירות כי הוא סימטרי לכל הכיוונים; עם זאת, זה לא המקרה עם שאר אורביטלים, אשר צורות חושפים חללים ריקים. אלה ניתן לראות את המקור של המטוס קרטזית, ועל המטוסים הדמיוניים בין האונות.

הסתברות למצוא את האלקטרון ואת הקשר הכימי

כדי לקבוע את ההסתברות האמיתית למציאת אלקטרון בחלל, יש לשקול את שתי הפונקציות: רדיאלי וזוויתי. לכן, אין זה מספיק להניח את הרכיב הזוויתי, כלומר את הצורה המאופיינת של האורביטלים, אלא גם את הצפיפות האלקטרונית שלו ביחס למרחק הגרעין..

עם זאת, בגלל כתובות (mg) להבחין בין מסלול אחד למשנהו, זה מעשי (אם כי אולי לא לגמרי נכון) לשקול רק את צורתו. בדרך זו, תיאור הקשר הכימי מוסבר בחפיפה בין נתונים אלה.

לדוגמה, תמונה השוואתית של שלושה Orbitals מוצג לעיל: 1s, 2s ו 3s. שימו לב לצמתים הרדיאליים שבפנים. 1s מסלולית חסר צומת, בעוד שני האחרים יש אחד ושניים צמתים.

כאשר בוחנים קשר כימי, קל יותר לזכור רק את הצורה הכדורית של האורביטלים האלה. בדרך זו, האורביטל של ה- n מתקרב אל האחר, וממרחק ייצור, האלקטרון יהווה קשר עם האלקטרון של האטום השכן. מכאן להתעורר מספר תיאורטית (TEV ו- TOM) המסבירים את הקישור הזה.

איך הם מסמלים?

האטומים האטומיים, במפורש, מסומלים כ: nl_mg.

המספרים הקוונטיים לוקחים ערכים שלמים 0, 1, 2, וכו ', אבל כדי לסמל את האורביטלים רק זה נשאר n ערך מספרי בעוד l, כל המספר מוחלף באותיות המתאימות (s, p, d, f); עבור mg, משתנה או נוסחה מתמטית (למעט mg= 0).

לדוגמה, עבור מסלול 1S: n= 1, s = 0 ו- mg= 0 כנ"ל לגבי כל ns אורביטלים (2s, 3s, 4s, וכו ').

כדי לסמל את שאר האורביטלים, יש צורך לטפל בסוג שלהם, כל אחד עם רמות האנרגיה ואת המאפיינים שלה.

סוגים

אורביטלים

המספרים הקוונטיים l= 0, ו mg0 = (בנוסף לרכיבים הרדיאליים והזוויתיים שלו) מתארים מסלול בעל צורה כדורית. זהו זה העומד בראש פירמידה של אורביטלים של התמונה הראשונית. כמו כן, כפי שניתן לראות בתמונה של הצמתים הרדיאליים, ניתן לצפות כי 4, 5s ו 6s אורביטלים יש שלושה, ארבעה וחמישה צמתים.

הם מתאפיינים בכך שהם סימטריים והאלקטרונים שלהם חווים מטען גרעיני יעיל יותר. הסיבה לכך היא כי האלקטרונים שלהם יכולים לחדור שכבות פנימיות לרחף קרוב מאוד לגרעין, אשר מפעיל משיכה חיובית עליהם.

לכן, קיימת הסתברות שאלקטרון 3 יכול לחדור למסלול 2s 1s, המתקרב לגרעין. עובדה זו מסבירה מדוע אטום עם אורביטלים היברידיים של SP, הוא יותר electronegative (עם נטייה גדולה יותר למשוך צפיפות אלקטרונית של האטומים השכנים שלה) מאשר עם הכלאה sp.³.

לפיכך, האלקטרונים של האורביטלים הם אלה שרובם חווים את המטען של הגרעין והם יציבים יותר מבחינה אנרגטית. יחד, הם מפעילים השפעה מסוככת על האלקטרונים של תת-רמות או אורביטלים אחרים; כלומר, הם להפחית את המטען הגרעיני האמיתי Z מנוסים על ידי האלקטרונים החיצוניים ביותר.

אורביטלים עמ '

P האורביטלים יש את מספרי הקוונטים l= 1, ועם ערכים של mg= -1, 0, +1. כלומר, אלקטרון באורטביטלים אלה יכול לקחת שלושה כיוונים, אשר מיוצגים כמו משקולות צהוב (על פי התמונה לעיל).

שים לב כי כל משקולת ממוקמת לאורך ציר קרטזית x, ו ו z. לכן, זה p מסלולית הממוקם על ציר x, מסומן כ p_x; האחד על ציר y, עמ '_ו; ואם הוא מצביע באופן ניצב על המטוס xy, כלומר, על ציר z, אז p_z.

כל האורביטלים ניצבים זה לזה, כלומר, הם יוצרים זווית של 90 מעלות. כמו כן, הפונקציה הזוויתית נעלמת בגרעין (מקור הציר הקרטזי), ויש רק את ההסתברות למצוא את האלקטרון בתוך האונות (שצפיפות האלקטרונים שלהם תלויה בתפקוד הרדיאלי).

השפעה מסוכנת

האלקטרונים של האורביטלים הללו אינם יכולים לחדור לשכבות פנימיות באותה קלות כמו זו של האורביטלים. השוואת הטפסים שלהם, האורביטלים p נראה קרוב יותר לגרעין; עם זאת, ns electrons נמצאים בתדירות הגבוהה ביותר סביב הגרעין.

מהי התוצאה של האמור לעיל? כי אלקטרון NP חווה תשלום גרעיני יעיל יותר. בנוסף, האחרון הוא מופחת עוד יותר על ידי אפקט ההקרנה של אורביטלים זה. זה מסביר, למשל, מדוע אטום עם היברידית sp spital³ זה פחות electronegative מאשר עם אורביטלים sp² או sp.

חשוב גם לציין כי כל משקולת יש מטוס צלע זוויתי, אבל לא הצומת רדיאלי (2p אורביטלים שום דבר אחר). כלומר, אם זה היה פרוס, בתוכו לא יהיו שכבות כמו עם מסלול 2; אבל מן 3p מסלולית ואילך, בלוטות רדיאלי יתחילו להיות שנצפו.

אלה הצמתים הזוויתיים אחראים לכך שהאלקטרונים החיצוניים חווים אפקט הגנה מסוכך. לדוגמה, 2s אלקטרונים להגן על אלה של אורביטלים 2p במידה רבה יותר מאשר 2p אלקטרונים לאלה של 3s אורביטלים.

Px, Py ו Pz

מאז ערכי mg הם -1, 0 ו +1, כל אחד מייצג PX, Py או Pz מסלולית. בסך הכל, הם יכולים להכיל שישה אלקטרונים (שניים עבור כל מסלול). עובדה זו היא חיונית להבנת תצורה אלקטרונית, טבלה מחזורית, ואת האלמנטים המרכיבים את מה שנקרא בלוק p.

אורביטלים

לדורביטלים d יש ערכים של l= 2, ו mg= -2, -1, 0, +1, +2. יש לכן חמישה Orbitals מסוגל להחזיק עשרה אלקטרונים בסך הכל. חמשת הפונקציות הזוויתיות של האורביטלים d מיוצגות בתמונה לעיל.

ראשונים, אורביטלים 3D, חסרים צמתים רדיאליים, אבל כל האחרים, למעט d מסלולית_z2, יש שני מטוסים; לא את המטוסים של התמונה, כי אלה רק להראות שבו צירים האונות הכתומות ממוקמים עם צורות של עלים תלתן. שני המטוסים המהנהניים הם אלה החוצים זה את זה למטוס האפור.

הצורות שלהם הופכות אותם אפילו פחות יעיל להגנה על העומס הגרעיני יעיל. למה? כי יש להם יותר צמתים, שבו הגרעין יכול למשוך אלקטרונים חיצוניים.

לכן, כל d אורביטלים לתרום לעלייה רדיום אטומי להיות בולט פחות מרמת אנרגיה אחת לאחרת.

אורביטלים

לבסוף, ל- F האורביטלים יש מספר קוונטי עם ערכים של l= 3 ו mg= 3,000, -2, -1, 0, +1, +2, +3. ישנם שבעה F אירוביטלים, עבור סך של ארבעה עשר אלקטרונים. אורביטלים אלה מתחילים להיות זמינים מתוך תקופה 6, מסומנת באופן שטחי כמו 4F.

כל אחת מהפונקציות הזוויתיות מייצגת אונות עם צורות מורכבות ומספר מטוסי ראש. לכן, הם מגינים אפילו פחות אלקטרונים חיצוניים תופעה זו מסבירה מה ידוע התכווצות lanthanide.

מסיבה זו אטומים כבדים אין וריאציה מובהקת של רדיוס האטום שלהם ברמה n למשנהו n + 1 (6n ל 7n, למשל). עד כה, 5F אורביטלים הם האחרון נמצא אטומים טבעיים או מלאכותיים.

עם כל זה בחשבון, התהום נפתחת בין מה שמכונה מסלול לבין האורביטלים. למרות מילה במילה הם דומים, במציאות הם שונים מאוד.

התפיסה של מסלול האטום והגישה האורביטלית אפשרה הסברים לקשר הכימי, וכיצד זה יכול, בדרך זו או אחרת, להשפיע על המבנה המולקולרי.

הפניות

1. צמרמורת & אטקינס. (2008). כימיה אנאורגנית (מהדורה רביעית, עמ '13-8). מק גרב היל.
2. הארי גריי. (1965). אלקטרונים מליטה כימית. W.A. בנימין, ניו יורק.
3. קווימיטוב (s.f.). אטומי אורביטלים ומספרים קוונטיים. מקור: quimitube.com
4. ספינה ר '(2016). ויזואליזציה אלקטרונים אורביטלים. מקור: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. קלארק ג '(2012). אטומי אורביטלים. מקור: chemguide.co.uk
6. סיפורים קוונטיים (26 באוגוסט 2011). אטומי אורביטלים, שקר בתיכון. שוחזר מ: cuentos-cuanticos.com