מה הם אורביטלים מנוונים?

ה ניוון אורביטלים הם כולם אלה באותה רמה של אנרגיה. על פי הגדרה זו, הם חייבים להיות באותו מספר קוונטי הראשי n. לפיכך, האורביטלים 2s ו 2p הם מנוונים, שכן הם שייכים רמת האנרגיה 2. עם זאת, ידוע כי הפונקציות שלהם של זוויתית זוויתית וגלים שונים.

כמו הערכים של n, האלקטרונים מתחילים לכבוש תת-רמות אחרות של אנרגיה, כגון האורביטלים d ו- f. לכל אורביטלים אלה יש מאפיינים משלהם, אשר במבט ראשון הם נצפו צורות זוויתי שלהם; אלה הם כדורי (כדור), משקולת (p), trfoil (ד) ו globular (ו) דמויות.

ביניהם, יש הבדל אנרגיה, אפילו שייך באותה רמה n.

לדוגמה, התמונה העליונה מראה ערכת אנרגיה עם האורביטלים שנכבשו על ידי אלקטרונים לא מזויפים (מקרה לא תקין). ניתן לראות כי כל יציבה ביותר (האנרגיה הנמוכה ביותר) הוא ns מסלולית (1s, 2, ...), בעוד nf הבלתי יציבה ביותר (האנרגיה הגבוהה ביותר).

אינדקס

• 1 ניוון אורביטלים של אטום מבודד
  • 1.1 אורביטלים עמ '
  • 1.2 אורביטלים
  • 1.3 אורביטלים
• 2 הידרדרות היברידית היברידית
• 3 הפניות

ניוון האורביטלים של אטום מבודד

האורביטלים המנוונים, עם אותו ערך של n, הם נמצאים באותה שורה של ערכת אנרגיה. מסיבה זו שלושה פסים אדומים המסמלים את האורביטלים p ממוקמים באותו קו; כמו הפסים הסגולים והצהובים.

התוכנית של התמונה פוגעת כלל של הונד: אורביטלים אנרגיה גבוהה מלאים אלקטרונים ללא זיווג הראשון שלהם עם אורביטלים אנרגיה נמוכה. כאשר האלקטרונים מזדווגים, המסלול מאבד אנרגיה, ומפעיל דחיפה אלקטרוסטטית גדולה יותר על האלקטרונים הלא מזוהמים של האורביטלים האחרים.

עם זאת, תופעות כאלה לא נחשבים דיאגרמות אנרגיה רבות. אם כן, ו לציית לשלטון של הונד ללא מילוי מלא את d אורביטלים, זה ייראה כי הם מפסיקים להיות מנוון.

כאמור, לכל מסלול יש מאפיינים משלו. אטום מבודד, עם תצורה אלקטרונית שלו, יש אלקטרונים מסודרים שלה במספר המדויק של אורביטלים המאפשרים להם להיות שוכנו. רק מי ששווי באנרגיה יכול להיחשב מנוון.

אורביטלים עמ '

שלושת הפסים האדומים של אורביטלים p מנוונים בתמונה מצביעים על כך_x, עמ '_ו ו p_z יש להם את אותה אנרגיה. יש אלקטרון לא מזוהה בכל, המתואר על ידי ארבעה מספרים קוונטיים (n, l, mg ו ms), בעוד שלושת הראשונים מתארים את האורביטלים.

ההבדל היחיד ביניהם מסומן על ידי הרגע המגנטי mg, אשר מציירת את מסלולו של p_x על ציר x, עמ '_ו על ציר y, עמ '_z על ציר ה- z. כל השלושה שווים, אך נבדלים רק באוריינטציה המרחבית שלהם. מסיבה זו הם נמשכים תמיד מיושר באנרגיה, כלומר, מנוון.

כפי שהם אותו, אטום מבודדים חנקן (עם תצורה 1s)²2s²2p³) חייבת לשמור על התנוונות בשלושת האורביטלים שלה. עם זאת, תרחיש האנרגיה משתנה בבת אחת אם לוקחים בחשבון אטום N בתוך מולקולה או תרכובת כימית.

למה? כי למרות עמ '_x, עמ '_ו ו p_z הם שווים באנרגיה, זה יכול להשתנות בכל אחד מהם אם יש להם סביבות כימיות שונות; כלומר, אם הם קשורים לאטומים שונים.

אורביטלים

ישנם חמישה פסים סגולים המציינים את d אורביטלים. באטום מבודד, גם אם יש להם אלקטרונים לזווג, אלה חמישה אורביטלים נחשבים מנוון. עם זאת, שלא כמו אורביטלים p, הפעם יש הבדל ניכר בצורות הזוויתי שלהם.

לכן, האלקטרונים שלהם נסיעה כיוונים בחלל המשתנים מ d אחד מסלולית אחרת. זה גורם, על פי תיאוריית שדה גבישי, כי הפרעה מינימלית גורמת א פיצול אנרגיה של האורביטלים; כלומר, חמשת הסגולים סגולים מופרדים משאירים פער אנרגיה ביניהם:

מה הם מעל האורביטלים ומעליהם? אלה בראש מסומלים כמו ה_ז, ואת אלה מתחת t_{2 גרם}. שימו לב איך בתחילה כל הפסים סגול היו מיושרים, ועכשיו קבוצה של שני אורביטלים הוקמה ה_ז יותר אנרגיה מאשר קבוצה אחרת של שלושה אורביטלים t_{2 גרם}.

תיאוריה זו מאפשרת לנו להסביר את D-D מעברים, אשר רבים הצבעים שנצפו תרכובות של מתכות המעבר (Cr, Mn, Fe, וכו ') מיוחסים. ולמה זה הפרעה אלקטרונית? לאינטראקציות התיאום של המרכז המתכתי עם מולקולות אחרות הנקראות ligands.

אורביטלים

עם אורביטלים F, הם מרגישים פסים צהוב, המצב נעשה אפילו יותר מסובך. הכיוונים המרחביים שלהם משתנים מאוד ביניהם, וההדמיה של הקישורים שלהם מורכבת מדי.

למעשה, אורביטלים F נחשבים כל כך פנימי, כי הם לא "להשתתף במידה ניכרת" על היווצרות של אג"ח.

כאשר האטום המבודד עם אורביטלים F מוקף באטומים אחרים, האינטראקציות מתחילות ומתגלגלות (אובדן התנוונות):

שים לב כי עכשיו פסים צהובים טופס שלוש קבוצות: t_1g, t_{2 גרם} ו א_1g, והם כבר לא מנוונים.

אורביטלים היברידיים מנוונים

זה כבר ראיתי כי האורביטלים יכולים להתפתח ולאבד את התנוונות. עם זאת, למרות שזה מסביר את המעברים האלקטרוניים, הוא מחוויר בבירור של איך ולמה יש גיאומטריות מולקולריות שונות. זה המקום שבו היברידית אורביטלים להיכנס.

מה המאפיינים העיקריים שלה? שהם מתנוונים. לפיכך, הם נובעים מתערובת של דמויות של אורביטלים s, p, d ו- f, שמקורם בניסונים מנוונים.

לדוגמה, שלושה אורביטלים p מעורבים עם אחד לתת ארבעה אורביטלים sp³. כל אורביטלים³ הם מנוונים, ולכן יש להם את אותה אנרגיה.

אם גם שני אורביטלים D הם מעורבים עם ארבעת sp³, אתה תקבל שישה spbit אורביטלים³ד².

ואיך הם מסבירים גיאומטריה מולקולרית? כאשר הם בני שש, עם אנרגיות שוות, הם חייבים להיות בכיוון סימטרי בחלל כדי ליצור סביבות כימיות שוות (למשל, במתחם MF).₆).

כאשר הם עושים, אוקטהדרון של תיאום נוצרת, אשר שווה לגיאומטריה octahedral סביב מרכז (M).

עם זאת, הגיאומטריות נוטות להיות עיוותים, מה שאומר כי אפילו היברידית היברידית הם מנוון לחלוטין. לכן, לסיכום, אורביטלים מנוונים קיימים רק באטומים מבודדים או בסביבות סימטריות מאוד.

הפניות

1. מילון Chemicool. (2017). הגדרה של ניוון מקור: chemicool.com
2. SparkNotes LLC. (2018). אטומים ואטבים אטומיים. מקור: sparknotes.com
3. כימיה טהורה (s.f.). תצורה אלקטרונית. שוחזר מ: es-puraquimica.weebly.com
4. ויטן, דייוויס, פק & סטנלי. (2008). כימיה (8th ed.). למידה CNGAGE.
5. מורנו ר 'אספרזה. (2009). קורס כימיה של תיאום: שדות ואורביטלים. [PDF] מקור: depa.fquim.unam.mx
6. צמרמורת & אטקינס. (2008). כימיה אנאורגנית (מהדורה רביעית). מק גרב היל.