Hva er de atomorbitalene?

I Chemistry and Physics of atomorbitalene - en funksjon som kalles bølge, som beskriver egenskapene som er karakteristiske for ikke mer enn to elektroner i nærheten av atomkjernen eller kjernene av systemet som i molekylet. Orbital beskrives ofte som et tre-dimensjonalt område der det er et 95 prosent sannsynlighet for å finne elektronet.

Orbitaler og bane

Når en planet beveger seg rundt sola, skisserer det en sti kalles en bane. Tilsvarende atomet kan representeres i form av elektroner sirkling i baner rundt kjernen. Faktisk er alt forskjellig, og elektronene er i områdene plass kjent som atomorbitalene. Chemistry atominnholdet forenklet beregningsmodell for bølgen av Schrödingerligningen og dermed bestemme mulige tilstander av elektronet.

Baner og orbitaler høres like ut, men de har helt forskjellige betydninger. Det er viktig å forstå forskjellen mellom dem.

Bilder kan ikke bane

Å konstruere banen av noe, må du vite nøyaktig hvor objektet er, og være i stand til å finne ut hvor det vil være i et øyeblikk. Dette er ikke mulig for et elektron.

Ifølge Heisenberg usikkerhet prinsippet, er det umulig å vite nøyaktig hvor partikkelen er i øyeblikket og hvor det vil bli senere. (Faktisk prinsippet sier at det er umulig å fastslå på samme tid og med absolutt sikkerhet for sitt momentum og momentum).

Derfor er det umulig å bygge opp en bane bevegelse av elektron rundt kjernen. Er dette et stort problem? Nei. Hvis noe er umulig, det skal bli tatt, og for å finne måter å komme rundt.

Elektroniske hydrogen - 1s-orbital

Antar at det er en hydrogen og på et bestemt tidspunkt er grafisk trykt posisjon ett elektron. Kort tid etter at prosedyren gjentas, og observatøren funn som partikkelen er i en ny posisjon. Da hun kom ut av første plass i andre, det er ikke kjent.

Hvis vi fortsetter å handle på denne måten, etter hvert dannet en slags 3D-kart over sannsynlige steder hvor partikkelen.

I tilfelle av hydrogenatomet elektron kan være plassert hvor som helst innenfor et kuleformet rom som omgir kjernen. Diagrammet viser et tverrsnitt av den sfæriske plass.

95% av tiden (eller en annen prosentandel, fordi ett hundre prosent sikkerhet kan gi et univers dimensjoner), elektronet vil være innenfor ganske lett fast bestemt på plass regionen tilstrekkelig nær kjernen. Et slikt plott kalles orbital. Atomorbitalene - en region av plass der det er et elektron.

Hva gjør han? Vi vet ikke, kan ikke, og så jeg bare ignorere problemet! Vi kan bare si at hvis elektronet er i en bestemt bane, vil det ha en viss energi.

Hvert orbital har et navn.

Den plass som opptas av hydrogen elektron kalt 1s-orbital. Enheten her betyr at partikkelen er i nærheten til kjernen av energinivå. S indikerer formen av banen. S-orbitaler Are sfærisk symmetrisk med hensyn til kjernen - i hvert fall som en hul ball av relativt tett materiale med en kjerne i midten.

2s

Neste orbital - 2s. Det ligner på 1s, bortsett fra at området mest sannsynlig å finne elektronet er lenger fra kjernen. Denne andre orbital energinivå.

Hvis du ser nøye, vil du se at jo nærmere kjernen har en mer regionen i litt høyere elektrontetthet ( "tetthet" er en annen måte å referere til sannsynligheten for at partikkelen er til stede på et bestemt sted).

2S-elektroner (og 3s, 4s, og D. osv.) Tilbringe en del av sin tid er mye nærmere midten av atom enn man skulle forvente. Dette resulterer i en svak nedgang i sin energi på s-orbitaler. Jo nærmere elektronet nærmer seg kjernen, jo mindre energi.

3S-, 4S-orbitaler (og t. D.) som er plassert lenger fra sentrum atom.

P-orbitaler

Ikke alle elektroner bebo s-orbital (faktisk svært få av dem er der ute). På den første energinivået er det eneste tilgjengelige plassen for dem er plasseringen av 1s, den andre lagt 2s og 2p.

Orbitaler av denne type ser mer ut som 2 identiske ballongene er forbundet med hverandre i kjernen. Diagrammet viser et tverrsnittsriss av en 3-dimensjonal romlig område. Igjen, orbitale viser bare for område med en 95 prosent sannsynlighet for å finne et enkelt elektron.

Hvis vi tenker oss det horisontale plan som passerer gjennom kjernen på en slik måte at en del av banen vil bli plassert over planet, og den andre under den, så er det null sannsynlighet for å finne den elektron i dette plan. Siden partikkelen beveger seg fra en del til en annen, hvis han ville aldri være i stand til å passere gjennom ringen flyet? Dette er på grunn av sin bølge natur.

I motsetning s-, har p-orbital en viss direktivitet.

På alle energinivå kan ha tre helt tilsvarende p orbitaler i rett vinkel på hverandre. De er vilkårlig utpekt av symboler p _x, p _{y og} p _z. Så gjort for enkelhets skyld - hva som menes med retninger av X, Y eller Z, det er i stadig endring, t atom til tilfeldig bevegelse i rommet ...

P-orbitaler på det andre energinivå er kalt 2p 2p _{x y} og _{z 2p.} Det er like orbital og følge _{- 3p x, 3p y, 3p} z, 4p x, 4p y, 4p z og så videre.

Alle nivåer, med unntak av den første, har p-orbitaler. Ved høyere "kronbladene" pull, med det mest sannsynlige stedet å finne elektronet i større avstand fra kjernen.

D- og F-orbitaler

I tillegg til den s- og p-orbitaler, er det to andre sett av orbitaler tilgjengelig for elektroner til høyere energinivå. Den tredje mulige eksistensen av fem d-orbitaler (med komplekse former og navn) og 3S og 3p-orbitaler _{(3p x, 3p y, 3p} z). Totalt er det ni av dem her.

I det fjerde, i tillegg til 4s og 4p og 4d vises ytterligere 7 f-orbitaler - bare 16, som også er tilgjengelig på alle høyere energinivå.

Overnatting elektroner i orbitaler

Et atom kan representeres som et meget lyst hus (som en omvendt pyramide) med kjernen bor i første etasje, og ulike rom i de øvre etasjene okkupert av elektroner:

• i første etasje er det bare ett bad (1s);
• den andre har fire rom (2s, 2p 2p _{x y} og _{z 2p);}
• i tredje etasje har 9 rom (ett 3s, tre 3p og fem 3d-orbitaler) og så videre.

Men rommene er ikke veldig stor. Hver av dem kan bare inneholde 2 elektroner.

En praktisk måte å vise de atomorbitalene hvor partiklene er - er å trekke en "Quantum celle".

quantum celle

Atomorbitalene kan representeres som firkanter med elektronene i dem, vist som piler. Ofte piler som peker opp og ned, anvendes for å vise at disse partiklene skiller seg fra hverandre.

Nødvendigheten av å ha forskjellig elektron i atomet er en konsekvens av kvanteteorien. Hvis de er i forskjellige orbitaler - Det er greit, men hvis de befinner seg i en, mellom dem det bør være noen subtil forskjell. Kvanteteorien gir egenskapene til partiklene, som kalles "spin" - bare han og angir retningen av pilene.

1s-orbitale elektroner med to vist som et kvadrat med to piler som peker opp og ned, men det kan også bli registrert enda hurtigere etter hvert som 1s ^2. Dette blir lest som "en s to" og ikke som "One S kvadrat." Ikke forveksle tallene i denne notasjonen. Det betegner det første energinivå, og den andre - antall partikler på orbital.

hybridisering

I kjemien, er hybridisering konseptet med å blande atomorbitalene på ny hybrid i stand til sammenkobling av elektroner for å danne kjemiske bindinger. Sp-hybridisering forklarer de kjemiske bindinger av forbindelser som for eksempel alkyner. I denne modellen blir atomorbitalene av karbon 2s og 2p blandes, danner to sp-orbitaler. Acetylen C ₂ H ₂ består av sp-sp-interlacing to karbonatomene danner en σ-tilkobling og to ekstra π-bindinger.

Karbon atomorbitalene i mettede hydrokarboner har den samme ^sp3-hybrid orbital, manualformet, en del av som er mye større enn den andre.

^Sp2 er lik den foregående hybridisering og dannes ved å blande en s og to p-orbitaler. For eksempel, i en etylenmolekylet dannes tre sp ² - og en p-orbital.

Atomorbitalene: fylle prinsippet

Imagining overganger fra ett atom til et annet i den periodiske tabell over kjemiske elementer, det er mulig å installere neste elektronisk struktur av et atom ved å plassere mer partikler i neste tilgjengelige orbital.

Elektroner, før det fylles høyere energinivå, oppta lavere, nærmere kjernen. Der det er et valg, er de fylt individuelt orbitaler.

En slik fremgangsmåte for fylling kjent som Hund styre. Det gjelder bare når atomorbitalene har like krefter og også bidrar til å redusere frastøtning mellom elektroner, noe som gjør at mer stabil atom.

Det bør bemerkes at i s-orbital energi er alltid litt mindre enn for distriktet på samme energinivå, så det første er alltid fylt før siste.

Hva er egentlig merkelig er posisjons 3d-orbitaler. De er på et høyere nivå enn 4s, og derfor 4s-orbitaler fylles først, og deretter alle 3D- og 4p-orbitaler.

Lignende forvirring oppstår og på et høyere nivå med et stort antall masker mellom seg. Derfor, for eksempel 4f atomorbitalene er ikke fylt ut før alle setene er opptatt på 6s.

Kunnskap om fyllingsprosedyren er sentralt for en forståelse av hvordan å beskrive den elektroniske struktur.