Čo je atómových orbitálov?

V Chemistry and Physics atómových orbitálov - funkciu nazvanú vlna, ktorá popisuje vlastnosti charakteristické pre nie viac ako dva elektróny v blízkosti atómového jadra alebo jadier systému ako v molekule. Orbitálna je často opísaný ako trojrozmerné oblasti, v ktorej dochádza k 95 percent pravdepodobnosť zistenia elektrón.

Orbitály a obežnú dráhu

Keď sa planéta pohybuje okolo Slnka, ale načrtáva cestu zvanú orbita. Podobne atóm môže byť zastúpený vo forme elektrónov, krúži na obežnej dráhe okolo jadra. V skutočnosti je všetko inak, a elektróny sú v oblasti vesmíru známej ako atómových orbitálov. Obsah chémia atóm zjednodušený výpočet model pre vlnu Schrödinger rovnice a tým aj určiť možné stavy elektrónu.

Obežnej dráhy a orbitalov znejú podobne, ale majú úplne odlišné významy. Je veľmi dôležité pochopiť rozdiel medzi nimi.

Snímky nemôžu obiehať

Skonštruovať trajektóriu niečo, čo potrebujete vedieť, kde presne je objekt, a musí byť schopný určiť, kde to bude za chvíľu. To nie je možné pre elektrón.

Podľa Heisenberg princípu neurčitosti, je nemožné presne vedieť, kde častice je v súčasnej dobe, a kde to bude neskôr. (V skutočnosti je zásada hovorí, že je nemožné určiť zároveň as úplnou istotou svoje hybnosti a hybnosti).

Preto je nemožné vytvoriť obežnej dráhe pohybu elektrónu okolo jadra. Je to veľký problém? Nie. Ak je niečo nemožné, mali by sa prijať, a nájsť spôsob, ako obísť.

Elektronické vodík - 1 s-orbital

Predpokladajme, že existujú jeden vodík a v určitom čase sú graficky potlačou pozíciu jedného elektrónu. Krátko potom, postup sa opakuje, a pozorovateľ zistí, že častice sa v novej polohe. Keď sa dostal von z prvého miesta na druhé, nie je známe.

Ak budeme aj naďalej konať týmto spôsobom, postupne tvorila akýsi 3D-mapy pravdepodobných miest, kde čiastočka.

V prípade, že k atómu vodíka elektrónu môže byť kdekoľvek v guľovom priestore obklopujúceho jadro. Schéma ukazuje priečny rez guľového priestoru.

95% času (alebo iné percento, pretože stopercentná istota môže poskytnúť vesmíru rozmery), bude elektrón byť v pomerne ľahko určené space oblasti dostatočne blízko k jadru. Takýto dej sa nazýva orbitálnej. Atómových orbitálov - oblasť priestoru, v ktorom je elektrón.

Čo to robí? Nevieme, nemôže vedieť, a tak som jednoducho ignorovať tento problém! Môžeme len povedať, že v prípade, že elektrón je v konkrétnej orbitálnej, bude to mať určitú energiu.

Každý orbitálnej má meno.

Priestor obsadený vodíka elektrónom nazýva 1s-okružné. Jednotka tu znamená, že častice je v blízkosti jadra energetickej úrovni. S označuje tvar obežnej dráhy. S-orbitálov sféricky symetrické vzhľadom k jadru - aspoň duté guľa o pomerne hustý materiál s jadrom v jeho strede.

2s

Ďalšie orbitálnej - 2s. To je podobné 1s, okrem toho, že oblasť s najväčšou pravdepodobnosťou nájsť elektrón je ďalej od jadra. Táto druhá orbitálnej energetická hladina.

Keď sa pozriete pozorne, zistíte, že čím bližšie k jadru má ešte jednu oblasť mierne vyšší hustoty elektrónov ( "hustota" je ďalší spôsob, ako sa odkazovať na pravdepodobnosť, že častice je prítomný na určitom mieste).

2S-elektróny (a 3S, 4S, a tak ďalej. D.) stráviť časť svojho času, je oveľa bližšie k stredu atómu, než by sa dalo očakávať. To má za následok mierny pokles ich energia na S-orbitálov. Čím viac sa blíži elektrón jadro, tým menšia je ich energia.

3S-, 4S-orbitálov (a t. D.), umiestnený ďalej od stredu atómu.

P-orbitálov

Nie všetky elektróny obývajú s-okružné (v skutočnosti, veľmi málo z nich sú vonku). Na prvý úrovni energia je k dispozícii jediné miesto, kde je pre nich miesto, kde sa 1s, druhý pridanej 2s a 2p.

Orbitalov tohto typu sa objaví viac ako 2 rovnaké balóny sú vzájomne prepojené v jadre. Diagram znázorňuje pohľad v priečnom reze na 3-rozmerné priestorové oblasti. Opäť platí, že okružná znázorňuje iba oblasť s 95 percent pravdepodobnosť nájdenia jeden elektrón.

Predstavíme Ak si horizontálnou rovinou, ktorá prechádza cez jadro tak, že jedna časť dráhy bude umiestnený nad rovinou, a druhý pod ním, potom je nulová pravdepodobnosť nájdenia elektrónu v tejto rovine. Vzhľadom k tomu, častice pohybuje z jednej časti do druhej, či by nikdy nebude môcť prechádzať rovinou prstencov? To je vzhľadom k jeho vlnovej podstaty.

Na rozdiel od S-, p-orbital má určitú smerovosť.

Na akejkoľvek úrovni energie môže mať tri úplne rovnocenné p orbitálov v pravom uhle k sebe navzájom. Sú ľubovoľne označené symbolmi p _x, p _y, a p _z. Takže len k väčšiemu pohodliu - to, čo sa myslí smeroch X, Y alebo Z, sa neustále mení, t atóm náhodne pohybujúce sa v priestore ...

P-orbitálov na druhej energetickej hladiny, sa nazýva 2p _x 2p _y a 2p _z. Tam sú podobné orbitálne a sledovať _{- 3p x, y, 3p 3p} z, 4p x, y 4p, 4p z a tak ďalej.

Všetky úrovne, s výnimkou prvej, majú p-orbitálov. Pri vyšších "lístkov" ťahu, s najpravdepodobnejšou miesto nálezu elektrón vo väčšej vzdialenosti od jadra.

d- a F-orbitálov

Okrem S- a p-orbitálov, existujú dve ďalšie sady orbitalov k dispozícii pre elektróny na vyššie energetické hladiny. Tretia možná existencia piatich d-orbitálov (s zložitých tvarov a mien) a 3S- a 3p-orbitálov _{(3p x, y 3p, 3p} z). Celkom je tu prítomných 9 z nich tu.

V štvrtej spolu s 4s a 4p a 4d sa objavia ďalšie 7 F-orbitálov - len 16, tiež k dispozícii na všetkých vyšších energetických hladín.

Ubytovanie elektróny v orbitále

Atóm môže byť reprezentovaný ako veľmi efektné dome (ako obrátenú pyramídu) s jadrom žijúci v prízemí a rôznych miestností na horných poschodiach obsadených elektrónov:

• na prízemí je len 1 kúpeľňa (1 S);
• druhý má štyri miestnosti (2s, 2p _x 2p _y a 2p _Z);
• v treťom poschodí má 9 izieb (jeden 3S, tri 3p a päť 3d-orbitálov) a tak ďalej.

Ale izby nie sú príliš veľké. Každý z nich môže obsahovať iba 2 elektróny.

Vhodným spôsobom pre zobrazenie atómových orbitálov, v ktorých sú častice - ich k tomu "kvantovej bunky."

quantum cell

Atómové orbitály môžu byť reprezentované ako štvorca s elektrónmi v nich, znázornených ako šípky. Často šípky smerujúce nahor a nadol, sa používajú pre ukazujú, že tieto častice sa od seba líšia.

Nutnosť mať rôzne elektrónu v atóme je dôsledkom kvantovej teórie. Ak sú v rôznych orbitalov - to je v poriadku, ale ak sú umiestnené v jednej, medzi nimi by mal byť nejaký malý rozdiel. Kvantová teória dáva vlastnosti častíc, ktoré sa nazýva "spin" - proste ho a udáva smer šípok.

1s-orbitálne elektróny s dvoma vyznačenými ako štvorec s dvoma šípky smerujúce nahor a nadol, ale tiež to môže byť zaznamenané ešte rýchlejšie ako 1s ^2. To sa číta ako "jeden s dva", a nie ako "jedna s druhou." Nepleťte čísla v tejto zápisnici. To označuje prvú energetickú hladinu, a druhá - počet častíc na orbitále.

hybridizácia

V chémii, hybridizácia je koncept miešanie atómových orbitálov v nový hybridný schopné sa párovať elektrónov za vzniku chemickej väzby. Sp-hybridizácia vysvetľuje chemické väzby zlúčenín, ako sú alkíny. V tomto modeli, atómové orbitály uhlíka 2s a 2p sú zmiešané, tvoria dve SP-orbitálov. Acetylén C _{2H 2} sa skladá zo SP-sp-prekladania dva atómy uhlíka za vzniku å-spojenie a dve ďalšie n-väzby.

Uhlíkové atómových orbitálov v nasýtených uhľovodíkov majú rovnaké sp ³ hybridný orbitálne, činka v tvare, ktorého jedna časť sa je oveľa väčší ako druhý.

Sp ² je podobný ako predchádzajúce hybridizácii a je tvorená zmiešaním jednej ov a dva p-orbitálov. Napríklad v ethylenového molekule sú vytvorené tri sp ² - a jeden p-orbitálnej.

Atómových orbitálov: vypĺňania princíp

Predstaviť si prechody z jedného atómu do druhého v periodickej tabuľke chemických prvkov, je možné inštalovať ďalšie elektronické štruktúra atómu tým viac častíc na ďalší dostupný orbitále.

Elektróny, pred naplnením vyššej energetickej hladiny, obsadiť nižšia, bližšie k jadru. Tam, kde je na výber, sú vyplnené individuálne orbitálov.

Takýto postup pre plnenie známy ako pravidlo Hundovo. To platí len vtedy, keď atómové orbitály majú rovnaké energie, a tiež pomáha minimalizovať odpudzovanie medzi elektrónmi, čo činí stabilnejšie atóm.

Je potrebné poznamenať, že v y-orbitálnej energie je vždy o niečo menej ako v okrese na rovnakej úrovni energie, takže prvé je vždy vyplnený pred poslednou.

Čo je naozaj zvláštne je pozícia 3d-orbitálov. Sú na vyššej úrovni, než 4s, a preto 4S-orbitálov sú vyplnené prvé, a potom všetci s 3D a 4p-orbitálov.

Podobný zmätok nastáva aj pri vyšších úrovniach s veľkým počtom stehov nimi. Preto, napríklad, 4F atómových orbitálov nie sú naplnené, kým všetky miesta sú obsadené na 6s.

Znalosť postupu plnenia je zásadné pre pochopenie toho, ako opísať elektronickú štruktúru.