Vad är atomorbitaler?

I Chemistry and Physics av atomorbitaler - en funktion som kallas våg, som beskriver de egenskaper som är karakteristiska för högst två elektroner i närheten av atomkärnan eller kärnorna hos systemet som i molekylen. Orbital ofta avbildas som en tredimensionell område inom vilket det finns en 95 procents sannolikhet att finna elektronen.

Orbitaler och bana

När en planet rör sig runt solen, beskriver det en väg som kallas en bana. På liknande atom kan representeras i form av elektroner, kretsande i omloppsbana runt kärnan. I själva verket är allt annorlunda, och elektronerna är inom områdena utrymme kallas atomorbitaler. Kemi atomhalt förenklad beräkningsmodell för den våg av Schrödingerekvationen och därmed bestämma möjliga tillstånd hos elektronen.

Banor och orbitaler låter liknande, men de har helt olika betydelser. Det är viktigt att förstå skillnaden mellan dem.

Bilder kan inte bana

För att konstruera banan för något, måste du veta exakt var objektet är och kunna avgöra var den kommer att vara i ett ögonblick. Detta är inte möjligt för en elektron.

Enligt Heisenbergs osäkerhetsprincip, är det omöjligt att veta exakt var partikeln är just nu och där det kommer att bli senare. (I själva verket, säger principen att det är omöjligt att avgöra vid samma tid och med absolut säkerhet för sin fart och fart).

Därför är det omöjligt att bygga en omlopp rörelse av elektronen runt kärnan. Är detta ett stort problem? Nej. Om något är omöjligt, bör det tas, och att hitta sätt att komma runt.

Elektroniska väte - 1s-orbital

Anta att det finns ett väte och vid en viss tidpunkt är grafiskt imprinted positionen för en elektron. Kort efter att proceduren upprepas och observatören finner att partikeln befinner sig i ett nytt läge. När hon kom ut från första plats i den andra, är det inte känt.

Om vi fortsätter att agera på detta sätt, så småningom bildade ett slags 3D-karta över de sannolika platser där partikeln.

I fallet med väteatomen elektron kan vara var som helst inom ett sfäriskt utrymme som omger kärnan. Diagrammet visar ett tvärsnitt av den sfäriska utrymmet.

95% av tiden (eller någon annan procentsats, eftersom hundra procents säkerhet kan ge ett universum dimensioner), kommer elektron vara inom ganska lätt fastställt space region tillräckligt nära kärnan. En sådan tomt kallas orbital. Atomorbitaler - ett område i rymden där det finns en elektron.

Vad gör han? Vi vet inte, kan inte, så jag ignorera bara problemet! Vi kan bara säga att om elektronen är i en viss orbital, kommer det att ha en viss energi.

Varje orbital har ett namn.

Det utrymme som upptas av väte elektron kallas 1s-orbital. Enheten här betyder att partikeln är i nära till kärnan av energinivån. S anger formen på omloppsbana. S-orbitaler sfäriskt symmetrisk i förhållande till kärnan - åtminstone som en ihålig sfär av en ganska tätt material med en kärna i sitt centrum.

2s

Nästa orbital - 2s. Det liknar 1s, förutom att området mest sannolikt att hitta elektronen är längre från kärnan. Denna andra orbital energinivå.

Om du tittar noga, kommer du att märka att ju närmare till kärnan har en mer region av något högre elektrontäthet ( "täthet" är ett annat sätt att hänvisa till sannolikheten att partikeln förekommer i en viss plats).

2s-elektroner (och 3s, 4s, och så vidare. D.) Väder del av sin tid är mycket närmare centrum av atomen än man kunde förvänta. Detta resulterar i en liten minskning i sin energi på s-orbitaler. Ju närmare elektronen närmar sig kärnan, desto mindre sin energi.

3S-, 4S-orbitaler (och t. D.) Placerad längre från centrumatomen.

P-orbitaler

Inte alla elektroner bebor s-orbital (i själva verket mycket få av dem är ute). På den första energinivån är den enda tillgängliga plats för dem är placeringen av 1s, den andra tillsatta 2s och 2p.

Orbitaler av denna typ visas mer som 2 identiska ballonger är anslutna till varandra i kärnan. Diagrammet visar en tvärsnittsvy av en tre-dimensionell rumslig region. Igen, endast orbital visar regionen med en 95 procents sannolikhet att hitta en enda elektron.

Om vi tänker oss horisontalplanet som passerar genom kärnan på ett sådant sätt att en del av banan kommer att vara belägen ovanför planet, och den andra under det, då det är noll sannolikheten att finna elektronen i detta plan. Eftersom partikel förflyttar sig från en del till en annan, om han aldrig skulle kunna passera genom ringen planet? Detta beror på dess våg natur.

Skillnad s-, p-orbital har en viss riktningsverkan.

På någon energinivå kan ha tre absolut motsvarande p orbitaler i rät vinkel mot varandra. De är godtyckligt betecknade med symbolerna p _x, s _{y och} p _z. Så görs för bekvämlighet - vad som menas med riktningarna X, Y eller Z är det ständigt förändras, t atom att slumpmässigt rör sig i rymden ...

P-orbitaler på den andra energinivån kallas 2p _x 2p _y och 2p _z. Det finns liknande orbital och följ _{- 3P x, 3p y, 3p} z, 4p x, 4p y, 4p z och så vidare.

Alla nivåer, med undantag för den första, har p-orbitaler. Vid högre "kronblad" pull, med den mest sannolika platsen för att hitta elektronen på ett större avstånd från kärnan.

d- och f-orbitaler

Förutom den s- och p-orbitaler, finns det två andra uppsättningar av orbitaler som elektroner till högre energinivåer. Den tredje eventuella förekomsten av fem d-orbitaler (med komplexa former och namn) och 3S-och 3p-orbitaler _{(3p x, 3p y, 3p} z). Totalt finns 9 av dem här.

I den fjärde, tillsammans med 4s och 4p och 4d visas ytterligare 7 f-orbitaler - endast 16, även tillgänglig på alla högre energinivåer.

Boende elektroner i orbitaler

En atom kan representeras som ett mycket fint hus (som en inverterad pyramid) med kärnan bor på bottenvåningen, och olika rum på de övre våningarna upptas av elektroner:

• på bottenvåningen finns det bara ett badrum (1s);
• den andra har fyra rum (2s, 2p _x 2p _y- och 2p _z);
• på tredje våningen har 9 rum (ett 3s, tre 3p och fem 3d-orbitaler) och så vidare.

Men rummen är inte mycket stora. Var och en av dem kan bara innehålla 2 elektroner.

Ett lämpligt sätt att visa de atomorbitaler i vilka partiklarna är - är att dra en "kvant cell."

kvant cell

Atomorbitaler kan representeras som rutor med elektronerna i dem, avbildade som pilar. Ofta pilar pekar uppåt och nedåt, används för att visa att dessa partiklar skiljer sig från varandra.

Nödvändigheten av att ha olika elektron i atomen är en följd av kvantteorin. Om de är i olika orbitaler - det är bra, men om de befinner sig i ett, mellan dem där bör finnas någon subtil skillnad. Kvantteorin ger egenskaperna hos de partiklar som kallas "spin" - bara honom och indikerar riktningen av pilarna.

1s-orbital elektroner med två avbildad som en fyrkant med två pilar som pekar upp och ner, men det kan också spelas in ännu snabbare när 1s ^2. Detta läses som "en s två" och inte som "ett s kvadrat." Förväxla inte siffrorna i denna notation. Det betecknar den första energinivån, och den andra - antalet partiklar på orbital.

hybridisering

I kemi, är hybridisering begreppet blandnings atomorbitaler i ny hybrid med förmåga att ihopkopplingen av elektroner för att bilda kemiska bindningar. Sp-hybridisering förklarar de kemiska bindningarna av föreningar, såsom alkyner. I denna modell är de atomorbitaler av kol 2s och 2p blandas, bildar två sp-orbitaler. Acetylen C ₂ H ₂ består av sp-sp-interlacing två kolatomer för att bilda en σ-anslutning och två ytterligare Tt-bindningar.

Kol atomorbitaler i mättade kolväten har samma sp ^tre hybridorbitalen, hantel-formad, en portion av som är mycket större än den andra.

Sp ² liknar den föregående hybridisering och bildas genom blandning av ett s och två p-orbitaler. Till exempel, i en eten-molekyl bildas tre sp ² - och en p-orbital.

Atomorbitaler: fylla princip

Föreställa övergångar från en atom till en annan i det periodiska systemet av kemiska element, är det möjligt att installera nästa elektroniska strukturen av en atom genom att placera fler partiklar i nästa tillgängliga orbital.

Elektroner, före fyllning högre energinivåer, uppta lägre, närmare kärnan. Där det finns ett val, de fylls individuellt orbitaler.

Ett sådant förfarande för att fylla kallas Hund styre. Det gäller bara när atomorbitaler har lika energier och även hjälper till att minimera repulsion mellan elektroner, vilket gör mer stabil atom.

Det bör noteras att i s-orbital energi är alltid något mindre än i distriktet på samma energinivå, så den första är alltid fylld förrförra.

Vad är egentligen märkligt är positions 3d-orbitaler. De är på en högre nivå än 4s och därför 4s-orbitals fylls först, och sedan alla 3D- och 4p-orbitaler.

Liknande förvirring uppstår och på högre nivåer med ett stort antal stygn däremellan. Därför, till exempel, 4f atomorbitaler inte fylls tills alla säten är upptagna på 6s.

Kunskap om fyllningsproceduren är central för förståelsen av hur man ska beskriva den elektroniska strukturen.