Atom-pályák abban, hogy mit alkotnak, hogyan szimbolizálják, és milyen típusúak

az atomi pályák az atomok azon régiói, amelyeket az elektronok hullámfüggvénye határoz meg. A hullámfüggvények a Schrödinger-egyenlet felbontásából nyert matematikai kifejezések. Ezek leírják egy vagy több elektron energiáját az űrben, valamint annak valószínűségét, hogy megtalálják.

Ez a fizikai koncepció, amelyet a vegyészek alkalmaznak a kapcsolat és a periodikus táblázat megértéséhez, az elektronot hullámnak és részecskenek tekintik egyidejűleg. Ezért a naprendszer képét eldobják, ahol az elektronok a bolygó körül keringő keringő bolygók..

Ez az elavult vizualizáció akkor hasznos, ha az atom energiaszintjét szemlélteti. Például: egy kör, körülvéve koncentrikus gyűrűk, amelyek a pályákat, és azok statikus elektronjai. Valójában ez az a kép, amellyel az atomot bemutatják a gyerekeknek és a fiataloknak.

Az igazi atomszerkezet azonban túl bonyolult ahhoz, hogy hozzávetőleges képet kapjon.

Ezután a híres kvantumszámokat a hullámrészecske, és a hidrogénatomra vonatkozó Schrödinger differenciálegyenletének megoldása (a legegyszerűbb rendszernek) tekintettük..

Ezek a számok azt mutatják, hogy az elektronok nem foglalhatnak el semmilyen helyet az atomban, hanem csak azoknak, akik engedelmeskednek a diszkrét és kvantált energiának. A fenti matematikai kifejezés hullámfüggvényként ismert.

Így a hidrogénatomból becsültük a kvantumszámok által szabályozott energetikai állapotok sorozatát. Ezeket az energiaállapotokat atom-orbitáknak nevezték el.

Ezek azonban csak egy elektron helyét írták le egy hidrogénatomban. Más atomok, a polielektronika, a héliumtól kezdve orbitális közelítés történt. Miért? Mivel a Schrödinger egyenletének felbontása két vagy több elektronos atomok esetében nagyon bonyolult (még a jelenlegi technológiával is).

index

• 1 Mik az atomi orbiták?
  • 1.1 Radiális hullám funkció
  • 1.2 Szöghullám funkció
  • 1.3 Az elektron és a kémiai kötés megtalálásának valószínűsége
• 2 Hogyan szimbolizálják őket??
• 3 típus
  • 3.1 Orbiták
  • 3.2 Orbitális p
  • 3.3 Orbiták d
  • 3.4 Orbiták
• 4 Referenciák

Mik az atomi orbiták?

Az atomi orbiták olyan hullámfüggvények, amelyek két komponensből állnak: egy sugárirányú és egy szögletes. Ez a matematikai kifejezés a következőképpen íródik:

Ψ_NLML = R_nl(r) · Y_LML(Θφ)

Bár először bonyolultnak tűnhet, vegye figyelembe, hogy a kvantumszámok n, l és ml Kis betűkkel vannak jelölve. Ez azt jelenti, hogy ezek a három szám az orbitát írja le. R_nl(r), jobban ismert, mint a sugárirányú függvény, attól függ n és l; míg Y_LML(θφ), szögfüggvény függ l és ml.

A matematikai egyenletben az r, a magtól való távolság és a θ és φ változók is vannak. Az összes egyenlet eredménye az orbiták fizikai ábrázolása. Mi az? A fenti képen látható. Vannak olyan pályák, amelyek a következő szakaszokban kerülnek ismertetésre.

A formák és minták (nem színek) a hullámfüggvények és a sugárirányú és szögelemek térbeli ábrázolásából származnak.

Radiális hullám funkció

Amint az egyenletben látható, R_nl(r) annyira függ n mint l. Ezután a radiális hullámfüggvényt a fő energiaszint és annak alszintjei írják le.

Ha egy fotót lehetne venni az elektronból anélkül, hogy figyelembe vennénk annak irányát, egy végtelenül kis pontot lehetett megfigyelni. Ezután több millió fénykép készítésével részletezheti, hogyan változik a pontfelhő a magtól való távolság alapján.

Ily módon a felhő sűrűsége összehasonlítható a mag távolsága és közelsége között. Ha ugyanazt a műveletet megismételjük, de egy másik energiaszinttel vagy alszintgel, egy másik felhő alakulna ki, amely az előzőt magában foglalja. A kettő között van egy kis hely, ahol az elektron nem található; ez az úgynevezett radiális csomópont.

A felhőkben vannak olyan régiók is, amelyek magasabb és alacsonyabb elektronikus sűrűséggel rendelkeznek. Ahogy egyre nagyobbak és távolabb vannak a magtól, több radiális csomópont van; és egy távolság is r ahol az elektron gyakrabban megy körül, és nagyobb valószínűséggel találja meg.

Szöghullám funkció

Ismét az egyenletből ismert, hogy Y_LML(θφ) főleg kvantumszámok írják le l és ml. Ezúttal a mágneses kvantumszámban vesz részt, ezért meghatározzák az elektron térbeli irányát; és ezt a címet a ical és that változókat tartalmazó matematikai egyenletekből lehet ábrázolni.

Most nem folytatjuk a fényképeket, hanem rögzítünk egy videót az elektron útvonaláról az atomban. Eltérően az előző kísérlettől, nem ismert, hogy pontosan hol van az elektron, de hol megy.

Mozgáskor az elektron egy meghatározottabb felhőt ír le; Valójában egy gömb alakú, vagy egy lebenyű, mint a képen látható. Az ábrák típusát és irányát az űrben írja le l és ml.

Vannak olyan régiók, amelyek közel vannak a maghoz, ahol az elektron nem áthalad, és az ábra eltűnik. Ilyen régiók ismertek szögcsomópontok.

Például, ha az első gömb alakú pályát megfigyelik, gyorsan megállapítható, hogy szimmetrikus minden irányban; Ez azonban nem így van a többi orbitánál, amelynek alakja üres tereket mutat. Ezek a derékszögű sík eredetén és a lebenyek közötti képzeletbeli síkokon figyelhetők meg.

Az elektron és a kémiai kötés megtalálásának valószínűsége

Annak megállapításához, hogy valóban milyen valószínűséggel találja meg az orbitális elektronokat, a két funkciót figyelembe kell venni: radiális és szögletes. Ezért nem elegendő a szögkomponens, vagyis az orbiták illusztrált formájának feltételezése, hanem az, hogy az elektronikus sűrűsége hogyan változik a mag távolságához képest..

Mivel azonban a címek (ml) megkülönböztetni az egyik pályát a másiktól, gyakorlatias (bár talán nem teljesen helyes), hogy csak annak alakját vizsgálja. Ily módon a kémiai kötés leírását az ábrák átfedése magyarázza.

Például három orbitális összehasonlító kép látható: 1s, 2s és 3s. Figyelje meg a radiális csomópontjait. Az 1-es pályán nincs csomópont, míg a másik kettőnek egy és két csomópontja van.

Kémiai kötés vizsgálatakor könnyebb szem előtt tartani az orbiták gömb alakú alakját. Ily módon az ns orbitális újabb és távolabbi irányba közelít r, az elektron kötést hoz létre a szomszédos atom elektronjával. Innen számos elméleti (TEV és TOM) magyarázza ezt a kapcsolatot.

Hogyan jelképezik őket?

Az atomi orbitákat kifejezetten a következőképpen jelképezik: nl_ml.

A kvantumszámok teljes értékeket vesznek fel 0, 1, 2 stb., De csak az orbiták szimbolizálására szolgál n numerikus érték Míg l, az egész szám helyébe a megfelelő (s, p, d, f) betű lép; és a ml, változó vagy matematikai képlet (kivéve:. \ t ml= 0).

Például az 1s orbitához: n= 1, s = 0, és ml= 0 Ugyanez vonatkozik az összes ns orbitálisra (2s, 3s, 4s stb.).

Annak érdekében, hogy szimbolizálja a többi orbitát, meg kell oldani a típusukat, mindegyiküknek energiaszintet és saját jellemzőit.

típus

s pályák

A kvantumszámok l= 0, és ml= 0 (a radiális és szögletes komponenseken kívül) egy gömb alakú orbitát ír le. Ez az, amely a kezdeti kép orbitáinak piramisát vezeti. Ahogyan azt a radiális csomópontok képe is látja, várható, hogy a 4s, 5s és 6s orbiták három, négy és öt csomóponttal rendelkeznek.

Jellemzőik, hogy szimmetrikusak, és elektronjaik hatékonyabb nukleáris töltéssel rendelkeznek. Ez azért van, mert elektronjaik behatolhatnak a belső rétegekbe, és nagyon közel állnak a maghoz, ami pozitív vonzódást jelent számukra.

Ezért fennáll annak a valószínűsége, hogy egy 3s elektron képes behatolni a 2s és 1s orbitális pályákba, közelítve a maghoz. Ez a tény megmagyarázza, hogy miért van egy sp-hibrid orbitális atom, sokkal inkább elektronegatív (nagyobb hajlam a szomszédos atomok elektronikus sűrűségének vonzására), mint a sp hibridizációval.³.

Így az orbitális elektronok azok, amelyek a mag magasságát leginkább megtapasztalják és energetikailag stabilabbak. Együtt árnyékoló hatást gyakorolnak más alszintek vagy orbiták elektronjára; vagyis a legtöbb külső elektron által tapasztalt tényleges Z-töltetet csökkenti.

Orbitális p

A p orbitálisok rendelkeznek a kvantumszámokkal l= 1, és értéke ml= -1, 0, +1. Ez azt jelenti, hogy ezekben az orbitákban egy elektron három irányba vezethet, amelyek sárga súlyzóként jelennek meg (a fenti kép szerint).

Ne feledje, hogy minden súlyzó egy karteszi tengely mentén helyezkedik el x, és és Z. Ezért az x tengelyen elhelyezkedő orbitális p értéket p_x; az y-tengelyen található p_és; és ha az xy síkra merőlegesen, vagyis a z tengelyen merőleges, akkor p_Z.

Az összes pálya egymásra merőleges, azaz 90 ° -os szöget zár be. Továbbá a szögfunkció eltűnik a magban (a derékszögű tengely eredete), és csak annak a valószínűsége van, hogy megtaláljuk az elektront a lebenyek között (amelynek elektron-sűrűsége a radiális függvénytől függ).

Rossz árnyékoló hatás

Ezeknek az orbitáknak az elektronjai nem tudnak ugyanolyan könnyedén behatolni a belső rétegekbe, mint az orbitáké. Formáik összehasonlításakor úgy tűnik, hogy a p orbitálisok közelebb vannak a maghoz; az ns elektronok azonban a leggyakrabban a mag körül találhatók.

Mi a következménye? Az, hogy egy NP-elektron alacsonyabb hatékony nukleáris töltést tapasztal. Ezenkívül az utóbbit tovább csökkenti az orbiták szűrő hatása. Ez megmagyarázza például, hogy egy hibrid orbitális sp³ ez kevésbé elektronegatív, mint a sp orbitaloké² vagy sp.

Fontos megjegyezni, hogy minden súlyzónak van egy szögletes csomópontja, de nincs radiális csomópontja (2p orbitális semmi más). Ez azt jelenti, hogy ha szeletelték volna, benne nem lenne olyan réteg, mint a 2s orbitális; de a 3p pályáról kezdve megfigyelhetőek a radiális csomópontok.

Ezek a szögcsomópontok felelősek abban, hogy a legkülső elektronok rossz árnyékoló hatást fejtenek ki. Például a 2s elektronok nagyobb mértékben védik a 2p orbitálisokat, mint a 2p elektronok a 3-as orbitákéhoz..

Px, Py és Pz

Mivel az értékek ml -1, 0 és +1, mindegyik Px, Py vagy Pz orbitális. Összesen hat elektront tudnak elhelyezni (kettő mindegyik pályára). Ez a tény az elektronikus konfiguráció, a periódusos táblázat és az ún.

d pályák

A d orbitális értékek értéke l= 2, és ml= -2, -1, 0, +1, +2. Ezért öt orbita létezik, amelyek összesen tíz elektront képesek tartani. A d orbitálisok öt szögfunkciója a fenti képen látható.

Az elsők, a 3d orbiták radiális csomópontok, de az összes többi, az orbitális d kivételével_z2, két csomóponttal rendelkezik; nem a kép síkjai, mert ezek csak azt mutatják, hogy a narancssárga lebenyek hol vannak a lóhere levelek formájával. A két csomópont sík olyan, amely merőleges a szürke síkra.

Formájuk még kevésbé hatékonyak a hatékony nukleáris terhelés árnyékolásában. Miért? Mert több csomópontjuk van, amellyel a mag külső elektronokat vonzhat.

Ezért minden d orbitális rész hozzájárul az atomi sugárzás növekedéséhez, amely kevésbé kifejezett egy energiaszintről a másikra.

f pályák

Végül az f orbitálisok kvantumszáma a l= 3, és ml= -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. Hét f orbitális, összesen tizennégy elektron. Ezek az orbiták a 6. időszaktól kezdve elérhetők, felületesen jelezve, mint 4f.

A szögfüggvények mindegyike bonyolult formájú és több csomópont síkkal rendelkezik. Ezért még kevésbé védik a külső elektronokat, és ez a jelenség megmagyarázza, mi az lantanid összehúzódása.

Ebből kifolyólag a nehéz atomok esetében az atomok sugárzása nem mutat jelentős mértékű változást n a másikhoz n + 1 (Például 6n-tól 7n-ig). Napjainkban az 5f-es orbiták az utolsóak a természetes vagy mesterséges atomokban.

Mindezt szem előtt tartva, egy szakadék nyílik az orbiták és az orbiták között. Bár szó szerint ezek hasonlóak, a valóságban nagyon különbözőek.

Az atomsorbita és az orbitális megközelítés fogalma lehetővé tette a kémiai kötés magyarázatát, és azt, hogy ez hogyan vagy más módon befolyásolhatja a molekuláris szerkezetet..

referenciák

1. Shiver & Atkins. (2008). Szervetlen kémia (Negyedik kiadás, 13-8. Oldal). Mc Graw-hegy.
2. Harry B. Grey. (1965). Elektronok és kémiai kötés. W. A. Benjamin, Inc. New York.
3. Quimitube. (N.d.). Atom pályák és kvantumszámok. A lap eredeti címe: quimitube.com
4. C. R. hajó (2016). Az elektronpályák vizualizálása. A lap eredeti címe: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Clark J. (2012). Atom Orbitalok. Lap forrása: chemguide.co.uk
6. Kvantum mesék (2011. augusztus 26.). Atomi pályák, középiskolai hazugság. Visszanyerve: cuentos-cuanticos.com