KAJ SO IZROJENE ORBITALE? - KEMIJA - 2026

V degenerirane orbitale so tisti, ki so na isti ravni energije. Po tej definiciji morajo imeti isto glavno kvantno število n. Tako sta orbita 2s in 2p degenerirana, saj pripadata energijski ravni 2. Vendar je znano, da sta njuni kotni in radialni valovni funkciji različni.

Ko se vrednosti n povečujejo, elektroni začnejo zasedati druge energijske podravnine, kot sta orbita d in f. Vsaka od teh orbital ima svoje značilnosti, ki jih je na prvi pogled mogoče videti v njihovih kotnih oblikah; To so kroglasti (-i), dumbbell (p), deteljni (d) in kroglasti (f) figure.

Vir: Gabriel Bolívar

Med njima je energijska razlika, ki celo pripada isti ravni n.

Zgornja slika na primer prikazuje energetsko shemo z orbitalami, ki jih zasedajo parni elektroni (nenormalni primer). Vidimo, da je od vseh najbolj stabilnih (tisti z najnižjo energijo) ns orbitala (1s, 2s, …), medtem ko je nf najbolj nestabilen (tisti z največjo energijo).

Degenerirane orbite izoliranega atoma

Degenerirane orbitale z isto vrednostjo n so v isti vrstici v energetski shemi. Zaradi tega so tri rdeče črte, ki simbolizirajo p orbitale, nameščene na isti črti; enako kot vijolične in rumene črte na enak način.

Diagram na sliki krši Hundovo pravilo: višjeenergijske orbite so napolnjene z elektroni, ne da bi jih najprej seznanili z nižjimi. Ko se elektroni parijo, orbitala izgubi energijo in na neparnih elektronih drugih orbitalov sproži večje elektrostatično odbojnost.

Vendar takšni učinki niso upoštevani v številnih energetskih diagramih. Če je tako, in ob upoštevanju Hundovega pravila, ne da bi popolnoma zapolnili d orbitale, bi videli, da nehajo degenerirati.

Kot smo že omenili, ima vsaka orbitala svoje značilnosti. Izolirani atom ima z elektronsko konfiguracijo svoje elektrone, razporejene v točno določenem številu orbitale, da jih sprejme. Za tiste, ki so enaki energiji, je mogoče šteti za degenerirane.

Orbitale str

Tri rdeče črte za izrojene p orbitale na sliki kažejo, da imata oba p _x , p _in p _z isto energijo. V vsakem je neparni elektron, ki ga opisujejo štiri kvantna števila (n, l, ml in ms), medtem ko prve tri opisujejo orbitale.

Edina razlika med njimi je označena z magnetnim trenutkom ml, ki nariše pot p _x na osi x, p _y na os y in p _z na os z. Vsi trije so enaki, vendar se razlikujejo le po svojih prostorskih usmeritvah. Zaradi tega so vedno energijsko poravnani, torej izrojeni.

Ker sta enaka, mora izolirani atom dušika (s konfiguracijo 1s ² 2s ² 2p ³ ) ohranjati, da se njegove tri p orbitale izrodijo. Vendar se energetski scenarij naglo spremeni, če upoštevamo atom N znotraj molekule ali kemične spojine.

Zakaj? Ker so p _x , p _in p _z energiji enaki, se lahko v vsakem od njih spreminja, če imajo različna kemična okolja; torej, če se vežejo na različne atome.

Orbitale d

Obstaja pet vijoličnih trakov, ki označujejo d orbitale. Tudi v izoliranem atomu, četudi imajo parne elektrone, se teh pet orbitalov šteje za degenerirane. Toda za razliko od p orbitale je tokrat opazna razlika v njihovih kotnih oblikah.

Zato njeni elektroni potujejo v vesolju, ki se od ene do druge orbite razlikujejo. V skladu s teorijo kristalnega polja to povzroči, da najmanjša motnja povzroči energijsko podvojitev orbitov; to je, da se pet vijoličnih trakov loči, kar med njimi pušča energijsko vrzel:

Vir: Gabriel Bolívar

Katere so zgornje orbite in katere so spodnje? Tisti zgoraj so simbolizirani kot e _g , tisti pod t _2g . Upoštevajte, kako so bili sprva poravnani vsi vijolični trakovi, zdaj pa je bil oblikovan niz dveh e _g orbitali, bolj energičen kot drugi niz treh t _2g orbitale .

Ta teorija nam omogoča, da razložimo dd prehode, katerim pripisujemo številne barve, ki jih opazimo v spojinah prehodnih kovin (Cr, Mn, Fe, itd.). In čemu je posledica te elektronske motnje? Do koordinacijskih interakcij kovinskega središča z drugimi molekulami, imenovanimi ligandi.

Orbitale f

In s f orbitalami, čutitimi rumenimi črtami se situacija še bolj zaplete. Njihove prostorske smeri se med njimi močno razlikujejo, vizualizacija njihovih povezav pa postane preveč zapletena.

Pravzaprav velja, da so f orbitale tako zelo obložene, da ne sodelujejo bistveno pri tvorbi obveznic.

Ko se izolirani atom s f orbitali obdaja z drugimi atomi, se začnejo interakcije in nastanejo (izguba degeneracije):

Vir: Gabriel Bolívar

Upoštevajte, da zdaj rumene črte tvorijo tri sklope: t _{1 g} , t _{2 g} in _{1 g} in da se ne izrodijo več.

Izrojene hibridne orbitale

Videlo se je, da se lahko orbite odvijejo in izgubijo degeneracijo. Kljub temu pa to pojasnjujejo elektronski prehodi, pri tem pojasnjujejo, kako in zakaj obstajajo različne molekularne geometrije. Tukaj prihajajo hibridne orbite.

Katere so njegove glavne značilnosti? Da so izrojeni. Tako nastanejo iz mešanice znakov s, p, d in f orbitale, da izvirajo izrojeni hibridi.

Na primer, tri p orbitale se mešajo z enim s, da dobimo štiri sp ³ orbitale . Vse sp ³ orbite so degenerirane in imajo zato enako energijo.

Če poleg tega dve d orbitali pomešamo s štirimi sp ³ , dobimo šest sp ³ d ² orbitale .

In kako razlagajo molekularne geometrije? Ker jih je šest z enakimi energijami, morajo biti zato simetrično usmerjene v prostor, da ustvarijo enako kemijsko okolje (na primer v spojini MF ₆ ).

Ko to storijo, se oblikuje koordinacijski oktaedar, ki je enak oktaedrski geometriji okoli središča (M).

Vendar so geometrije pogosto izkrivljene, kar pomeni, da niti hibridne orbitale v resnici niso popolnoma degenerirane. Zato lahko sklepamo, da degenerirane orbitale obstajajo le v izoliranih atomih ali v zelo simetričnih okoljih.

Reference

1. Kemični slovar. (2017). Opredelitev Degenerate. Pridobljeno: chemicool.com
2. SparkNotes LLC. (2018). Atomi in atomska orbitala. Pridobljeno: iskrenotes.com
3. Čista kemija. (sf). Elektronska konfiguracija. Pridobljeno: es-puraquimica.weebly.com
4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje.
5. Moreno R. Esparza. (2009). Tečaj koordinacijske kemije: Polja in orbitale. . Pridobljeno: depa.fquim.unam.mx
6. Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija. (Četrta izdaja). Mc Graw Hill.