Co je atomových orbitalů?

V Chemistry and Physics atomových orbitalů - funkci nazvanou vlna, která popisuje vlastnosti charakteristické pro ne více než dva elektrony v blízkosti atomového jádra nebo jader systému jako v molekule. Orbitální je často popsán jako trojrozměrné oblasti, ve které dochází k 95 procent pravděpodobnost zjištění elektron.

Orbitaly a oběžnou dráhu

Když se planeta pohybuje kolem Slunce, ale nastiňuje cestu zvanou orbita. Podobně atom může být zastoupen ve formě elektronů, krouží na oběžné dráze kolem jádra. Ve skutečnosti je všechno jinak, a elektrony jsou v oblasti vesmíru známé jako atomových orbitalů. Obsah chemie atom zjednodušený výpočet model pro vlnu Schrödinger rovnice a tím i určit možné stavy elektronu.

Oběžné dráhy a orbitalů znějí podobně, ale mají zcela odlišné významy. Je velmi důležité pochopit rozdíl mezi nimi.

Snímky nemohou obíhat

Zkonstruovat trajektorii něco, co potřebujete vědět, kde přesně je objekt, a musí být schopen určit, kde to bude za chvíli. To není možné pro elektron.

Podle Heisenberg principu neurčitosti, je nemožné přesně vědět, kde částice je v současné době, a kde to bude později. (Ve skutečnosti je zásada říká, že je nemožné určit zároveň as naprostou jistotou své hybnosti a hybnosti).

Proto je nemožné vytvořit oběžné dráze pohybu elektronu kolem jádra. Je to velký problém? Ne. Pokud je něco nemožné, měla by být přijata, a najít způsob, jak obejít.

Elektronické vodík - 1 s-orbital

Předpokládejme, že existují jeden vodík a v určitém čase jsou graficky potiskem pozici jednoho elektronu. Krátce poté, postup se opakuje, a pozorovatel zjistí, že částice se v nové poloze. Když se dostal ven z prvního místa na druhé, není známo.

Pokud budeme i nadále jednat tímto způsobem, postupně tvořila jakýsi 3D-mapy pravděpodobných míst, kde částečka.

V případě, že k atomu vodíku elektronu může být kdekoliv v kulovém prostoru obklopujícího jádro. Schéma ukazuje příčný řez kulového prostoru.

95% času (nebo jiné procento, protože stoprocentní jistota může poskytnout vesmíru rozměry), bude elektron být v poměrně snadno stanoveno space oblasti dostatečně blízko k jádru. Takový děj se nazývá orbitální. Atomových orbitalů - oblast prostoru, ve kterém je elektron.

Co to dělá? Nevíme, nemůže vědět, a tak jsem prostě ignorovat tento problém! Můžeme pouze říci, že v případě, že elektron je v konkrétní orbitální, bude to mít určitou energii.

Každý orbitální má jméno.

Prostor obsazený vodíku elektronem nazývá 1s-okružní. Jednotka zde znamená, že částice je v blízkosti jádra energetické úrovni. S označuje tvar oběžné dráhy. S-orbitalů sféricky symetrické vzhledem k jádru - alespoň duté koule o poměrně hustý materiál s jádrem v jeho středu.

2s

Další orbitální - 2s. To je podobné 1s, kromě toho, že oblast s největší pravděpodobností nalézt elektron je dále od jádra. Tato druhá orbitální energetická hladina.

Když se podíváte pozorně, zjistíte, že čím blíže k jádru má ještě jednu oblast mírně vyšší hustoty elektronů ( „hustota“ je další způsob, jak se odkazovat na pravděpodobnost, že částice je přítomen na určitém místě).

2S-elektrony (a 3S, 4S, a tak dále. D.) strávit část svého času, je mnohem blíže ke středu atomu, než by se dalo očekávat. To má za následek mírný pokles jejich energie na S-orbitalů. Čím více se blíží elektron jádro, tím menší je jejich energie.

3S-, 4S-orbitalů (a t. D.), umístěný dále od středu atomu.

P-orbitalů

Ne všechny elektrony obývají s-okružní (ve skutečnosti, velmi málo z nich jsou venku). Na první úrovni energie je k dispozici jediné místo, kde je pro ně místo, kde se 1s, druhý přidané 2s a 2p.

Orbitalů tohoto typu se objeví více jako 2 stejné balóny jsou vzájemně propojeny v jádru. Diagram znázorňuje pohled v příčném řezu na 3-rozměrné prostorové oblasti. Opět platí, že okružní znázorňuje pouze oblast s 95 procent pravděpodobnost nalezení jeden elektron.

Představíme-li si vodorovnou rovinou, která prochází skrz jádro tak, že jedna část dráhy bude umístěn nad rovinou, a druhý pod ním, pak je nulová pravděpodobnost nalezení elektronu v této rovině. Vzhledem k tomu, částice pohybuje z jedné části do druhé, jestli by nikdy nebude moci procházet rovinou prstenců? To je vzhledem k jeho vlnové podstaty.

Na rozdíl od S-, p-orbital má určitou směrovost.

Na jakékoliv úrovni energie může mít tři naprosto rovnocenné p orbitalů v pravém úhlu k sobě navzájem. Jsou libovolně označeny symboly p _x, p _y, a p _z. Takže pouze k většímu pohodlí - to, co je míněno směrech X, Y nebo Z, se neustále mění, t atom náhodně pohybující se v prostoru ...

P-orbitalů na druhé energetické hladiny, se nazývá 2p _x 2p _y a 2p _z. Tam jsou podobné orbitální a sledovat _{- 3p x, y, 3p 3p} z, 4p x, y 4p, 4p z a tak dále.

Všechny úrovně, s výjimkou první, mají p-orbitalů. Při vyšších „lístků“ tahu, s nejpravděpodobnější místo nálezu elektron ve větší vzdálenosti od jádra.

d- a F-orbitalů

Kromě S- a p-orbitalů, existují dvě další sady orbitalů k dispozici pro elektrony na vyšší energetické hladiny. Třetí možná existence pěti d-orbitalů (s složitých tvarů a jmen) a 3S- a 3p-orbitalů _{(3p x, y 3p, 3p} z). Celkem je zde přítomno 9 z nich zde.

Ve čtvrté spolu s 4s a 4p a 4d se objeví další 7 F-orbitalů - pouze 16, rovněž k dispozici na všech vyšších energetických hladin.

Ubytování elektrony v orbitalu

Atom může být reprezentován jako velmi efektní domě (jako obrácenou pyramidu) s jádrem žijící v přízemí a různých místností na horních patrech obsazených elektronů:

• v přízemí je pouze 1 koupelna (1 S);
• druhý má čtyři místnosti (2s, 2p _x 2p _y a 2p _Z);
• ve třetím patře má 9 pokojů (jeden 3S, tři 3p a pět 3d-orbitalů) a tak dále.

Ale pokoje nejsou příliš velké. Každý z nich může obsahovat pouze 2 elektrony.

Vhodným způsobem pro zobrazení atomových orbitalů, ve kterých jsou částice - je k tomu „kvantové buňky.“

quantum cell

Atomové orbitaly mohou být reprezentovány jako čtverce s elektrony v nich, znázorněných jako šipky. Často šipky směřující nahoru a dolů, se používají pro ukazují, že tyto částice se od sebe liší.

Nutnost mít různé elektronu v atomu je důsledkem kvantové teorie. Jsou-li v různých orbitalů - to je v pořádku, ale pokud jsou umístěny v jedné, mezi nimi by měl být nějaký malý rozdíl. Kvantová teorie dává vlastnosti částic, které se nazývá „spin“ - prostě ho a udává směr šipek.

1s-orbitální elektrony s dvěma vyznačenými jako čtverec se dvěma šipky směřující nahoru a dolů, ale také to může být zaznamenány ještě rychleji jako 1s ^2. To se čte jako „jeden s dva“, a nikoli jako „jedna s druhou.“ Nepleťte čísla v tomto zápisu. To označuje první energetickou hladinu, a druhá - počet částic na orbitalu.

hybridizace

V chemii, hybridizace je koncept míchání atomových orbitalů v nový hybridní schopny se párovat elektronů za vzniku chemické vazby. Sp-hybridizace vysvětluje chemické vazby sloučenin, jako jsou alkiny. V tomto modelu, atomové orbitaly uhlíku 2s a 2p jsou smíšené, tvoří dvě SP-orbitalů. Acetylen C _{2H 2} se skládá ze SP-sp-prokládání dva atomy uhlíku za vzniku å-spojení a dvě další n-vazby.

Uhlíkové atomových orbitalů v nasycených uhlovodíků mají stejné sp ³ hybridní orbitální, činka ve tvaru, jehož jedna část se je mnohem větší než druhý.

Sp ² je podobný jako předchozí hybridizaci a je tvořena smícháním jedné ů a dva p-orbitalů. Například v ethylenového molekule jsou vytvořeny tři sp ² - a jeden p-orbitální.

Atomových orbitalů: vyplňování princip

Představit si přechody z jednoho atomu do druhého v periodické tabulce chemických prvků, je možné instalovat další elektronická struktura atomu tím více částic na další dostupný orbitalu.

Elektrony, před naplněním vyšší energetické hladiny, obsadit nižší, blíže k jádru. Tam, kde je na výběr, jsou vyplněny individuálně orbitalů.

Takový postup pro plnění známý jako pravidlo Hundovo. To platí pouze tehdy, když atomové orbitaly mají stejné energie, a také pomáhá minimalizovat odpuzování mezi elektrony, což činí stabilnější atom.

Je třeba poznamenat, že v y-orbitální energie je vždy o něco méně než v okrese na stejné úrovni energie, takže první je vždy vyplněn před poslední.

Co je opravdu zvláštní je pozice 3d-orbitalů. Jsou na vyšší úrovni, než 4s, a proto 4S-orbitalů jsou vyplněny první, a pak všichni s 3D a 4p-orbitalů.

Podobný zmatek nastává i při vyšších úrovních s velkým počtem stehů nimi. Proto, například, 4F atomových orbitalů nejsou naplněny, dokud všechna místa jsou obsazena na 6s.

Znalost postupu plnění je zásadní pro pochopení toho, jak popsat elektronickou strukturu.