Orbital atom dalam apa yang mereka ada, bagaimana mereka dilambangkan dan jenis

The orbital atom adalah kawasan-kawasan atom yang ditakrifkan oleh fungsi gelombang untuk elektron. Fungsi gelombang adalah ungkapan matematik yang diperoleh daripada resolusi persamaan Schrödinger. Ini menggambarkan keadaan tenaga satu atau lebih elektron di angkasa, serta kebarangkalian mencarinya.

Konsep fizikal ini, yang digunakan oleh ahli kimia untuk memahami pautan dan jadual berkala, menganggap elektron sebagai gelombang dan zarah pada masa yang sama. Oleh itu, imej sistem suria dibuang, di mana elektron adalah planet berputar di orbit sekitar nukleus atau matahari.

Visualisasi usang ini praktikal apabila menggambarkan tahap tenaga atom. Contohnya: bulatan yang dikelilingi oleh cincin sepusat yang mewakili orbit, dan elektron statik mereka. Malah, ini adalah imej yang mana atom diperkenalkan kepada kanak-kanak dan orang muda.

Walau bagaimanapun, struktur atom sebenar terlalu rumit untuk mempunyai imej anggaran.

Memandangkan kemudian elektron sebagai zarah gelombang, dan menyelesaikan persamaan kebezaan Schrödinger untuk atom hidrogen (sistem paling mudah semua), bilangan kuantum yang terkenal diperolehi.

Angka-angka ini menunjukkan bahawa elektron tidak boleh menduduki mana-mana tempat atom, tetapi hanya mereka yang mematuhi tahap tenaga bijaksana dan berkuantisasi. Ungkapan matematik di atas dikenali sebagai fungsi gelombang.

Oleh itu, dari atom hidrogen, satu siri keadaan energik yang dikawal oleh nombor kuantum dianggarkan. Negara tenaga ini dinamakan orbital atom.

Tetapi, ini hanya menggambarkan keberadaan elektron dalam atom hidrogen. Untuk atom-atom lain, polyelectronics, dari helium dan seterusnya, penghampiran orbit dibuat. Mengapa? Kerana resolusi persamaan Schrödinger untuk atom dengan dua atau lebih elektron sangat rumit (bahkan dengan teknologi saat ini).

Indeks

• 1 Apakah orbital atom??
  • 1.1 Fungsi gelombang radial
  • 1.2 Fungsi gelombang sudut
  • 1.3 Kemungkinan mencari ikatan elektron dan kimia
• 2 Bagaimana mereka dilambangkan?
• 3 jenis
  • 3.1 Orbitals
  • 3.2 Orbital p
  • 3.3 Orbitals d
  • 3.4 Orbital
• 4 Rujukan

Apakah orbital atom?

Orbital atom adalah fungsi gelombang yang terdiri daripada dua komponen: satu radial, dan satu sudut. Ungkapan matematik ini ditulis sebagai:

Ψ_nlml = R_nl(r) · Y_lml(θφ)

Walaupun ia mungkin kelihatan rumit pada mulanya, perhatikan nombor kuantum n, l dan ml Mereka ditunjukkan dengan huruf kecil. Ini bermakna ketiga-tiga nombor ini menggambarkan orbit. R_nl(r), lebih dikenali sebagai fungsi jejarian, bergantung kepada n dan l; manakala Y_lml(θφ), fungsi sudut, bergantung kepada l dan ml.

Dalam persamaan matematik terdapat juga pembolehubah r, jarak kepada nukleus, dan θ dan φ. Hasil dari semua persamaan ini adalah representasi fizikal orbital. Apa? Yang dilihat dalam imej di atas. Terdapat satu siri orbital yang akan dijelaskan dalam bahagian berikut.

Bentuk dan reka bentuknya (bukan warna) datang dari merancang ruang dalam fungsi gelombang dan komponen radial dan sudutnya.

Fungsi gelombang radial

Seperti yang dilihat dalam persamaan, R_nl(r) ia sangat bergantung n sebagai l. Kemudian, fungsi gelombang radial diterangkan oleh tahap tenaga utama dan sub-levelnya.

Jika sebuah gambar boleh diambil dari elektron tanpa mengambil kira arahnya, satu titik yang sangat kecil dapat diperhatikan. Kemudian, mengambil berjuta-juta gambar, anda boleh terperinci bagaimana titik awan berubah berdasarkan jarak ke nukleus.

Dengan cara ini, ketumpatan awan boleh dibandingkan dalam jarak dan kedekatan nukleus. Sekiranya operasi yang sama diulangi tetapi dengan tahap tenaga atau sub-tahap lain, awan yang lain akan terbentuk yang melampirkan yang terdahulu. Antara keduanya ada ruang kecil di mana elektron tidak pernah ada; ini adalah apa yang dikenali sebagai nod radial.

Juga, di awan terdapat kawasan dengan ketumpatan elektronik yang lebih tinggi dan lebih rendah. Apabila mereka menjadi lebih besar dan bergerak lebih jauh dari nukleus, mereka mempunyai nod yang lebih radial; dan juga jarak r di mana elektron bergerak lebih kerap dan lebih cenderung untuk menemuinya.

Fungsi gelombang sudut

Sekali lagi, dari persamaan itu diketahui bahawa Y_lml(θφ) digambarkan terutamanya oleh nombor kuantum l dan ml. Kali ini ia mengambil bahagian dalam bilangan kuantum magnet, oleh itu, arah elektron di ruang ditakrifkan; dan alamat ini boleh diplot dari persamaan matematik yang melibatkan pembolehubah θ dan φ.

Sekarang, kita tidak terus mengambil gambar, tetapi untuk merakam video jalan elektron dalam atom. Tidak seperti eksperimen terdahulu, tidak diketahui di mana sebenarnya elektron, tetapi di mana ia pergi.

Apabila bergerak, elektron menerangkan awan yang lebih jelas; sebenarnya, bentuk sfera, atau satu dengan cuping, seperti yang dilihat dalam imej. Jenis angka dan arah mereka di ruang dijelaskan oleh l dan ml.

Terdapat kawasan, dekat dengan nukleus, di mana elektron tidak transit dan angka itu hilang. Kawasan sedemikian dikenali sebagai nod sudut.

Sebagai contoh, jika orbital sfera pertama diperhatikan, ia dengan cepat menyimpulkan bahawa ia adalah simetri dalam semua arah; Walau bagaimanapun, ini tidak berlaku dengan orbital yang lain, yang bentuknya mendedahkan ruang kosong. Ini dapat diperhatikan pada asal-usul pesawat Cartesian, dan dalam pesawat khayalan antara lobus.

Kemungkinan mencari ikatan elektron dan kimia

Untuk menentukan kebarangkalian sebenar mencari elektron dalam orbit, kedua-dua fungsi mesti dipertimbangkan: radial dan sudut. Oleh itu, tidak cukup untuk menganggap komponen sudut, iaitu, bentuk orbital yang digambarkan, tetapi juga bagaimana perubahan ketumpatan elektroniknya berkenaan dengan jarak nukleus..

Walau bagaimanapun, kerana alamat (ml) membezakan satu orbit dari yang lain, adalah praktikal (walaupun mungkin tidak sepenuhnya betul) untuk mempertimbangkan hanya bentuknya. Dengan cara ini, perihalan ikatan kimia dijelaskan oleh pertindihan angka-angka ini.

Contohnya, imej perbandingan tiga orbital ditunjukkan di atas: 1s, 2s dan 3s. Perhatikan nod jejariannya di dalamnya. The orbital 1s tidak mempunyai nod, manakala yang lain mempunyai satu dan dua nod.

Apabila mempertimbangkan ikatan kimia, lebih mudah untuk diingat hanya bentuk sfera orbital ini. Dengan cara ini, orbital ns menghampiri yang lain, dan pada jarak jauh r, elektron akan membentuk ikatan dengan elektron atom tetangga. Dari sini terdapat beberapa teori (TEV dan TOM) yang menjelaskan pautan ini.

Bagaimana mereka dilambangkan?

Orbital atom, secara jelas, dilambangkan sebagai: nl_ml.

Nombor kuantum mengambil nilai keseluruhan 0, 1, 2, dan lain-lain, tetapi untuk melambangkan orbital hanya dibiarkan n nilai berangka Sementara untuk l, nombor keseluruhan digantikan dengan huruf sepadannya (s, p, d, f); dan untuk ml, pembolehubah atau formula matematik (kecuali untuk ml= 0).

Sebagai contoh, untuk orbit 1s: n= 1, s = 0, dan ml= 0 Perkara yang sama berlaku untuk semua orbital ns (2s, 3s, 4s, dan sebagainya).

Untuk melambangkan seluruh orbital yang lain, adalah perlu untuk menangani jenis mereka, masing-masing dengan tahap tenaga dan ciri-cirinya sendiri.

Jenis

Orbital

Nombor kuantum l= 0, dan ml= 0 (sebagai tambahan kepada komponen radial dan sudut) menggambarkan orbit dengan bentuk sfera. Ini adalah yang mengetuai piramid orbital imej awal. Juga, seperti yang dilihat dalam imej nod radial, boleh dijangka bahawa orbital 4s, 5 dan 6 mempunyai tiga, empat dan lima nod.

Mereka dicirikan dengan simetri dan elektron mereka mengalami caj nuklear yang berkesan. Ini kerana elektron mereka boleh menembusi lapisan dalaman dan berlegar sangat dekat dengan nukleus, yang menimbulkan tarikan positif kepada mereka.

Oleh itu, terdapat kebarangkalian bahawa elektron 3s dapat menembusi orbit 2s dan 1s, menghampiri nukleus. Fakta ini menjelaskan mengapa atom dengan orbital hibrid sp, lebih banyak elektronegatif (dengan kecenderungan yang lebih besar untuk menarik ketumpatan elektronik atom tetangga) daripada itu dengan sp hibridisasi.³.

Oleh itu, elektron orbital adalah yang paling banyak mengalami pertuduhan nukleus dan secara bertenaga lebih stabil. Bersama-sama, mereka memberi kesan perisai pada elektron sub-level atau orbital yang lain; iaitu, mereka mengurangkan caj nuklear sebenar Z yang dialami oleh elektron yang paling luar.

Orbital p

Orbital p mempunyai nombor kuantum l= 1, dan dengan nilai-nilai ml= -1, 0, +1. Iaitu, satu elektron dalam orbit ini boleh mengambil tiga arah, yang diwakili sebagai dumbbells kuning (mengikut imej di atas).

Perhatikan bahawa setiap dumbbell diletakkan di sepanjang paksi Cartesian x, dan dan z. Oleh itu, p orbit yang terletak pada paksi x, dilambangkan sebagai p_x; yang ada pada paksi y, h_dan; dan jika ia menunjuk secara serentak ke satah xy, iaitu, pada paksi z, maka p_z.

Semua orbital adalah tegak lurus antara satu sama lain, iaitu, ia membentuk sudut 90º. Juga, fungsi sudut menghilang dalam nukleus (asal paksi Cartesian), dan hanya ada kemungkinan untuk mencari elektron di dalam lobus (yang ketumpatan elektron bergantung pada fungsi radial).

Kesan perisai yang lemah

Elektron orbital ini tidak dapat menembus lapisan dalaman dengan kemudahan yang sama seperti orbital s. Membandingkan bentuk mereka, orbital p kelihatan lebih dekat dengan nukleus; bagaimanapun, elektron ns paling kerap dijumpai di sekitar nukleus.

Apakah akibatnya di atas? Bahawa sebuah elektron NP mengalami caj nuklear yang lebih rendah. Dan di samping itu, kedua ini dikurangkan lagi dengan kesan skrining orbital s. Ini menjelaskan, sebagai contoh, mengapa atom dengan orbital hibrid sp³ ia kurang elektronegatif daripada itu dengan orbital sp² atau sp.

Ia juga penting untuk diperhatikan bahawa setiap dumbbell mempunyai satah nodal sudut, tetapi tiada nadi radial (orbital 2p tiada yang lain). Maksudnya, jika ia dihiris, di dalamnya tidak ada lapisan seperti orbital 2s; tetapi dari orbit 3p dan seterusnya, nod radial akan mula diperhatikan.

Nodus sudut ini bertanggungjawab untuk fakta bahawa elektron terluar mengalami kesan perisai yang lemah. Sebagai contoh, 2s elektron melindungi perintang orbital 2p dengan ijazah yang lebih besar daripada elektron 2p kepada orbital 3s.

Px, Py dan Pz

Sejak nilai-nilai ml adalah -1, 0 dan +1, masing-masing mewakili orbit Px, Py atau Pz. Secara keseluruhan, mereka boleh menampung enam elektron (dua untuk setiap orbit). Fakta ini adalah penting untuk memahami konfigurasi elektronik, jadual berkala, dan unsur-unsur yang membentuk blok yang dipanggil p.

Orbital

Orbital d mempunyai nilai l= 2, dan ml= -2, -1, 0, +1, +2. Oleh itu, terdapat lima orbital yang mampu memegang sepuluh elektron secara total. Lima fungsi sudut orbital d diwakili dalam imej di atas.

Yang pertama, orbital 3d, kekurangan nod radial, tetapi semua yang lain, kecuali orbital d_z2, mempunyai dua pesawat nodal; bukan pesawat imej, kerana ini hanya menunjukkan di mana paksi lobus oren diletakkan dengan bentuk daun semanggi. Kedua-dua pesawat nod adalah mereka yang bisect tegak lurus dengan pesawat kelabu.

Bentuk mereka menjadikan mereka kurang berkesan dalam melindungi beban nuklear yang berkesan. Mengapa? Kerana mereka mempunyai lebih banyak nod, di mana nukleus dapat menarik elektron luaran.

Oleh itu, semua orbital d menyumbang kepada peningkatan radii atom yang kurang ketara dari satu tahap tenaga kepada yang lain.

Orbital

Akhirnya, orbital f mempunyai nombor kuantum dengan nilai-nilai l= 3, dan ml= -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. Terdapat tujuh orbital f, untuk sejumlah empat belas elektron. Orbital ini mula boleh didapati dari tempoh 6, dilambangkan secara dangkal sebagai 4f.

Setiap fungsi sudut mewakili lobus dengan bentuk yang rumit dan beberapa pesawat nodal. Oleh itu, mereka melindungi lebih sedikit elektron luaran dan fenomena ini menerangkan apa yang dikenali sebagai penguncupan lanthanide.

Atas sebab itu bagi atom-atom berat tidak ada variasi ketara dari radius atom mereka pada tahap n kepada yang lain n + 1 (6n ke 7n, sebagai contoh). Setakat ini, orbital 5f adalah yang terakhir ditemui dalam atom semula jadi atau buatan.

Dengan semua ini, sebuah jurang membuka antara apa yang dikenali sebagai orbit dan orbital. Walaupun verbatim mereka sama, sebenarnya mereka sangat berbeza.

Konsep orbital atom dan pendekatan orbital telah membenarkan penjelasan kepada ikatan kimia, dan bagaimana ini boleh, dalam satu cara atau yang lain, mempengaruhi struktur molekul.

Rujukan

1. Shiver & Atkins. (2008). Kimia anorganik (Edisi keempat, halaman 13-8). Mc Graw Hill.
2. Harry B. Grey. (1965). Elektron dan Ikatan Kimia. W.A. Benjamin, Inc. New York.
3. Quimitube (s.f.). Orbital atom dan nombor kuantum. Diperolehi daripada: quimitube.com
4. Kapal C. R. (2016). Menggambarkan Orbital Elektron. Diperolehi daripada: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Clark J. (2012). Orbital Atom. Diperolehi daripada: chemguide.co.uk
6. Cerita kuantum (26 Ogos 2011). Orbital atom, kebohongan sekolah tinggi. Pulih daripada: cuentos-cuanticos.com