MGA ORBITAL NG ATOM: KUNG ANO ANG BINUBUO NILA AT MGA URI - CHEMISTRY - 2025

Ang mga orbit na atom ay ang mga rehiyon ng atom na tinukoy ng isang pag-andar ng alon para sa mga electron. Ang mga function ng wave ay mga expression na matematiko na nakuha mula sa paglutas ng equation ng Schrödinger. Inilarawan nito ang estado ng enerhiya ng isa o higit pang mga electron sa espasyo, pati na rin ang posibilidad ng paghahanap nito.

Ang konseptong pisikal na ito, na inilapat ng mga chemists upang maunawaan ang bono at ang pana-panahong talahanayan, ay isinasaalang-alang ang elektron bilang isang alon at isang maliit na butil. Samakatuwid, ang imahe ng solar system ay itinapon, kung saan ang mga elektron ay mga planeta na umiikot sa mga orbits sa paligid ng nucleus o araw.

Pinagmulan: Sa pamamagitan ng haade, sa pamamagitan ng Wikimedia Commons

Ang lipas na paggunita na ito ay madaling gamitin kapag inilalarawan ang mga antas ng enerhiya ng atom. Halimbawa: isang bilog na napapalibutan ng mga concentric na singsing na kumakatawan sa mga orbit, at ang kanilang mga static na electron. Sa katunayan, ito ang imahe kung saan ipinakilala ang atom sa mga bata at kabataan.

Gayunpaman, ang tunay na istraktura ng atom ay masyadong kumplikado upang magkaroon ng isang magaspang na larawan nito.

Isinasaalang-alang pagkatapos ang elektron bilang isang alon-butil, at paglutas ng equation ng Schrödinger kaugalian para sa hydrogen atom (ang pinakasimpleng sistema ng lahat), nakuha ang mga sikat na numero ng dami.

Ang mga bilang na ito ay nagpapahiwatig na ang mga electron ay hindi maaaring sakupin ang anumang lugar sa atom, ngunit ang mga sumusunod lamang sa isang discrete at dami ng antas ng enerhiya. Ang expression ng matematika ng nasa itaas ay kilala bilang isang function ng alon.

Kaya, mula sa hydrogen atom, ang isang serye ng mga estado ng enerhiya na pinamamahalaan ng mga numero ng dami ay tinantya. Ang mga estado ng enerhiya na ito ay tinawag na mga orbital na atom.

Ngunit, inilarawan lamang nito kung nasaan ang isang elektron sa isang hydrogen atom. Para sa iba pang mga atomo, polyelectronics, mula helium paitaas, isang orbital approximation ang ginawa. Bakit? Dahil ang paglutas ng equation ng Schrödinger para sa mga atom na may dalawa o higit pang mga elektron ay napaka kumplikado (kahit na sa kasalukuyang teknolohiya).

Ano ang mga orbit na atomic?

Ang mga orbital ng atom ay mga pag-andar ng alon na binubuo ng dalawang sangkap: isang radial, at isang anggular. Ang ekspresyong matematikal na ito ay isinulat bilang:

Ψ _nlml = R _nl (r) Y _lml (θϕ)

Bagaman mukhang kumplikado ito sa una, tandaan na ang mga numero ng n, l, at ml ay ipinahiwatig sa maliit na titik. Nangangahulugan ito na inilalarawan ng tatlong numero na ito ang orbital. Ang R _nl (r), na mas kilala bilang ang function ng radial, ay nakasalalay sa nyl; habang ang Y _lml (θϕ), angular function, ay nakasalalay sa l at ml.

Sa equation ng matematika mayroon ding mga variable r, distansya sa nucleus, at θ at ϕ. Ang resulta ng lahat ng hanay ng mga equation na ito ay isang pisikal na representasyon ng mga orbit. Alin? Ang nakita sa imahe sa itaas. Mayroong isang serye ng mga orbital ay ipinapakita na ipapaliwanag sa mga sumusunod na seksyon.

Ang kanilang mga hugis at disenyo (hindi ang mga kulay) ay nagmumula sa pag-agaw ng mga pag-andar ng alon at ang kanilang mga bahagi ng radial at anggular sa espasyo.

Pag-andar ng alon ng Radial

Tulad ng nakikita sa ekwasyon, ang R _nl (r) ay nakasalalay sa parehong n at l. Kaya, ang pag-andar ng alon ng radial ay inilarawan ng pangunahing antas ng enerhiya at mga sublevel nito.

Kung ang elektron ay maaaring ma-litrato anuman ang direksyon nito, maaaring sundin ang isang walang hanggan na maliit na punto. Pagkatapos, pagkuha ng milyun-milyong mga litrato, maaaring detalyado kung paano nagbago ang point ulap bilang isang function ng distansya sa core.

Sa ganitong paraan, ang density ng ulap sa malayo at malapit sa core ay maaaring maihambing. Kung ang parehong operasyon ay paulit-ulit ngunit sa isa pang antas ng enerhiya o sublevel, isa pang ulap ang bubuo na nakapaloob sa nauna. Sa pagitan ng dalawa mayroong isang maliit na puwang kung saan ang elektron ay hindi matatagpuan; ito ang kilala bilang isang radial node.

Gayundin, sa mga ulap ay may mga rehiyon na may mas mataas at mas mababang density ng elektron. Habang nakakakuha sila ng mas malaki at mas malayo mula sa nucleus, mayroon silang mas maraming mga radial node; at saka, isang distansya r kung saan mas madalas ang pag-ikot ng elektron at mas malamang na matagpuan.

Pag-andar ng alon

Muli, kilala ito mula sa equation na ang Y _lml (θϕ) ay pangunahing inilarawan ng mga numero ng dami at l. Sa oras na ito ay nakikilahok ito sa magnetic number number, samakatuwid, ang direksyon ng elektron sa espasyo ay tinukoy; at ang direksyon na ito ay maaaring graphed mula sa mga equation ng matematika na kinasasangkutan ng mga variable θ at ϕ.

Ngayon, hindi kami nagpapatuloy upang kumuha ng mga litrato, ngunit upang i-record ang isang video ng tilapon ng elektron sa atom. Taliwas sa nakaraang eksperimento, hindi ito kilala nang eksakto kung nasaan ang elektron, ngunit kung saan ito pupunta.

Habang gumagalaw ang elektron, inilalarawan nito ang isang mas tinukoy na ulap; sa katunayan, isang spherical figure, o isa na may lobes, tulad ng mga nakikita sa imahe. Ang uri ng mga figure at ang direksyon nila sa espasyo ay inilarawan ng l at ml.

Mayroong mga rehiyon, malapit sa nucleus, kung saan ang elektron ay hindi lumilipas at mawala ang figure. Ang mga nasabing rehiyon ay kilala bilang mga sulok ng node.

Halimbawa, kung titingnan mo ang unang spherical orbital, mabilis kang nakarating sa konklusyon na ito ay simetriko sa lahat ng mga direksyon; gayunpaman, hindi ito ang kaso sa iba pang mga orbit, na ang mga hugis ay nagpapakita ng mga walang laman na puwang. Maaari itong maobserbahan sa pinagmulan ng eroplano ng Cartesian, at sa mga eroplano na haka-haka sa pagitan ng mga lobes.

Posibilidad ng paghahanap ng elektron at bono ng kemikal

Pinagmulan: Ni CK-12 Foundation (File: High School Chemistry.pdf, pahina 265), sa pamamagitan ng Wikimedia Commons

Upang matukoy ang totoong posibilidad ng paghahanap ng isang elektron sa isang orbital, dapat isaalang-alang ang dalawang pag-andar: radial at angular. Samakatuwid, hindi sapat na ipagpalagay ang anggular na sangkap, iyon ay, ang isinalarawan na hugis ng mga orbit, ngunit din kung paano nagbabago ang kanilang density ng elektron na may paggalang sa distansya mula sa nucleus.

Gayunpaman, dahil ang mga direksyon (ml) ay nakikilala ang isang orbital mula sa isa pa, praktikal (kahit na hindi ganap na tama) upang isaalang-alang lamang ang hugis ng orbital. Sa ganitong paraan, ang paglalarawan ng bono ng kemikal ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pag-overlay ng mga figure na ito.

Halimbawa, sa itaas ay isang paghahambing na imahe ng tatlong orbitals: 1s, 2s, at 3s. Pansinin ang mga radial node nito sa loob. Ang orbital ng 1s ay walang node, habang ang iba pang dalawa ay may isa at dalawang node.

Kung isinasaalang-alang ang isang bono ng kemikal, mas madaling tandaan lamang ang spherical na hugis ng mga orbital na ito. Sa ganitong paraan, ang ns orbital ay lumalapit sa isa pa, at sa layo na r, ang elektron ay bubuo ng isang bono kasama ang elektron ng kalapit na atom. Mula rito maraming mga teorista ang bumangon (TEV at TOM) na nagpapaliwanag sa link na ito.

Paano sila isinasagisag?

Ang mga orbit na atom ay malinaw na sinasagisag bilang: nl _ml .

Kinukuha ng mga numero ng dami ang mga halaga ng integer 0, 1, 2, atbp. Habang para sa l, ang buong bilang ay pinalitan ng kaukulang titik (s, p, d, f); at para sa ml, isang variable o pormula sa matematika (maliban sa ml = 0).

Halimbawa, para sa orbital ng 1s: n = 1, s = 0, at ml = 0. Ang parehong naaangkop sa lahat ng mga orbital ns (2s, 3s, 4s, atbp.).

Upang sumagisag sa natitirang mga orbit, kinakailangan upang matugunan ang kanilang mga uri, bawat isa ay may sariling mga antas ng enerhiya at katangian.

Mga Uri

Mga orbitals s

Ang mga numero ng kabuuan l = 0, at ml = 0 (bilang karagdagan sa kanilang mga bahagi ng radial at anggular) ay naglalarawan ng isang orbital na may isang spherical na hugis. Ito ang isa na namumuno sa pyramid ng mga orbit ng paunang imahe. Gayundin, tulad ng makikita sa imahe ng mga radial node, maaasahan na ang mga orbit ng 4s, 5s at 6s ay mayroong tatlo, apat at limang node.

Ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagiging simetriko at ang kanilang mga elektron ay nakakaranas ng isang mas mabisang singil sa nukleyar. Ito ay dahil ang mga electron nito ay maaaring tumagos sa mga panloob na mga shell at mag-hover na malapit sa nucleus, na nagpapakita ng positibong atraksyon sa kanila.

Samakatuwid, mayroong isang posibilidad na ang isang 3s elektron ay maaaring tumagos sa orbital ng 2s at 1s, papalapit sa nucleus. Ang katotohanang ito ay nagpapaliwanag kung bakit ang isang atom na may mga orbital ng sp hybrid ay mas electronegative (na may isang mas malaking pagkahilig upang maakit ang elektronikong density mula sa mga kalapit na atoms) kaysa sa isa na may sp ³ hybridization .

Kaya, ang mga electron sa s orbitals ang siyang nakakaranas ng naranasan ng nucleus at higit na masigla na matatag. Sama-sama, nagbibigay sila ng isang proteksyon na epekto sa mga electron sa iba pang mga sublevels o orbitals; iyon ay, binaba nila ang aktwal na singil ng nukleyar na Z na naranasan ng mga panlabas na elektron.

Mga orbital p

Pinagmulan: David Manthey sa pamamagitan ng Wikipedia

Ang mga orbital ng p ay may mga numero ng dami ng l = 1, at may mga halaga ng ml = -1, 0, +1. Iyon ay, ang isang elektron sa mga orbit na ito ay maaaring tumagal ng tatlong mga direksyon, na kinakatawan bilang dilaw na dumbbells (ayon sa imahe sa itaas).

Tandaan na ang bawat dumbbell ay matatagpuan kasama ang isang Cartesian x, y, at z axis. Samakatuwid, ang p orbital na matatagpuan sa x axis ay ipinapahiwatig bilang p _x ; ang isa sa y, p _y axis ; at kung ito ay tumuturo patayo sa eroplano xy, iyon ay, sa z axis, kung gayon ito ay p _z .

Ang lahat ng mga orbit ay patayo sa bawat isa, iyon ay, bumubuo sila ng isang anggulo ng 90º. Gayundin, ang angular function ay nawawala sa nucleus (ang pinagmulan ng axis ng Cartesian), at may posibilidad lamang na makahanap ng electron sa loob ng lobes (na ang density ng elektron ay nakasalalay sa pag-andar ng radial).

Mahina na epekto ng kalasag

Ang mga elektron sa mga orbit na ito ay hindi maaaring tumagos sa mga panloob na mga shell tulad ng mga orbitals. Ang paghahambing ng kanilang mga hugis, ang mga p orbitals ay lilitaw na mas malapit sa nucleus; gayunpaman, ang mga ns electrons ay matatagpuan mas madalas sa paligid ng nucleus.

Ano ang kinahinatnan ng nasa itaas? Na ang isang np elektron ay nakakaranas ng isang mas mabisang epektibong singil ng nukleyar. Bukod dito, ang huli ay karagdagang nabawasan sa pamamagitan ng pananggalang na epekto ng mga orbitals. Ipinapaliwanag nito, halimbawa, kung bakit ang isang atom na may sp ³ hybrid orbitals ay hindi gaanong electronegative kaysa sa isa na may sp ² o sp orbitals .

Mahalaga rin na tandaan na ang bawat dumbbell ay may isang anggular na eroplano ng nodal, ngunit walang mga radial node (ang mga orbit na 2p lamang). Iyon ay, kung ito ay hiniwa, walang mga layer sa loob tulad ng orbital ng 2s; ngunit mula sa 3p orbital paitaas, ang mga radial node ay magsisimulang obserbahan.

Ang mga anggular na node ay may pananagutan para sa mga panlabas na elektron na nakakaranas ng hindi magandang epekto ng panangga. Halimbawa, ang 2s electrons ay nagtatanim ng mga nasa orbital ng 2p na mas mahusay kaysa sa 2p electrons na kalasag sa mga nasa orbital ng 3s.

Px, Py at Pz

Dahil ang mga halaga ng ml ay -1, 0, at +1, ang bawat isa ay kumakatawan sa isang orbital ng Px, Py, o Pz. Sa kabuuan, maaari silang mapaunlakan ang anim na elektron (dalawa para sa bawat orbital). Ang katotohanang ito ay mahalaga para sa pag-unawa sa elektronikong pagsasaayos, ang pana-panahong talahanayan, at ang mga elemento na bumubuo sa tinatawag na p-block.

Mga orbitals d

Pinagmulan: Ni Hanilakkis0528, mula sa Wikimedia Commons

Ang d orbitals ay may mga halaga ng l = 2, at ml = -2, -1, 0, +1, +2. Samakatuwid mayroong limang orbit na may kakayahang humawak ng sampung elektron sa kabuuan. Ang limang mga anggular na pag-andar ng d orbitals ay kinakatawan sa imahe sa itaas.

Ang mga una, ang 3d orbitals, kakulangan ng mga radial node, ngunit ang lahat ng iba pa, maliban sa orbital ng d _z2 , ay may dalawang eroplano ng nodal; hindi ang mga eroplano ng imahe, dahil ang mga ito ay nagpapakita lamang kung saan matatagpuan ang mga orange na lobes na may mga hugis ng mga dahon ng klouber. Ang dalawang eroplano ng nodal ay yaong mga bisect na patayo sa grey na eroplano.

Ang kanilang mga hugis ay gumagawa ng mga ito kahit na hindi gaanong epektibo sa pagprotekta sa epektibong singil ng nukleyar. Bakit? Sapagkat mayroon silang mas maraming mga node, na kung saan ang nucleus ay maaaring maakit ang mga panlabas na elektron.

Samakatuwid, ang lahat ng d orbitals ay nag-aambag sa isang hindi gaanong binibigkas na pagtaas ng atomic radii mula sa isang antas ng enerhiya patungo sa isa pa.

Mga orbitals f

Pinagmulan: Ni Geek3, mula sa Wikimedia Commons

Sa wakas, ang f orbitals ay may mga numero ng dami na may mga halaga ng l = 3, at ml = -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. Mayroong pitong f orbitals, para sa isang kabuuang labing-apat na elektron. Ang mga orbit na ito ay magagamit mula sa panahon ng 6, mababaw na sinasagisag bilang 4f.

Ang bawat isa sa mga anggular na pag-andar ay kumakatawan sa mga lobes na may masalimuot na mga hugis at maraming mga nodal na eroplano. Samakatuwid, pinoprotektahan nila ang mga panlabas na elektron kahit na mas kaunti at ipinapaliwanag ng hindi pangkaraniwang bagay na ito kung ano ang kilala bilang pag-urong ng lanthanide.

Para sa kadahilanang ito, para sa mabibigat na mga atomo ay walang binibigkas na pagkakaiba-iba sa kanilang atomic radii mula sa isang antas n hanggang sa isa pang n + 1 (6n hanggang 7n, halimbawa). Sa ngayon, ang 5f orbitals ang huling nahanap sa natural o artipisyal na mga atomo.

Sa lahat ng iniisip, ang isang gulpo ay magbubukas sa pagitan ng kung ano ang kilala bilang ang orbit at ang mga orbit. Bagaman ang teksto ay magkapareho, sa katotohanan ay ibang-iba sila.

Ang konsepto ng orbital ng atom at ang pagtatantya ng orbital ay nagawa upang ipaliwanag ang bono ng kemikal, at kung paano ito, sa isang paraan o iba pa, nakakaapekto sa istruktura ng molekular.

Mga Sanggunian

1. Shiver & Atkins. (2008). Diorganikong kimika. (Ikaapat na edisyon., Pp. 13-8). Mc Graw Hill.
2. Harry B. Grey. (1965). Mga Elektron at Pag-bonding ng Chemical. WA Benjamin, Inc. New York.
3. Quimitube. (sf). Mga orbit ng atom at dami ng dami. Nabawi mula sa: quimitube.com
4. Nave CR (2016). Visualizing Electron Orbitals. Nabawi mula sa: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Clark J. (2012). Mga Atbitikong Orbitals. Nabawi mula sa: chemguide.co.uk
6. Mga kwentong kwantum. (Agosto 26, 2011). Mga orbit na atomiko, kasinungalingan ng isang high school. Nabawi mula sa: cuentos-cuanticos.com