Čo sú degenerované orbitály?

degenerované orbitály všetci sú tí, ktorí sú na rovnakej úrovni energie. Podľa tejto definície musia mať rovnaké hlavné kvantové číslo n. Takže orbitály 2s a 2p sú degenerované, pretože patria do energetickej úrovne 2. Je však známe, že ich funkcie uhlových a radiálnych vĺn sú rôzne.

Ako hodnoty n, elektróny začnú zaberať iné podúrovne energie, ako sú orbitály d a f. Každý z týchto orbitálov má svoje vlastné charakteristiky, ktoré sú na prvý pohľad pozorované v ich uhlových formách; tieto sú sférické (s), činkové (p), trojlístkové (d) a globulárne (f) čísla.

Medzi nimi je energetický rozdiel, dokonca patriaci do rovnakej úrovne n.

Napríklad horný obrázok ukazuje energetickú schému s orbitálmi obsadenými nepárovými elektrónmi (abnormálny prípad). Je možné vidieť, že zo všetkých najstabilnejších (najnižšia energia) sú obežné dráhy ns (1s, 2s, ...), zatiaľ čo nf je najviac nestabilná (najvyššia energia).

index

• 1 Degenerované orbitály izolovaného atómu
  • 1.1 Orbitály str
  • 1.2 Orbitály
  • 1.3 Orbitály
• 2 degenerované hybridné orbitály
• 3 Odkazy

Degenerované orbitály izolovaného atómu

Degenerované orbitály s rovnakou hodnotou n, sú v rovnakej schéme v energetickom systéme. Z tohto dôvodu sú tri červené pruhy, ktoré symbolizujú p orbitály, umiestnené v tom istom riadku; ako fialové a žlté pruhy.

Schéma obrazu porušuje Hundove pravidlo: orbitály s vyššou energiou sú naplnené elektrónmi bez toho, aby ich najprv spárovali s nižšími energetickými orbitálmi. Keď sa elektróny spárujú, obežná dráha stráca energiu a vyvíja väčšie elektrostatické odpudzovanie na nepárových elektrónoch iných orbitálov..

Takéto účinky však nie sú zohľadnené v mnohých energetických diagramoch. Ak áno, a poslúchajúc Hundove pravidlo bez úplného naplnenia d orbitálov, bolo by vidieť, že prestali byť degenerovaní.

Ako je uvedené vyššie, každý orbitál má svoje vlastné charakteristiky. Izolovaný atóm so svojou elektronickou konfiguráciou má svoje elektróny usporiadané v presnom počte orbitálov, ktoré umožňujú ich umiestnenie. Za degenerovaných možno považovať iba tých, ktorí sú si rovní.

Orbitály str

Tri červené pruhy pre degenerované p orbitály v obraze naznačujú, že obidva_x, p_a a str_z Majú rovnakú energiu. V každom je nepárový elektrón, opísaný štyrmi kvantovými číslami (n, l, ml a viac), zatiaľ čo prvé tri opisujú orbitály.

Jediný rozdiel medzi nimi je označený magnetickým momentom ml, ktorá čerpá trajektóriu p_x na osi x, s_a na osi y a p_z na osi z. Všetky tri sú rovnaké, ale líšia sa len v ich priestorových orientáciách. Z tohto dôvodu sú vždy v súlade s energiou, to znamená degenerované.

Keďže sú rovnaké, atóm izolovaný z dusíka (s konfiguráciou 1s)²2s²2p³) musí udržiavať degenerované svoje tri orbity p. Energetický scenár sa však náhle zmení, ak sa vezme do úvahy atóm dusíka v molekule alebo chemickej zlúčenine.

Prečo? Pretože hoci p_x, p_a a str_z v energii sú si rovní, v každom z nich sa môžu líšiť, ak majú odlišné chemické prostredie; to znamená, ak sú spojené s rôznymi atómami.

d orbitálov

Existuje päť fialových pruhov, ktoré označujú d orbitály. V izolovanom atóme, aj keď majú párované elektróny, sa týchto päť orbitálov považuje za degenerované. Na rozdiel od p orbitálov však tentokrát existuje výrazný rozdiel v ich uhlových tvaroch.

Preto ich elektróny smerujú v priestore, ktorý sa líši od jedného orbitálu d k inému. To spôsobuje, podľa teória kryštalického poľa, že minimálne rušenie spôsobí a rozdelenie energie orbitálov; to znamená, že päť fialových pásikov je oddelených, pričom medzi nimi zostáva energetická medzera:

Aké sú vyššie uvedené orbitály a ktoré nižšie? Tí na vrchole sú symbolizovaní ako a_g, a nižšie T_2g. Všimnite si, ako boli pôvodne všetky fialové pruhy zarovnané a teraz bola vytvorená sada dvoch orbitálov a_g viac energie ako ostatné súbory troch orbitálov T_2g.

Táto teória nám umožňuje vysvetliť prechody d-d, ku ktorým sa pripisuje mnoho farieb pozorovaných v zlúčeninách prechodných kovov (Cr, Mn, Fe, atď.). A prečo je táto elektronická porucha? K koordinačným interakciám kovového centra s inými molekulami sa hovorí ligandy.

f orbitálov

A s f orbitals, cítia žlté pruhy, situácia dostane ešte zložitejšie. Ich priestorové smery sa medzi nimi veľmi líšia a vizualizácia ich väzieb je príliš zložitá.

V skutočnosti sú f orbitály považované za také vnútorné, že sa „nezúčastňujú na tvorbe dlhopisov“.

Keď je izolovaný atóm s f orbitálmi obklopený inými atómami, interakcie začínajú a objavuje sa odvíjanie (strata degenerácie):

Všimnite si, že teraz žlté pruhy tvoria tri sady: T_1g, T_2g a na_1g, a ktoré už nie sú degenerované.

Degenerované hybridné orbitály

Bolo vidieť, že orbity sa môžu rozvinúť a stratiť degeneráciu. Hoci to vysvetľuje elektronické prechody, bledne pri objasňovaní toho, ako a prečo existujú rôzne molekulárne geometrie. Tu vstupujú hybridné orbitály.

Aké sú jeho hlavné charakteristiky? Že sú degenerovaní. Tak vznikajú zo zmesi znakov orbitálov s, p, d a f, aby vznikli degenerované hybridy.

Napríklad tri p orbitály sa zmiešajú s jedným, čím sa získajú štyri sp orbitály³. Všetky sp orbitals³ sú degenerované, a preto majú rovnakú energiu.

Ak sa navyše štyri d orbitály zmiešajú so štyrmi sp³, dostanete šesť sp orbitals³d².

A ako vysvetľujú molekulárne geometrie? Keďže sú šesť, majú rovnaké energie, preto musia byť orientované symetricky v priestore, aby sa vytvorili rovnaké chemické prostredia (napríklad v MF zlúčenine).₆).

Keď tak urobia, vytvorí sa oktaedron koordinácie, ktorý sa rovná oktaedrickej geometrii okolo stredu (M).

Avšak geometrie majú sklon k deformáciám, čo znamená, že ani hybridné orbitály nie sú úplne degenerované. Záverom možno povedať, že degenerované orbitály existujú len v izolovaných atómoch alebo vo vysoko symetrických prostrediach.

referencie

1. Slovník chemicool. (2017). Definícia degenerovaného Zdroj: chemicool.com
2. SparkNotes LLC. (2018). Atómy a atómové orbitály. Zdroj: sparknotes.com
3. Čistá chémia (N. D.). Elektronická konfigurácia. Obnovené z: es-puraquimica.weebly.com
4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chémia. (8. vydanie). CENGAGE Učenie.
5. Moreno R. Esparza. (2009). Kurz koordinácie chémie: Fields a orbitals. [PDF]. Zdroj: depa.fquim.unam.mx
6. Shiver & Atkins. (2008). Anorganická chémia (Štvrté vydanie). Mc Graw Hill.