Hvad er de atomorbitaler?

I kemi og fysik atomorbitalers - en funktion kaldet bølge, som beskriver de egenskaber, der er karakteristiske for ikke mere end to elektroner i nærheden af atomkernen eller kerner af systemet i molekylet. Orbital er ofte afbildet som en tredimensional område, hvor der er en 95 procent sandsynlighed for at finde elektronen.

Orbitaler og kredsløb

Når en planet bevæger sig rundt om Solen, det skitserer en sti kaldet en bane. Tilsvarende atom kan være repræsenteret i form af elektroner, kredser i kredsløb omkring kernen. Faktisk alt er anderledes, og elektronerne er i de områder af rummet kendt som atomorbitaler. Kemi atom indhold forenklet beregningsmodel for den bølge af Schrödingerligningen og dermed bestemme mulige tilstande af elektronen.

Orbits og orbitaler lyder ens, men de har helt forskellige betydninger. Det er afgørende at forstå forskellen mellem dem.

Billeder kan ikke kredser

For at konstruere bane noget, du behøver at vide præcis, hvor objektet er, og være i stand til at bestemme, hvor det vil være i et øjeblik. Dette er ikke muligt for en elektron.

Ifølge Heisenbergs usikkerhed, er det umuligt at vide præcis, hvor partiklen er i øjeblikket, og hvor det vil være senere. (Faktisk er princippet siger, at det er umuligt at afgøre, på samme tid og med den absolut sikkerhed af sit momentum og fremdrift).

Derfor er det umuligt at bygge en bane bevægelse af elektroner omkring kernen. Er dette et stort problem? Nej. Hvis noget er umuligt, bør den tages, og at finde måder at komme rundt.

Elektroniske brint - 1s-orbital

Antag at der er en hydrogen og på et bestemt tidspunkt er grafisk påtrykt position en elektron. Kort efter, at gentages proceduren, og observatøren finder, at partiklen er i en ny stilling. Da hun kom ud af første sted i den anden, er det ikke kendt.

Hvis vi fortsætter med at handle på denne måde, efterhånden dannet en slags 3D-kort over de sandsynlige steder, hvor partikel.

I tilfælde af hydrogenatomet elektron kan være hvor som helst i et kugleformet rum, der omgiver kernen. Diagrammet viser et tværsnit af den sfæriske rum.

95% af tiden (eller enhver anden procentdel, fordi hundrede procent sikkerhed kan tilvejebringe et univers dimensioner), vil elektronen være inden for ret let bestemmes plads region tilstrækkeligt tæt til kernen. Sådan afbildning kaldes orbital. Atomorbitaler - et område af rummet, hvor der er en elektron.

Hvad laver han? Vi ved ikke, kan ikke vide, og så jeg bare ignorere problemet! Vi kan kun sige, at hvis elektronen er i et bestemt orbital, vil det have en vis energi.

Hver orbital har et navn.

Den plads, som hydrogen elektron kaldes 1s-orbital. Enheden her betyder, at partiklen er på nær til kernen af energiniveauet. S angiver formen af kredsløb. S-orbitaler sfærisk symmetrisk i forhold til kernen - mindst som en hul kugle med en temmelig tæt materiale med en kerne i dens centrum.

2s

Næste orbitale - 2s. Det svarer til 1s, bortset fra, at det område, mest sandsynligt at finde elektronen er længere væk fra kernen. Dette andet orbital energiniveau.

Hvis man ser nøje, vil du bemærke, at jo tættere på kernen har en mere region af lidt højere elektron densitet ( "tæthed" er en anden måde at henvise til sandsynligheden for, at partiklen er til stede i et bestemt sted).

2s-elektroner (og 3s, 4s, og så videre. D.) Tilbring en del af deres tid er meget tættere på centrum af atomet, end man kunne forvente. Dette resulterer i et mindre fald i deres energi på s-orbitaler. Jo tættere elektronen nærmer kernen, jo mindre deres energi.

3S-, 4s-orbitaler (og t. D.) Anbragt længere væk fra centrum atom.

P-orbitaler

Ikke alle elektroner bebor s-orbital (faktisk meget få af dem er derude). På første energiniveau er den eneste tilgængelige sted for dem er placeringen af 1s, den anden tilføjede 2s og 2p.

Orbitaler af denne type forekommer mere som 2 ens balloner er forbundet til hinanden i kernen. Diagrammet viser et tværsnit af en 3-dimensionel rumlig region. Igen, orbital viser kun den region med en 95 procent sandsynlighed for at finde en enkelt elektron.

Hvis vi forestiller os det vandrette plan, som passerer gennem kernen på en sådan måde, at den ene del af kredsløbet vil blive placeret over planet, og den anden under det, så der er nul sandsynligheden for at finde elektronen i dette plan. Eftersom partikel bevæger sig fra den ene del til den anden, hvis han aldrig ville være i stand til at passere gennem ringen flyet? Dette er på grund af sin bølge natur.

Modsætning s-, p-orbital har en vis retningsvirkning.

På nogen energi niveau kan have tre helt tilsvarende p orbitaler vinkelret på hinanden. De er arbitrært betegnet med symbolerne p _x, p _{y og} p _z. Så lavet for nemheds skyld - hvad der menes med de retninger af X, Y eller Z, er det konstant forandring, at t atom bevæger sig tilfældigt i rummet ...

P-orbitaler på anden energiniveau kaldes 2p _x 2p _y og 2p _z. Der er ens orbital og følg _{- 3p x, 3p y, 3p} z, 4p x, 4p y, 4p z og så videre.

Alle niveauer, med undtagelse af den første, har p-orbitaler. Ved højere "kronblade" pull, med det mest sandsynlige sted for at finde elektronen i en større afstand fra kernen.

d- og f-orbitaler

Ud over den s- og p-orbitaler, er der to andre sæt af orbitaler rådighed for elektroner til højere energiniveauer. Den tredje mulige eksistens af fem d-orbitalerne (med komplekse former og navne) og 3S-og 3p-orbitaler _{(3p x, 3p y, 3p} z). I alt er der 9 af dem her.

I den fjerde, sammen med 4s og 4p og 4d vises yderligere 7 f-orbitaler - kun 16, også tilgængelig på alle højere energiniveauer.

Overnatning elektroner i orbitaler

Et atom kan repræsenteres som en meget fancy hus (ligesom en omvendt pyramide) med kernen bor i stueetagen, og forskellige værelser på de øverste etager besat af elektroner:

• i stueetagen er der kun 1 badeværelse (1s);
• den anden har fire værelser (2s, 2p _x 2p _y og 2p _z);
• på tredje sal har 9 værelser (en 3s, tre 3p og fem 3d-orbitaler) og så videre.

Men værelserne er ikke meget store. Hver af dem kan kun indeholde 2 elektroner.

En bekvem måde at vise de atomorbitaler, hvori partiklerne er - er at tegne en "quantum celle."

quantum celle

Atomorbitaler kan repræsenteres som firkanter med elektronerne i dem, vist som pile. Ofte pile peger op og ned, anvendes til at vise, at disse partikler, adskiller sig fra hinanden.

Nødvendigheden af at have forskellig elektron i atomet er en konsekvens af quantum teori. Hvis de er i forskellige orbitaler - det er fint, men hvis de er placeret i en, mellem dem der bør være nogle subtil forskel. Quantum teori giver egenskaberne af de partikler, som kaldes "spin" - bare ham og angiver retningen af pilene.

1s-orbital elektroner med to afbildet som en firkant med to pile, der peger op og ned, men det kan også registreres endnu hurtigere som 1s ^2. Dette læses som "en s to" og ikke som "en s potens." Du må ikke forveksle tallene i denne notation. Det betegner den første energiniveau, og det andet - antallet af partikler på den orbitale.

hybridisering

I kemi, hybridisering er begrebet blanding atomorbitaler i ny hybrid stand til parring af elektroner til at danne kemiske bindinger. Sp-hybridisering forklarer de kemiske bindinger af forbindelser, såsom alkyner. I denne model er de atomorbitaler af kulstof 2s og 2p blandet, danner to sp-orbitaler. Acetylen _C2 H ₂ består af sp-sp-interlacing to carbonatomer til dannelse af en σ-forbindelse og to yderligere Tr-bindinger.

Carbon atomorbitaler i mættede carbonhydrider har samme ^sp3-hybrid orbital, håndvægt-formet, hvoraf en del er meget større end den anden.

Sp ² ligner den foregående hybridisering og dannes ved at blande én s og to p-orbitaler. For eksempel i en ethylen molekyle dannes tre sp ² - og en p-orbital.

Atomorbitaler: påfyldning princip

Forestille overgange fra et atom til et andet i det periodiske system af grundstoffer, er det muligt at installere den næste elektroniske struktur af et atom ved at placere flere partikler i den næste tilgængelige orbital.

Elektroner, før påfyldning højere energiniveauer, besætte lavere, tættere på kernen. Hvor der er et valg, bliver de fyldt individuelt orbitaler.

En sådan procedure til påfyldning kendt som Hund styre. Det gælder kun, når de atomorbitaler har lige energier og hjælper også til at minimere frastødning mellem elektroner, hvilket gør mere stabil atom.

Det skal bemærkes, at i s-orbital energi er altid lidt mindre end for distriktet på samme energiniveau, så den første er altid fyldt før sidste.

Hvad er virkelig mærkeligt er positions- 3d-orbitaler. De er på et højere niveau end 4s, og derfor 4s-orbitaler fyldes først, og derefter alle 3D- og 4p-orbitaler.

Lignende forvirring forekommer, og ved højere niveauer med et stort antal sting derimellem. Derfor, for eksempel 4f atomorbitaler er ikke fyldt, indtil alle pladser er besat på 6s.

Kendskab til den procedure påfyldning er central for forståelsen af, hvordan man beskrive den elektroniske struktur.