Wat is die atoomorbitale?

In chemie en fisika van atoomorbitale - 'n funksie genoem golf, wat die eienskappe kenmerkend van nie meer as twee elektrone in die omgewing beskryf van die atoomkern of kerne van die stelsel as in die molekule. Orbitaal is dikwels uitgebeeld as 'n drie-dimensionele ruimte waarbinne daar 'n 95 persent kans om die elektron.

Orbitale en wentelbaan

Wanneer 'n planeet beweeg om die Son, dit gee 'n uiteensetting van 'n pad bekend as 'n wentelbaan. Net so atoom kan verteenwoordig in die vorm van elektrone, omkring in 'n wentelbaan om die kern. Trouens, alles is anders, en die elektrone is in die gebiede van die ruimte bekend as die atoomorbitale. Chemie atoom inhoud vereenvoudig berekening model vir die golf van die Schrödingervergelyking en dus bepaal moontlike state van die elektron.

Wentelbane en orbitale klink soortgelyk, maar hulle het heeltemal verskillende betekenisse. Dit is van kardinale belang om die verskil tussen hulle te verstaan.

Beelde kan nie wentel

Om die trajek van iets te bou, moet jy presies weet waar die voorwerp is, en in staat wees om vas te stel waar dit sal wees in 'n oomblik. Dit is nie moontlik vir 'n elektron.

Volgens die onsekerheid Heisenberg, dit is onmoontlik om te weet presies waar die deeltjie is op die oomblik en waar dit later sal wees. (Trouens, die beginsel sê dat dit onmoontlik is om vas te stel op dieselfde tyd en met die absolute sekerheid van sy momentum en momentum).

Daarom is dit onmoontlik om 'n baan beweging van die elektron rondom die kern bou. Is dit 'n groot probleem? No. As daar iets is onmoontlik, moet dit geneem word, en om maniere te vind om rond te kry vind.

Elektroniese waterstof - 1s-orbitaal

Gestel daar is een waterstof en op 'n sekere tyd word grafies ingeprent posisie van 'n elektron. Kort daarna het die prosedure herhaal, en die waarnemer bevind dat die deeltjie in 'n nuwe posisie. Toe sy uit die eerste plek in die tweede, is dit nie bekend nie.

As ons voortgaan om op te tree op hierdie manier, geleidelik gevorm 'n soort van 3D-kaart van die waarskynlike plekke waar die deeltjie.

In die geval van die waterstofatoom elektron kan enige plek wees binne 'n sferiese ruimte rondom die kern. Die diagram toon 'n dwarssnit van die sferiese ruimte.

95% van die tyd (of enige ander persentasie, want een honderd persent sekerheid 'n heelal dimensies kan verskaf), sal die elektron wees binne redelik maklik bepaal ruimte streek voldoende naby aan die kern. So 'n plot is orbitaal genoem. Atoomorbitale - 'n gebied in die ruimte waarin daar is 'n elektron.

Wat doen hy? Ons weet nie, kan nie weet, en daarom het ek net die probleem te ignoreer! Ons kan net sê dat indien die elektron is in 'n bepaalde orbitaal, sal dit 'n sekere energie hê.

Elke orbitaal het 'n naam.

Die ruimte bewoon word deur waterstof elektron genoem 1s-orbitaal. Die eenheid hier beteken dat die deeltjie by die naby aan die kern van die energie vlak. S dui die vorm van die baan. S-orbitale bol simmetriese relatief tot die kern - ten minste as 'n hol sfeer van 'n redelik digte materiaal met 'n kern in die middel.

2s

Volgende orbitaal - 2s. Dit is soortgelyk aan 1s, behalwe dat die gebied die meeste geneig om die elektron te vind is verder van die kern. Hierdie tweede baan energie vlak.

As jy mooi kyk, sal jy sien dat die nader aan die kern het nog 'n streek van effens hoër elektrondigtheid ( "digtheid" is 'n ander manier om te verwys na die waarskynlikheid dat die deeltjie wat in 'n sekere plek is).

2s-elektrone (en 3s, 4s, en so aan. D.) Bring deel van hul tyd is baie nader aan die middel van die atoom as 'n mens sou verwag. Dit lei tot 'n effense afname in hul energie op s-orbitale. Hoe nader die elektron nader aan die kern, hoe minder hul energie.

3s-, 4s-orbitale (en t. D.) verder Geposisioneer van die sentrum atoom.

P-orbitale

Nie alle elektrone bewoon s-orbitaal (in werklikheid, baie min van hulle is daar buite). Op die eerste energie is die enigste beskikbare plek vir hulle is die plek van die 1s, die tweede bygevoeg 2s en 2p.

Orbitale van hierdie tipe verskyn meer soos 2 identiese ballonne is met mekaar verbind in die kern. Die diagram toon 'n deursnee-aansig van 'n 3-dimensionele ruimtelike streek. Weereens, orbitaal shows net die streek met 'n 95 persent kans om 'n enkele elektron.

As ons dink aan die horisontale vlak wat deur die kern in so 'n manier dat 'n deel van die baan bokant die vliegtuig geleë sal wees, en die ander onder dit gaan, dan is daar zero kans om die elektron in hierdie vliegtuig. Sedert die deeltjie beweeg van een deel na 'n ander, as hy sou nooit in staat wees deur die ring vliegtuig om te slaag? Dit is as gevolg van sy golf aard.

In teenstelling met s-, p-orbitaal het 'n sekere gerigtheid.

Op enige energie vlak kan drie absoluut ekwivalent p orbitale loodreg op mekaar het. Hulle is na willekeur deur die simbole p _x, p _y, en p _{z aangewys.} So gemaak vir gerief - wat bedoel word met die voorskrifte van X, Y of Z, is dit voortdurend veranderende, t atoom na willekeur beweeg in die ruimte ...

P-orbitale op die tweede energievlak is 2p _x 2p _y en 2p _{z genoem.} Daar is soortgelyke baan en volg _{- 3p x, 3p y, 3p} z, 4p x, 4p y, 4p z en so aan.

Alle vlakke, behalwe vir die eerste, het p-orbitale. By 'n hoër "blare" pull, met die mees waarskynlike plek van die vind van die elektron op 'n groter afstand vanaf die kern.

D en F-orbitale

In bykomend tot die s- en p-orbitale is daar twee ander stelle van orbitale beskikbaar vir elektrone om hoër energievlakke. Die derde moontlike bestaan van vyf d-orbitale (met komplekse vorms en name) en 3s- en 3p-orbitale _{(3p x, 3p y, 3p} z). Daar is 9 van hulle hier in totaal.

In die vierde, saam met 4s en 4p en 4d verskyn bykomende 7 f-orbitale - net 16, ook beskikbaar op alle hoër energievlakke.

Akkommodasie elektrone in orbitale

'N atoom kan voorgestel word as 'n baie fancy huis (soos 'n omgekeerde piramide) met die kern bly op die grondvloer, en verskeie kamers op die boonste verdieping beset deur elektrone:

• op die grondvloer is daar is net 1 badkamer (1's);
• die tweede het vier kamers (2's, 2p _x 2p _y en 2p _z);
• op die derde vloer het 9 kamers (een 3s, drie 3p en vyf 3d-orbitale) en so aan.

Maar die kamers is nie baie groot nie. Elkeen van hulle kan net bevat 2 elektrone.

'N gerieflike manier om die atoomorbitale waarin die deeltjies is wys - is 'n teken "kwantum sel."

kwantum sel

Atoomorbitale kan voorgestel word as blokkies met die elektrone in hulle uitgebeeld as pyle. Dikwels pyle op en af, word gebruik om te wys dat hierdie deeltjies van mekaar verskil.

Die noodsaaklikheid van 'n ander elektron in die atoom is 'n gevolg van die kwantumteorie. As hulle in verskillende orbitale - dit is goed, maar as hulle is geleë in een, tussen hulle is daar moet 'n paar subtiele verskil wees. Kwantumteorie gee die eienskappe van die deeltjies, wat "spin" genoem word - net hom en dui die rigting van die pyle.

1s-orbitaal elektrone met twee uitgebeeld as 'n vierkant met twee pyle op en af, maar dit ook nog vinniger kan aangeteken word as die 1s ^2. Dit word gelees as "een se twee" en nie as "een s kwadraat." Moenie verwar die getalle in hierdie notasie. Dit dui op die eerste energievlak, en die tweede - die aantal deeltjies op die baan.

verbastering

In chemie, verbastering is die konsep van die vermenging van atoomorbitale in nuwe baster in staat paring van elektrone om chemiese bindings vorm. SP-verbastering verduidelik die chemiese bindings van verbindings soos alkyne. In hierdie model, is die atoomorbitale van koolstof 2s en 2p gemeng, die vorming van twee sp-orbitale. Asetileen C ₂ H ₂ bestaan uit sp-sp-interlacing twee koolstofatome tot 'n σ-verbinding en twee bykomende π-bindings vorm.

Koolstof atoomorbitale in versadigde koolwaterstowwe het dieselfde sp ³ baster orbitaal, Halter-vormige, een gedeelte van wat is veel groter as die ander.

SP ² is soortgelyk aan die vorige verbastering en is gevorm deur die vermenging van een s en twee p-orbitale. Byvoorbeeld, in 'n etileenmolekule gevorm drie sp ² - en een p-orbitaal.

Atoomorbitale: vulling beginsel

Verbeel oorgange van een atoom na 'n ander in die periodieke tabel van chemiese elemente, is dit moontlik om die volgende elektroniese struktuur van 'n atoom te installeer deur die plasing van meer deeltjies in die volgende beskikbare orbitale.

Elektrone, voor te vul hoër energievlakke, beset laer, nader aan die kern. Waar daar 'n keuse, hulle word versadig individueel orbitale.

So 'n prosedure vir die invul bekend as Hund se reël. Dit is slegs van toepassing wanneer die atoomorbitale gelyke energie en help ook om afstoting tussen die elektrone, wat meer stabiele atoom maak minimaliseer.

Daar moet kennis geneem word dat in die s-orbitaal energie is altyd effens minder is as dié van die distrik op dieselfde energievlak, so die eerste is altyd gevul voor verlede.

Wat is regtig vreemd is die posisie 3d-orbitale. Hulle is op 'n hoër vlak as 4s, en daarom 4s-orbitale is eerste gevul, en dan sal al die 3d en 4p-orbitale.

Soortgelyke verwarring voorkom en op hoër vlakke met 'n groot aantal van therebetween steke. Daarom, byvoorbeeld, 4f atoomorbitale is nie gevul totdat al die sitplekke beset by 6s.

Kennis van die vulling prosedure is sentraal tot 'n begrip van hoe om die elektroniese struktuur te beskryf.