Co jsou degenerované orbitály?

degenerované orbitály jsou to všichni, kdo jsou na stejné úrovni energie. Podle této definice musí mít stejné hlavní kvantové číslo n. Tak, 2s a 2p orbitals být degenerovaný, protože oni patří k energetické úrovni 2. Nicméně, to je znáno že jejich funkce úhlových a radiálních vln být různý \ t.

Jako hodnoty n, elektrony začnou zabírat další dílčí úrovně energie, jako jsou orbitály d a f. Každý z těchto orbitálů má své vlastní charakteristiky, které jsou na první pohled pozorovány v jejich úhlových formách; jedná se o sférické (s), činkové (p), trojlístkové (d) a kulové (f) číslice.

Mezi nimi je energetický rozdíl, dokonce patřící do stejné úrovně n.

Například horní obrázek ukazuje energetické schéma s orbitály obsazenými nepárovými elektrony (abnormální případ). Je vidět, že ze všech nejstabilnějších (nejnižší energie) jsou oběžné dráhy ns (1s, 2s, ...), zatímco nf nejstabilnější (nejvyšší energie).

Index

• 1 Degenerované orbitály izolovaného atomu
  • 1.1 Orbitály str
  • 1.2 Orbitály
  • 1.3 Orbitály
• 2 degenerované hybridní orbitály
• 3 Odkazy

Degenerované orbitály izolovaného atomu

Degenerované orbitály se stejnou hodnotou n, jsou v energetickém schématu ve stejné linii. Z tohoto důvodu jsou tři červené pruhy, které symbolizují p orbitály, umístěny ve stejné linii; jako fialové a žluté pruhy.

Schéma obrazu porušuje Hundovo pravidlo: orbital vyšší energie je naplněn elektrony, aniž by je nejprve spároval s nižšími energetickými orbitály. Když se elektrony spárují, orbitál ztrácí energii a vyvolává větší elektrostatické odpuzování nepárových elektronů jiných orbitálů.

Tyto účinky však nejsou v mnoha energetických diagramech zohledněny. Pokud tomu tak je, a poslouchat Hundovo pravidlo bez úplného zaplnění d orbitálů, bylo by vidět, že přestávají být degenerovaní.

Jak bylo uvedeno výše, každý orbitál má své vlastní charakteristiky. Izolovaný atom se svou elektronickou konfigurací má své elektrony uspořádané v přesném počtu orbitálů, které umožňují jejich umístění. Za degenerované lze považovat pouze ty, kteří jsou si rovni energií.

Orbitály p

Tři červené pruhy pro degenerované p orbitály v obraze znamenají, že oba_x, str_a a str_z Mají stejnou energii. Tam je nepárový elektron v každém, popsaný čtyřmi kvantovými čísly (\ tn, Já, ml a ms), zatímco první tři popisují orbitály.

Jediný rozdíl mezi nimi je označen magnetickým momentem ml, který kreslí trajektorii p_x na ose x, str_a na ose y a p_z na ose z. Všichni tři jsou si rovni, ale liší se pouze v jejich prostorové orientaci. Z tohoto důvodu jsou vždy taženi v souladu s energií, tj. Degenerováni.

Jelikož jsou stejné, atom izolovaný z dusíku (s konfigurací 1s)²2s²2p³) musí udržovat degenerované své tři orbity p. Energetický scénář se však náhle změní, pokud vezmeme v úvahu molekulu N v molekule nebo chemické sloučenině.

Proč? Protože ačkoli p_x, str_a a str_z jsou si rovni v energii, v každé z nich se mohou lišit, pokud mají různá chemická prostředí; to znamená, pokud jsou spojeny s různými atomy.

Orbitály

Existuje pět fialových pruhů, které označují d orbitály. V izolovaném atomu, dokonce jestliže oni mají spárované elektrony, tito pět orbitals být zvažován degenerovaný. Nicméně, na rozdíl od p orbitals, tentokrát tam je značný rozdíl v jejich úhlových tvarech.

Proto se jejich elektrony pohybují ve vesmíru, které se liší od jednoho orbitálu d k druhému. To způsobuje podle teorie krystalického pole, že minimální rušení způsobuje a energie orbitálů; to znamená, že pět fialových proužků je odděleno, přičemž mezi nimi zůstává energetická mezera:

Jaké jsou výše uvedené orbitály a které níže? Ti nahoře jsou symbolizováni jako e_g, a níže t_{2 g}. Všimněte si, jak zpočátku byly všechny fialové pruhy zarovnány a nyní byla vytvořena sada dvou orbitálů e_g více energie než jiná sada tří orbitálů t_{2 g}.

Tato teorie nám umožňuje vysvětlit d-d přechody, ke kterým se přičítá mnoho barev pozorovaných ve sloučeninách přechodných kovů (Cr, Mn, Fe atd.). A proč je tato elektronická porucha? K koordinačním interakcím kovového centra s jinými molekulami zvanými ligandy.

Orbitály

A s f orbitals, cítí žluté pruhy, situace se stává ještě složitější. Jejich prostorové směry se mezi nimi značně liší a vizualizace jejich vazeb je příliš složitá.

F orbitály jsou ve skutečnosti považovány za tak interní, že se „neúčastní znatelně“ ve vytváření dluhopisů.

Když je izolovaný atom s f orbitály obklopen jinými atomy, interakce začínají a dochází k odvíjení (ztráta degenerace):

Všimněte si, že nyní žluté pruhy tvoří tři sady: t_{1 g}, t_{2 g} a a_{1 g}, a které již nejsou degenerované.

Degenerované hybridní orbitály

Bylo vidět, že orbity se mohou rozvinout a ztratit degeneraci. Nicméně, i když to vysvětluje elektronické přechody, to bledne v objasnění, jak a proč existují různé molekulární geometrie. Zde vstupují hybridní orbitály.

Jaké jsou jeho hlavní charakteristiky? Že jsou degenerovaní. Tak vznikají ze směsi znaků orbitálů s, p, d a f, aby vznikly degenerované hybridy.

Například tři p orbitály jsou smíchány s jedním s, aby poskytly čtyři sp orbitály³. Všechny sp orbitály³ jsou degenerované, a proto mají stejnou energii.

Pokud jsou navíc dvě d orbitály smíchány se čtyřmi sp³, dostanete šest sp orbitálů³d².

A jak vysvětlují molekulární geometrie? Vzhledem k tomu, že jsou šesté, mají stejné energie, musí být proto v prostoru symetricky orientovány tak, aby vytvářely stejná chemická prostředí (například v MF sloučenině).₆).

Když oni dělají, octahedron koordinace je tvořen, který je stejný s oktaedrální geometrií kolem centra (M) \ t.

Geometrie však mají tendenci k deformacím, což znamená, že ani hybridní orbitály nejsou zcela degenerované. Závěrem lze říci, že degenerované orbitály existují pouze v izolovaných atomech nebo vysoce symetrických prostředích.

Odkazy

1. Slovník chemicool. (2017). Definice degenerace Zdroj: chemicool.com
2. SparkNotes LLC. (2018). Atomy a atomové orbitály. Zdroj: sparknotes.com
3. Čistá chemie (s.f.). Elektronická konfigurace. Obnoveno z: es-puraquimica.weebly.com
4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemie (8. vydání). CENGAGE Učení.
5. Moreno R. Esparza. (2009). Kurz koordinace chemie: Pole a orbitály. [PDF] Zdroj: depa.fquim.unam.mx
6. Shiver a Atkins. (2008). Anorganická chemie (Čtvrté vydání). Mc Graw Hill.