Kaj so degenerirane orbitale?

The degenerirane orbitale vsi so tisti, ki so na isti ravni energije. V skladu s to opredelitvijo morajo imeti isto glavno kvantno število n. Tako sta 2s in 2p orbitali degenerirani, saj pripadata energijski ravni 2. Vendar pa je znano, da so njihove funkcije kotnih in radialnih valov različne..

Kot vrednosti n, elektroni začenjajo zasedati druge podravne energije, kot so orbitali d in f. Vsaka od teh orbital ima svoje značilnosti, ki jih na prvi pogled opazimo v njihovih kotnih oblikah; to so kroglaste (-e), dumbbell (p), trikotne (d) in globularne (f) številke.

Med njimi je razlika v energiji, ki spada v isto raven n.

Na primer, zgornja slika prikazuje energetsko shemo z orbitali, ki jih zasedajo neparni elektroni (nenormalni primer). Vidimo lahko, da je od vseh najbolj stabilnih (najnižja energija) orbitalni ns (1s, 2s, ...), medtem ko je nf najbolj nestabilen (najvišja energija).

Indeks

• 1 Degenerirati orbitale izoliranega atoma
  • 1.1 Orbitale str
  • 1.2 Orbitale
  • 1.3 Orbitale
• 2 degenerirane hibridne orbitale
• 3 Reference

Degenerirajo orbitale izoliranega atoma

Degenerirane orbitale z enako vrednostjo n, v energetski shemi so v isti vrsti. Zato so tri rdeče proge, ki simbolizirajo p orbitale, v isti liniji; kot vijolične in rumene črte.

Shema podobe krši Hundovo pravilo: višje energetske orbitale so napolnjene z elektroni, ne da bi jih najprej združili z nižjimi energijskimi orbitali. Ko se elektroni pari, orbital izgubi energijo in poveča elektrostatično odbijanje na neparne elektrone drugih orbitalov.

Vendar pa taki učinki niso upoštevani v mnogih energetskih diagramih. Če je tako, in ob spoštovanju Hundovega pravila, ne da bi popolnoma zapolnili d orbitale, bi bilo videti, da prenehajo biti degenerirani.

Kot je navedeno zgoraj, ima vsaka orbita svoje značilnosti. Izolirani atom, s svojo elektronsko konfiguracijo, ima svoje elektrone razporejene v natančno število orbital, ki jim omogočajo, da so nameščene. Samo tiste, ki so enako energijski, se lahko štejejo za degenerirane.

Orbitale str

Tri rdeče črte za degenerirane p orbitale na sliki kažejo, da sta obe_x, str_in in str_z Imajo enako energijo. V vsakem je neparni elektron, ki ga opisujejo štiri kvantne številke (n, l, ml in ms), medtem ko prve tri opisujejo orbitale.

Edina razlika med njimi je označena z magnetnim momentom ml, ki črpa pot p_x na osi x, str_in na osi y in str_z na osi z. Vsi trije so enaki, vendar se razlikujejo le v svojih prostorskih usmeritvah. Zato so vedno vlečeni v energijo, to je degenerirano.

Ker so enaki, je atom, izoliran iz dušika (z 1s konfiguracijo)²2s²2p³) mora ohraniti degenerirane tri orbitale str. Vendar pa se energetski scenarij nenadoma spremeni, če upoštevamo atom N v molekuli ali kemični spojini.

Zakaj? Ker čeprav str_x, str_in in str_z v energiji so enake, lahko se razlikujejo v vsaki od njih, če imajo različna kemijska okolja; to je, če so povezani z različnimi atomi.

Orbitale

Obstaja pet vijoličnih črt, ki označujejo d orbitale. V izoliranem atomu, tudi če imajo parne elektrone, se teh petih orbitalov šteje za degenerirane. Vendar pa za razliko od p orbitalov tokrat obstaja velika razlika v njihovih kotnih oblikah.

Zato njihovi elektroni potujejo v smeri v prostoru, ki se razlikujejo od ene orbite d do druge. To povzroča, glede na teorija kristaliničnega polja, da minimalna motnja povzroča a energije orbitale; kar pomeni, da so pet vijoličnih trakov ločeni, tako da med njimi ostane energetska vrzel:

Kakšne so orbitale zgoraj in katere spodaj? Tisti na vrhu so simbolizirani kot e_g, in spodaj t_2g. Opazite, kako so bile na začetku poravnane vse vijolične črte, zdaj pa je nastala skupina dveh orbital e_g več energije kot drugi trije orbitali t_2g.

Ta teorija nam omogoča razlago prehodov d-d, na katere se pripisujejo številne barve, ki jih opazimo v spojinah prehodnih kovin (Cr, Mn, Fe itd.). In zakaj je ta elektronska motnja? Na koordinacijske interakcije kovinskega središča z drugimi molekulami ligandov.

Orbitale

In s f orbitali, čutijo rumene črte, situacija postane še bolj zapletena. Njihove prostorske usmeritve se med seboj zelo razlikujejo, vizualizacija njihovih povezav postane preveč zapletena.

Pravzaprav se šteje, da so orbitale tako notranje, da ne „bistveno sodelujejo“ pri oblikovanju obveznic.

Če je izolirani atom z f orbitali obdan z drugimi atomi, se začnejo interakcije in pride do odvijanja (izguba degeneracije):

Upoštevajte, da zdaj rumene črte tvorijo tri sklope: t_1g, t_2g in a_1g, in ki niso več degenerirane.

Degeneriraj hibridne orbitale

Videli smo, da se orbitale lahko razvijejo in izgubijo degeneracijo. Kljub temu, da to pojasnjuje elektronske prehode, se rahlo spreminja pri pojasnjevanju, kako in zakaj obstajajo različne molekularne geometrije. Tu vstopajo hibridne orbitale.

Kakšne so njegove glavne značilnosti? Da so degenerirane. Tako izhajajo iz mešanice znakov orbitalov s, p, d in f, ki izvirajo iz degeneriranih hibridov..

Na primer, tri p orbitale so pomešane z eno s, da dobimo štiri sp orbitale³. Vse sp orbitale³ so degenerirane in imajo zato enako energijo.

Če sta še dve d orbitali pomešani s štirimi sp³, dobite šest sp orbital³d².

In kako razlagajo molekularne geometrije? Ker so šest, z enakimi energijami, morajo biti zato usmerjene simetrično v prostoru za ustvarjanje enakih kemičnih okolij (npr. V MF spojini).₆).

Ko se to zgodi, se oblikuje oktaedron koordinacije, ki je enak oktaedrični geometriji okoli centra (M).

Vendar pa geometrije pogosto izkrivljajo, kar pomeni, da niti hibridne orbitale niso popolnoma degenerirane. Zato lahko, kot zaključek, degenerirane orbitale obstajajo le v izoliranih atomih ali v zelo simetričnih okoljih.

Reference

1. Kemični slovar. (2017). Opredelitev degeneracije Vzpostavljeno iz: chemicool.com
2. SparkNotes LLC. (2018). Atomi in atomske orbitale. Vzpostavljeno iz: sparknotes.com
3. Čista kemija (s.f.). Elektronska konfiguracija. Izterjano iz: es-puraquimica.weebly.com
4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija (8. izd.). CENGAGE Učenje.
5. Moreno R. Esparza. (2009). Tečaj koordinacijske kemije: Polja in orbitale. [PDF] Vzpostavljeno iz: depa.fquim.unam.mx
6. Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija (Četrta izdaja). Mc Graw Hill.