Oblike s p d atomskih orbital. Kvantna števila
Orbitale obstajajo ne glede na to, ali je elektron v njih prisoten (zasedene orbitale) ali odsoten (prazne orbitale). Atom vsakega elementa, začenši z vodikom in konča z zadnjim danes pridobljenim elementom, ima popoln nabor vseh orbital na vseh elektronskih ravneh. Polnijo se z elektroni, ko se atomsko število, to je naboj jedra, poveča.
s-Orbitale, kot je prikazano zgoraj, imajo sferično obliko in zato enako gostoto elektronov v smeri vsake tridimenzionalne koordinatne osi:
Na prvi elektronski ravni vsakega atoma je samo eden s- orbitalno. Začenši z drugo elektronsko stopnjo poleg s- pojavijo se tudi tri orbitale r-orbitale. Imajo obliko tridimenzionalnih osmic, točno tako izgleda območje najverjetnejše lokacije r-elektron v območju atomskega jedra. Vsak r-orbitala se nahaja vzdolž ene od treh medsebojno pravokotnih osi, v skladu s tem v imenu r-orbitale označujejo z ustreznim indeksom os, vzdolž katere se nahaja njegova največja elektronska gostota:
V sodobni kemiji je orbitala opredeljujoč pojem, ki nam omogoča, da upoštevamo procese nastajanja kemičnih vezi in analiziramo njihove lastnosti, pri čemer je pozornost usmerjena na orbitale tistih elektronov, ki sodelujejo pri nastajanju kemičnih vezi, to je valenca elektroni, običajno elektroni zadnje ravni.
Atom ogljika v začetnem stanju ima dva elektrona v drugi (zadnji) elektronski ravni. s-orbitale (označene z modro) in en elektron v dveh r-orbitale (označene rdeče in rumeno), tretja orbitala je p z-prosto:
Hibridizacija.
V primeru, da atom ogljika sodeluje pri tvorbi nasičenih spojin (brez več vezi), s- orbitalno in tri r-orbitale se združijo in tvorijo nove orbitale, ki so hibridi prvotnih orbital (proces se imenuje hibridizacija). Število hibridnih orbital je vedno enako številu originalnih, v tem primeru štiri. Nastale hibridne orbitale so enake oblike in navzven spominjajo na asimetrične tridimenzionalne osmice:
Zdi se, da je celotna struktura vpisana v pravilni tetraeder - prizmo, sestavljeno iz pravilnih trikotnikov. V tem primeru se hibridne orbitale nahajajo vzdolž osi takega tetraedra, kot med katerima koli dvema osema je 109°. Štirje valenčni elektroni ogljika se nahajajo v teh hibridnih orbitalah:
Sodelovanje orbital pri tvorbi enostavnih kemijskih vezi.
Lastnosti elektronov, ki se nahajajo v štirih enakih orbitalah, so enakovredne, zato bodo kemične vezi, ki nastanejo s sodelovanjem teh elektronov pri interakciji z atomi istega tipa, enakovredne.
Interakcijo ogljikovega atoma s štirimi vodikovimi atomi spremlja medsebojno prekrivanje podolgovatih hibridnih orbital ogljika s sferičnimi orbitalami vodika. Vsaka orbitala vsebuje en elektron; zaradi prekrivanja se vsak par elektronov začne premikati po združeni molekularni orbitali.
Hibridizacija vodi le do spremembe oblike orbital znotraj enega atoma, prekrivanje orbital dveh atomov (hibridnih ali navadnih) pa vodi do nastanka kemične vezi med njima. V tem primeru ( cm. Slika spodaj) je največja elektronska gostota vzdolž črte, ki povezuje dva atoma. Takšno povezavo imenujemo s-povezava.
Tradicionalno pisanje strukture nastalega metana uporablja simbol valenčne črte namesto prekrivajočih se orbital. Za tridimenzionalno sliko konstrukcije je valenca, usmerjena od risalne ravnine proti gledalcu, prikazana v obliki polne klinaste črte, valenca, ki sega čez risalno ravnino, pa je prikazana v obliki črtkanega klina. - oblikovana linija:
Tako je struktura molekule metana določena z geometrijo hibridnih ogljikovih orbital:
Tvorba molekule etana je podobna zgoraj prikazanemu procesu, razlika je v tem, da ko se hibridni orbitali dveh ogljikovih atomov prekrivata, nastane C-C vez:
Geometrija molekule etana je podobna metanu, vezni koti so 109°, kar določa prostorska razporeditev ogljikovih hibridnih orbital:
Sodelovanje orbital pri tvorbi več kemijskih vezi.
Molekula etilena nastane tudi s sodelovanjem hibridnih orbital, vendar je samo ena vključena v hibridizacijo s-orbitalni in samo dva r-orbitale ( p x in r y), tretja orbita – p z, usmerjen vzdolž osi z, ne sodeluje pri nastajanju hibridov. Iz začetnih treh orbital nastanejo tri hibridne orbitale, ki se nahajajo v isti ravnini in tvorijo zvezdo s tremi žarki, koti med osema pa so 120°:
Dva atoma ogljika vežeta štiri atome vodika in se prav tako povezujeta med seboj ter tvorita s-vez C-C:
Dve orbitali p z, ki niso sodelovali pri hibridizaciji, prekrivajo drug drugega, njihova geometrija je taka, da se prekrivanje ne zgodi vzdolž komunikacijske linije C-C, temveč nad in pod njo. Posledično nastaneta dve regiji s povečano elektronsko gostoto, kjer se nahajata dva elektrona (označena z modro in rdečo), ki sodelujeta pri tvorbi te vezi. Tako nastane ena molekularna orbitala, ki jo sestavljata dve v prostoru ločeni regiji. Vez, pri kateri je največja elektronska gostota zunaj črte, ki povezuje dva atoma, se imenuje p-vez:
Druga valenčna značilnost pri označevanju dvojne vezi, ki se že stoletja pogosto uporablja za prikazovanje nenasičenih spojin, v sodobnem razumevanju pomeni prisotnost dveh območij s povečano gostoto elektronov, ki se nahajata na nasprotnih straneh vezne črte C-C.
Struktura molekule etilena je določena z geometrijo hibridnih orbital, vezni kot H-C-H je 120°:
Med nastajanjem acetilena se ena s-orbitalno in eno p x-orbitalne (orbitale p y in p z, ne sodelujejo pri nastajanju hibridov). Dve nastali hibridni orbitali se nahajata na isti premici, vzdolž osi X:
Prekrivanje hibridnih orbital med seboj in z orbitalami vodikovih atomov vodi do tvorbe C-C in C-H s-vezi, ki jih predstavlja preprosta valenčna črta:
Dva para preostalih orbital p y in p z prekrivajo. Na spodnji sliki barvne puščice kažejo, da je iz povsem prostorskih razlogov najverjetnejše prekrivanje orbital z enakimi indeksi x-x in ooh. Posledično nastaneta dve p-vezi, ki obdajata preprosto s-vez C-C:
Posledično ima molekula acetilena paličasto obliko:
V benzenu je molekularno ogrodje sestavljeno iz ogljikovih atomov, ki imajo hibridne orbitale, sestavljene iz enega s- in dva r-orbitale razporejene v obliki trižarke zvezde (kot etilen), r-orbitale, ki niso vključene v hibridizacijo, so prikazane polprosojne:
Prazne orbitale, to je tiste, ki ne vsebujejo elektronov (), lahko sodelujejo tudi pri tvorbi kemičnih vezi.
Orbitale visoke ravni.
Od četrte elektronske ravni jih ima atomov pet d-orbitale, njihovo polnjenje z elektroni se pojavi v prehodnih elementih, začenši s skandijem. štiri d-orbitale imajo obliko tridimenzionalnih štiriperesnih deteljic, včasih jih imenujemo tudi »deteljni listi«, razlikujejo se le po orientaciji v prostoru, 5. d-orbitala je tridimenzionalna osmica, vpeta v obroč:
d-Orbitale lahko tvorijo hibride z s- in p- orbitale. Možnosti d-orbitale se običajno uporabljajo pri analizi strukture in spektralnih lastnosti kompleksov prehodnih kovin.
Od šeste elektronske ravni jih imajo atomi sedem f-orbitale, njihovo polnjenje z elektroni poteka v atomih lantanoidov in aktinidov. f- Orbitale imajo precej zapleteno konfiguracijo; spodnja slika prikazuje obliko treh od sedmih takšnih orbital, ki imajo enako obliko in so različno usmerjene v prostoru:
f-Orbitale se zelo redko uporabljajo pri razpravljanju o lastnostih različnih spojin, saj elektroni, ki se nahajajo na njih, praktično ne sodelujejo pri kemičnih transformacijah.
Obeti.
Na osmi elektronski ravni jih je devet g-orbitale. Elementi, ki vsebujejo elektrone v teh orbitalah, naj bi se pojavili v osmi periodi, medtem ko niso na voljo (element št. 118, zadnji element sedme periode periodnega sistema, naj bi bil pridobljen v bližnji prihodnosti; njegova sinteza poteka na Skupnem inštitutu za jedrske raziskave v Dubni).
obrazec g-orbitale, izračunane z metodami kvantne kemije, so še bolj zapletene od orbital f-orbitale, območje najverjetnejše lokacije elektrona v tem primeru izgleda zelo bizarno. Spodaj je prikazana ena od devetih takih orbital:
V sodobni kemiji se koncepti atomskih in molekularnih orbital pogosto uporabljajo pri opisovanju strukture in reakcijskih lastnosti spojin, tudi pri analizi spektrov različnih molekul in v nekaterih primerih za napovedovanje možnosti poteka reakcij.
Mihail Levitski
Sistemi. V tem primeru je orbitala določena z enoelektronskim Schrödingerjevim nivojem z efektivnim enoelektronskim Hamiltonianom; orbitalna energija je praviloma v korelaciji z (glej).
Za atomske orbitale (AO) so značilna tri kvantna števila: glavno n, orbitalno / in magnetno n. Vrednost l = 0, 1, 2,... podaja kvadrat orbitalne (kotne) količine (-Planckovo konstanto), vrednost m = l,l - 1,..., +1, 0, - 1 ,..., - l + 1, - l-projekcija momenta na določeno izbrano z-os; n označuje orbitalne energije. Stanja z danim / so oštevilčena s številkami n = l + 1, l + 2,... V sferični. koordinatni sistem s središčem v jedru AO ima obliko 
, kje in-polarni koti, r-razdalja od do jedra. R nl (r) klical radialni del delniške družbe (radialna funkcija), Y lm (q, j) pa sferična. harmonično. Pri vrtenju koordinatnega sistema se sferični harmonik se nadomesti z linearno kombinacijo harmonikov z enako vrednostjo l; radialni del AO se pri vrtenju ne spremeni, energija, ki ustreza temu AO, pa je nivo je (21 + 1)-krat degeneriran. Običajno - indeks orbitalne eksponente in Ppl - polinom stopnje (n - l - 1). V skrajšanem zapisu je AO opisan s simbolom nl m, n pa s številkami 1, 2, 3,..., vrednosti l = 0, 1, 2, 3, 4,... ustrezajo na črke s, p, d, f, g ,...; m so navedene spodaj desno, npr. 2p +1, 3d -2.
AO, ki vsebujejo nekompleksne sferične strukture, so primernejši. harmonike in njihove linearne kombinacije, ki imajo .
pomeni. Take delniške družbe se imenujejo kubik (tesseral). Imajo obliko , kjer je (x, y, z) homogeni polinom (kotna funkcija) stopnje l glede na kartezične koordinate x, y, z s središčem v jedru (smer osi je poljubna); AO je na primer označen s simboli.
Če je polinom P nl (r) določen z rešitvijo Schrödingerjeve enačbe za jedro v Coulombovem polju, se imenuje AO. vodiku podobna. Naib. običajna vodiku podobna kubična.
AO so podani v tabeli.VODIKU PODOBNE ORBITALE s. p, d, f-VRSTEin menjavanje znakov za AO sistem pri opisu krta. orbitale. Grafični podoba AO ni vedno smiselna. Tako so kvadrati modulov sferični. harmoniki niso odvisni od kota, zato bo slika na primer AO 2p x in 2p y popolnoma drugačna od slike AO 2p + in 2p -, čeprav sta oba AO popolnoma enakovredna.
Molekularne orbitale(MO) so opisani v polju vseh jeder in povprečnem polju ostalih.
Običajno MO nimajo preprostega analita. predstavitve in se zanje uporabljajo (glej).
V metodah, ki jih pravijo. orbital, je večelektronska valovna funkcija zgrajena kot produkt ali determinanta, sestavljena iz spinskih orbital, tj. orbitale pomnožene s spinsko funkcijo ali (glej).
V metodah, ki jih pravijo. orbital, je večelektronska valovna funkcija zgrajena kot produkt ali determinanta, sestavljena iz spinskih orbital, tj. orbitale pomnožene s spinsko funkcijo ali (glej). kjer je 0 = 0,372, b = 0,602, atomska orbitala 2p z C i (i = 1, 2, 3, 4). 1-orbitala ima eno nodalno ravnino (xy), 2-orbitala ima komplementarno ravnino. nodalna ravnina, ki je pravokotna na to ravnino in poteka med njo
Atomske orbitale opisujejo površino okoli jedra atoma, ki najverjetneje vsebuje elektrone. Lahko jih imenujemo tudi »energijski oblaki«. Njihov obstoj pojasnjuje kemične vezi. Elektroni so vsebovani v atomskih ali molekularnih strukturah, razporejenih v energijskih nivojih. Za prvo raven je značilna samo ena vrsta elektrona: ima eno s-orbitalo (A), prikazano glede na atomske osi x, y in z. Največje število elektronov, ki so lahko na tej energijski ravni, je dva. Za drugo vrsto elektronov ima orbitala obliko dveh povezanih krogel, ki se nahajata simetrično glede na jedro. Takšna orbitala se imenuje p-orbitala (B) V atom tri takšne orbitale in se nahajajo pravokotno druga na drugo (1,2, 3) Orbitale, ki imajo pravilne sferične oblike, so običajno označene kot hruškasti oblaki za jasnost slike. Poleg tega obstaja tudi pet d-orbital (C-G), od katerih je vsaka sestavljena iz štirih hruškastih reženj na dveh pravokotnih oseh, ki se sekata v jedru G - kombinacija dveh p-orbital.
Znanstveni in tehnični enciklopedični slovar.
Oglejte si, kaj je "ORBITAL" v drugih slovarjih:
Orbitala: Atomska orbitala. Molekularna orbitala. Seznam pomenov besede ali fraze s povezavami do ustreznih člankov. Če ste prišli sem iz... Wikipedije
orbitalno- je celoten niz valovnih funkcij elektrona, ki se nahaja v polju nuklidov, in povprečno polje vseh drugih elektronov, ki interagirajo z istimi nuklidi. Atomska orbitala je dovoljeno stanje elektrona v atomu, geometrijska slika,... ... Kemični izrazi
Funkcija prostorskih spremenljivk enega elektrona, ki ima pomen valovne funkcije elektrona, ki se nahaja v polju atomskega ali molekularnega jedra. Če takšna funkcija upošteva spinski elektron, se imenuje. spin O. Za več podrobnosti glejte Molekularna orbitala... ... Fizična enciklopedija
orbitalno- orbitalno. fizično Atomske in molekularne valovne funkcije elektrona, ki se nahaja v polju enega ali več atomskih jeder in v povprečnem polju vseh drugih elektronov zadevnega atoma ali molekule. NES 2000… Zgodovinski slovar galicizmov ruskega jezika
- (iz lat. orbita pot, tir), valovna funkcija, ki opisuje stanje enega elektrona v atomu, molekuli ali drugem kvantnem sistemu. V splošnem primeru kvantna kemija. izraz O. se uporablja za katero koli funkcijo, ki je odvisna od spremenljivk x, y, z enega... ... Kemijska enciklopedija
orbitalno- orbitalė statusas T sritis chemija apibrėžtis Banginė funkcija, apibūdinanti elektrono judėjimą atome arba molekulėje; erdvė, kurioje elektrono buvimas labiausiai tikėtinas. atitikmenys: angl. orbital rus. orbitalni... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
orbitalno- orbitalė statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. orbitalni vok. Orbital, n rus. orbital, f pranc. orbitale, f … Fizikos terminų žodynas
orbitalno- orbit al, in... Ruski pravopisni slovar
orbitalno- Z. Orbit buencha bashkaryl organ. Orbit buencha hәrәkәt itә torgan yaki shunyn өchen bilgelәngәn… Tatar telen anlatmaly suzlege
orbitalno- Funkcija prostorskih spremenljivk enega elektrona, ki ima pomen valovne funkcije posameznega elektrona v polju efektivnega atomskega ali molekularnega jedra ... Politehnični terminološki razlagalni slovar
knjige
- Set miz. kemija. Zgradba snovi (10 tabel), . Izobraževalni album 10 listov.
Struktura atoma. Elektronska orbitala. Modeli atomov nekaterih elementov. Kristali. Kemična vez. Valenca. Oksidacijsko stanje. Izometrija. Homologija. umetnost...
Glede na to, da so elementi pri opisovanju razdeljeni v skupine z različnimi orbitalami, se zelo na kratko spomnimo bistva tega pojma. Po Bohrovem modelu atoma se elektroni vrtijo okoli jedra v krožnih orbitalah (lupinah). Vsaka lupina ima strogo določeno energijsko raven in je označena z določenim kvantnim številom. V naravi so možne samo določene energije elektronov, to so diskretne (kvantizirane) orbitalne energije (»dovoljene«). Bohrova teorija pripisuje elektronskim lupinam K, L, M, N in naprej po vrstnem redu latinske abecede, v skladu z naraščajočo energijsko stopnjo lupin, glavno kvantno število n , enako 1, 2, 3, 4 itd. Pozneje se je izkazalo, da so elektronske lupine razdeljene na podlupine, za vsako pa je značilna določena kvantna energijska raven, za katero je značilna.
orbitalno kvantno število l Glede na Heisenberg, je nemogoče natančno določiti lokacijo elektrona v danem trenutku. Vendar pa lahko navedete verjetnost, da se to zgodi. Območje prostora, v katerem je verjetnost, da najdemo elektron, največja, se imenuje orbitala. Elektroni lahko zasedajo 4 orbitale različnih tipov, ki se imenujejo s- (ostre), p- (glavne), d- (difuzne) in f- (temeljne) orbitale. Prej so te črke označevale spektralne črte vodika, trenutno pa se uporabljajo le kot simboli, brez dekodiranja.
Orbitale lahko predstavimo kot tridimenzionalne površine. Običajno so območja prostora, ki jih omejujejo te površine, izbrana tako, da je verjetnost zaznavanja elektrona v njih 95 %. Shematski prikaz orbital je prikazan na sl. 1.
riž. 1.
S-orbitala ima sferično obliko, p-orbitala ima obliko dumbbell-a, d-opbitala ima obliko dveh dumbbell-ov, ki se sekata v dveh nodalnih medsebojno pravokotnih ravninah, s-podlupina je sestavljena iz ene s-orbitale, p-podlupina ima 3 p-orbitale, d-podlupina - 5 d-orbital.
Če magnetno polje ni uporabljeno, bodo imele vse orbitale ene podlupine enako energijo; v tem primeru se imenujejo degenerirani. Vendar pa se podlupine v zunanjem magnetnem polju razcepijo (Zeemanov učinek). Ta učinek je možen za vse orbitale razen s orbitale. Zanj je značilno magnetno kvantno število t. Zeemanov učinek se uporablja v sodobnih atomskih absorpcijskih spektrofotometrih (AASP) za povečanje njihove občutljivosti in zmanjšanje meje zaznavnosti v elementarnih analizah.
Za biologijo in medicino je pomembno, da orbitale enake simetrije, to je z enakima številoma l in m, vendar z različno vrednostjo glavnega kvantnega števila (na primer orbitale 1s, 2s, 3s, 4s), razlikujejo po svoji relativni velikosti. Prostornina notranjega prostora elektronskih orbital je večja pri atomih z veliko vrednostjo n. Povečanje volumna orbite spremlja njeno zrahljanje. Pri tvorbi kompleksa ima velikost atoma pomembno vlogo, saj določa strukturo koordinacijskih spojin. V tabeli Slika 1 prikazuje razmerje med številom elektronov in glavnim kvantnim številom.
Tabela 1. Število elektronov pri različnih vrednostih kvantnega števila n
Poleg treh imenovanih kvantnih števil, ki označujejo lastnosti elektronov vsakega atoma, obstaja še eno - spinsko kvantno število s , ki označuje ne samo elektrone, ampak tudi atomska jedra.
Medicinski bioanorganiki. G.K. Barashkov
V kemiji in fiziki so atomske orbitale funkcija, imenovana val, ki opisuje lastnosti, značilne za največ dva elektrona v bližini ali sistemu jeder, kot v molekuli. Orbitala je pogosto prikazana kot tridimenzionalno območje, znotraj katerega obstaja 95-odstotna možnost, da najdemo elektron.
Orbite in orbite
Ko se planet giblje okoli Sonca, sledi poti, imenovani orbita. Podobno lahko atom predstavimo kot elektrone, ki krožijo v orbiti okoli jedra. V resnici so stvari drugačne in elektrone najdemo v regijah vesolja, znanih kot atomske orbitale. Kemija se zadovolji s poenostavljenim modelom atoma, da izračuna Schrödingerjevo valovno enačbo in v skladu s tem določi možna stanja elektrona.
Orbite in orbitale zvenijo podobno, vendar imajo popolnoma različne pomene. Zelo pomembno je razumeti razliko med obema.
Nezmožnost slikanja orbit
Če želite narisati pot nečesa, morate natančno vedeti, kje je predmet, in biti sposobni določiti, kje bo v trenutku. To je za elektron nemogoče.
Glede na to je nemogoče natančno vedeti, kje je delec v tem trenutku in kje bo končal kasneje. (Pravzaprav načelo pravi, da je nemogoče določiti njegov moment in zagon hkrati in z absolutno natančnostjo).
Zato je nemogoče zgraditi orbito gibanja elektronov okoli jedra. Je to velik problem? št. Če je nekaj nemogoče, morate to sprejeti in poiskati načine za to.
Vodikov elektron - 1s orbitala
Recimo, da obstaja en atom vodika in da je v določenem trenutku položaj enega elektrona grafično zajet. Kmalu za tem se postopek ponovi in opazovalec ugotovi, da je delec v novem položaju. Kako je s prvega mesta prišla na drugo, ni znano.
Če boste tako ravnali še naprej, se bo postopoma oblikoval nekakšen 3D zemljevid verjetne lokacije delca.
V tem primeru se lahko elektron nahaja kjerkoli znotraj sferičnega prostora, ki obdaja jedro. Diagram prikazuje prerez tega sferičnega prostora.
V 95 % časa (ali katerem koli drugem odstotku, saj samo velikost vesolja lahko zagotovi stoodstotno gotovost) se bo elektron nahajal v dokaj enostavno definiranem območju vesolja, dokaj blizu jedra. To območje imenujemo orbitala. Atomske orbitale so področja prostora, v katerih obstaja elektron.
Kaj dela tam? Ne vemo, ne moremo vedeti, zato ta problem preprosto ignoriramo! Lahko samo rečemo, da če je elektron v določeni orbitali, potem bo imel določeno energijo.
Vsaka orbitala ima ime.
Prostor, ki ga zaseda vodikov elektron, se imenuje 1s orbitala. Enota tukaj pomeni, da je delec na energijski ravni, ki je najbližje jedru. S govori o obliki orbite. S-orbitale so sferično simetrične glede na jedro - vsaj kot votla krogla iz precej gostega materiala z jedrom v središču.
2s
Naslednja orbitala je 2s. Podobno je 1s, le da se območje, kjer je najverjetneje najti elektron, nahaja dlje od jedra. To je orbitala druge energetske ravni.
Če pogledate natančno, boste opazili, da je bližje jedru drugo območje z nekoliko večjo gostoto elektronov ("gostota" je drug način sklicevanja na verjetnost, da je ta delec prisoten na določenem mestu).
2s elektroni (in 3s, 4s itd.) del svojega časa preživijo veliko bližje središču atoma, kot bi pričakovali. Posledica tega je rahlo zmanjšanje njihove energije v s orbitalah. Bolj kot se elektroni približajo jedru, nižja postaja njihova energija.
Orbitale 3s, 4s (itd.) se nahajajo vedno dlje od središča atoma.
P-orbitale
Vsi elektroni ne naseljujejo orbital (pravzaprav jih je zelo malo). Na prvem je edina razpoložljiva lokacija zanje 1s, na drugem sta dodana 2s in 2p.
Orbitale tega tipa so bolj kot 2 enaka balona, ki sta med seboj povezana v jedru. Diagram prikazuje prerez tridimenzionalne regije prostora. Zopet, orbitala prikazuje le območje s 95-odstotno možnostjo, da najdemo posamezen elektron.
Če si predstavljamo vodoravno ravnino, ki poteka skozi jedro tako, da bo en del orbite nad ravnino, drugi pa pod njo, potem obstaja nična verjetnost, da bi našli elektron na tej ravnini. Kako torej delec pride iz enega dela v drugega, če nikoli ne more skozi ravnino jedra? To je posledica njegove valovne narave.
Za razliko od s-orbitale ima p-orbitala določeno orientacijo.
Na kateri koli energijski ravni so možne tri absolutno enakovredne p orbitale, ki se nahajajo pravokotno druga na drugo. Poljubno jih označujemo s simboli p x, p y in p z. To je narejeno zaradi udobja - kaj pomenijo smeri X, Y ali Z, se nenehno spreminja, ko se atom naključno premika v prostoru.
P orbitale na drugem energijskem nivoju se imenujejo 2p x, 2p y in 2p z. V naslednjih so podobne orbitale - 3p x, 3p y, 3p z, 4p x, 4p y, 4p z itd.
Vse ravni, razen prve, imajo p-orbitale. Na višjih nivojih so "režnji" bolj podolgovati, pri čemer je najverjetnejša lokacija elektrona dlje od jedra.
d- in f-orbitale
Poleg s in p orbital sta elektronom na višjih energijskih ravneh na voljo še dva niza orbital. V tretji je možen obstoj petih d-orbital (s kompleksnimi oblikami in imeni), pa tudi 3s in 3p orbital (3p x, 3p y, 3p z). Skupaj jih je 9.
V četrti se poleg 4s in 4p ter 4d pojavi še 7 dodatnih f orbital - skupaj 16, ki so na voljo tudi na vseh višjih energijskih nivojih.
Postavitev elektronov v orbitale
Atom si lahko predstavljamo kot zelo elegantno hišo (kot obrnjena piramida) z jedrom, ki živi v pritličju, in različnimi sobami v zgornjih nadstropjih, ki jih zasedajo elektroni:
- v pritličju je samo 1 soba (1s);
- na drugi so že 4 sobe (2s, 2p x, 2p y in 2p z);
- v tretjem nadstropju je 9 sob (ena 3s, tri 3p in pet 3d orbital) itd.
Ampak sobe niso zelo velike. Vsak od njih lahko vsebuje samo 2 elektrona.
Priročen način za prikaz atomskih orbital, v katerih se nahajajo dani delci, je risanje "kvantnih celic".
Kvantne celice
Atomske orbitale lahko predstavimo kot kvadrate z elektroni v njih, prikazanimi kot puščice. Puščici gor in dol se pogosto uporabljata za prikaz, da se ti delci med seboj razlikujejo.
Potreba po različnih elektronih v atomu je posledica kvantne teorije. Če sta v različnih orbitalah, je to super, če pa sta v isti orbitali, potem mora biti med njima neka subtilna razlika. Kvantna teorija daje delcem lastnost, imenovano "spin", kar označuje smer puščic.
Orbitala 1s z dvema elektronoma je upodobljena kot kvadrat z dvema puščicama, obrnjenima navzgor in navzdol, lahko pa jo zapišemo še hitreje kot 1s 2 . To se bere kot "ena s dva" in ne kot "ena s na kvadrat". Številke v teh oznakah se ne smejo zamenjevati. Prvi označuje nivo energije, drugi pa število delcev v orbitali.
Hibridizacija
V kemiji je hibridizacija koncept mešanja atomskih orbital v nove hibridne orbitale, ki so sposobne združiti elektrone, da tvorijo kemične vezi. Sp hibridizacija pojasnjuje kemično vezavo spojin, kot so alkini. V tem modelu se atomski orbitali ogljika 2s in 2p mešata in tvorita dve sp orbitali. Acetilen C 2 H 2 je sestavljen iz sp-sp prepleta dveh atomov ogljika, ki tvorita vez σ in dve dodatni vezi π.
Ogljikove atomske orbitale v nasičenih ogljikovodikih imajo identične hibridne sp 3 orbitale, oblikovane kot ročica, katerih en del je veliko večji od drugega.
Hibridizacija Sp 2 je podobna prejšnjim in nastane z mešanjem ene s in dveh p orbital. Na primer, v molekuli etilena nastanejo tri sp 2 in ena p orbitala.
Atomske orbitale: princip polnjenja
Če si predstavljamo prehode iz enega atoma v drugega v periodnem sistemu kemijskih elementov, je mogoče ugotoviti elektronsko strukturo naslednjega atoma tako, da dodaten delec postavimo v naslednjo razpoložljivo orbitalo.
Elektroni, preden zapolnijo višje energijske nivoje, zasedejo nižje, ki se nahajajo bližje jedru. Kjer je izbira, polnijo orbitale posebej.
Ta vrstni red polnjenja je znan kot Hundovo pravilo. Uporablja se le, če imajo atomske orbitale enake energije, pomaga pa tudi zmanjšati odboj med elektroni, zaradi česar je atom bolj stabilen.
Upoštevati je treba, da ima orbitala s vedno nekoliko manj energije kot orbitala p na enaki energijski ravni, zato se prve vedno napolnijo pred drugo.
Kar je res čudno, je položaj 3d orbital. So na višji ravni kot 4s, zato se najprej zapolnijo 4s orbitale, nato pa vse 3d in 4p orbitale.
Enaka zmeda se pojavi na višjih ravneh z večjim prepletanjem med njimi. Zato na primer atomske orbitale 4f niso zapolnjene, dokler niso zasedena vsa mesta v 6s.
Poznavanje vrstnega reda polnjenja je osrednjega pomena za razumevanje, kako opisati elektronske strukture.
