Atomik yörüngelerin oluşma şekli, nasıl sembolize edildiği ve çeşitleri

atomik orbitaller elektronlar için bir dalga fonksiyonu ile tanımlanan atom bölgeleridir. Dalga fonksiyonları, Schrödinger denkleminin çözünürlüğünden elde edilen matematiksel ifadelerdir. Bunlar uzaydaki bir veya daha fazla elektronun enerji durumunu ve onu bulma olasılığını tanımlar..

Bağlantıyı ve periyodik tabloyu anlamak için kimyagerler tarafından uygulanan bu fiziksel kavram, elektronu aynı zamanda bir dalga ve bir parçacık olarak kabul eder. Bu nedenle, elektronların çekirdeğin veya güneşin etrafındaki yörüngelerde dönen gezegenlerin bulunduğu güneş sisteminin görüntüsü atılır..

Bu eski görselleştirme, atomun enerji seviyelerini gösterirken pratiktir. Örneğin: yörüngeleri temsil eden eşmerkezli halkalar ve statik elektronları ile çevrili bir daire. Aslında bu, atomun çocuklara ve gençlere tanıtıldığı görüntüdür..

Bununla birlikte, gerçek atomik yapı, yaklaşık bir görüntüsüne bile sahip olamayacak kadar karmaşıktır..

Daha sonra elektronun bir dalga parçacığı olduğu düşünüldüğünde ve Schrödinger'in hidrojen atomu için diferansiyel denklemini çözerek (en basit sistem) ünlü kuantum sayıları elde edildi..

Bu sayılar, elektronların atomun hiçbir yerini işgal edemediğini, ancak yalnızca gizli ve ölçülü bir enerji seviyesine uyanları gösterir. Yukarıdakilerin matematiksel ifadesi dalga fonksiyonu olarak bilinir..

Böylece, hidrojen atomundan, kuantum sayıları tarafından yönetilen bir dizi enerjik durum hesaplandı. Bu enerji durumları atomik orbitaller olarak adlandırıldı..

Fakat bunlar sadece bir elektronun bir hidrojen atomundaki yerini açıklar. Diğer atomlar için, polielektronik, helyumdan itibaren, bir yörünge yaklaşımı yapıldı. Neden? Çünkü Schrödinger denkleminin iki veya daha fazla elektronlu atomlar için çözümü çok karmaşıktır (mevcut teknolojide bile).

indeks

• 1 Atomik yörüngeler nelerdir?
  • 1.1 Radyal dalga fonksiyonu
  • 1.2 Açısal dalga fonksiyonu
  • 1.3 Elektron ve kimyasal bağ bulma olasılığı
• 2 Nasıl sembolize edilir??
• 3 Türleri
  • 3.1 Orbitaller
  • 3.2 Orbitaller p
  • 3.3 Orbitaller d
  • 3.4 Orbitaller
• 4 Kaynakça

Atomik yörüngeler nelerdir?

Atomik yörüngeler, iki bileşenden oluşan dalga fonksiyonlarıdır: radyal bir ve bir açısal olan. Bu matematiksel ifade şöyle yazılmıştır:

Ψ_NLML = R_nl(r) · Y_LML(Θφ)

İlk başta karmaşık görünse de, kuantum sayıların n, l ve mi Küçük harflerle belirtilirler. Bu, bu üç sayının yörüngeyi tanımladığı anlamına gelir. R,_nl(r) radyal fonksiyon olarak daha iyi bilinen, bağlıdır n ve l; iken Y_LML(θφ), açısal fonksiyona bağlıdır l ve mi.

Matematiksel denklemde r, çekirdeğe olan mesafe ve θ ve φ değişkenleri de vardır. Tüm bu denklem setinin sonucu, orbitallerin fiziksel bir temsilidir. Ne? Yukarıdaki resimde görülen. İlerleyen bölümlerde açıklanacak bir dizi yörünge vardır..

Şekilleri ve tasarımları (renkleri değil) dalga fonksiyonlarının uzayda çizilmesinden ve radyal ve açısal bileşenlerinden gelir.

Radyal dalga fonksiyonu

Denklemde görüldüğü gibi, R_nl(r) çok fazla bağlı n itibariyle l. Daha sonra, radyal dalga fonksiyonu ana enerji seviyesi ve alt seviyeleri tarafından tanımlanır..

Elektronun yönü dikkate alınmadan fotoğraf çekilebilirse, sonsuz küçük bir nokta görülebilir. Ardından milyonlarca fotoğraf çekerken, nokta bulutunun çekirdeğe olan mesafeye bağlı olarak nasıl değiştiğini detaylandırabilirsiniz..

Bu şekilde, bulutun yoğunluğu çekirdeğin uzaklığı ve yakınlığı ile karşılaştırılabilir. Aynı işlem tekrarlanırsa, ancak başka bir enerji seviyesi veya alt seviye ile bir öncekini kapsayan başka bir bulut oluşturulacaktı. İkisi arasında elektronun asla bulunmadığı küçük bir boşluk var; bu ne denir radyal düğüm.

Ayrıca, bulutlarda daha yüksek ve daha düşük elektronik yoğunluğa sahip bölgeler var. Büyüdükçe ve çekirdekten uzağa doğru ilerledikçe, daha fazla radyal düğümleri vardır; ve ayrıca, bir mesafe r elektronun daha sık etrafta dolaştığı ve onu bulma ihtimalinin daha yüksek olduğu yerler.

Açısal dalga fonksiyonu

Yine, denklemden Y olduğu bilinmektedir_LML(θφ) temel olarak kuantum sayıları ile tanımlanmaktadır. l ve mi. Bu kez manyetik kuantum sayısına katılır, bu nedenle, elektronun uzaydaki yönü tanımlanır; ve bu adres, θ ve φ değişkenlerini içeren matematiksel denklemlerden çizilebilir..

Şimdi, fotoğraf çekmek için değil, elektronun atom içindeki yolunun bir videosunu kaydetmeye devam ediyoruz. Önceki deneyden farklı olarak, elektronun nerede olduğu, ancak nereye gittiği bilinmiyor..

Hareket ederken, elektron daha tanımlanmış bir bulut tarif eder; aslında, resimde görülenler gibi küresel bir şekil veya loblu bir şekil. Şekillerin türü ve uzayda yönleri; l ve mi.

Elektronun geçmediği ve şeklin kaybolduğu çekirdeğe yakın bölgeler vardır. Bu bölgeler olarak bilinir. açısal düğümler.

Örneğin, ilk küresel yörünge gözlenirse, hemen her yöne simetrik olduğu sonucuna varılır; Bununla birlikte, şekli boş alanlar gösteren diğer yörüngelerde de böyle değildir. Bunlar Kartezyen düzleminin kökeninde ve loblar arasındaki hayali düzlemlerde gözlenebilir..

Elektron ve kimyasal bağ bulma olasılığı

Bir yörüngede bir elektron bulma gerçek olasılığını belirlemek için, iki fonksiyon göz önünde bulundurulmalıdır: radyal ve açısal. Bu nedenle, açısal bileşenin, yani, orbitallerin gösterilen biçimini, ancak elektronik yoğunluğunun çekirdeğin mesafesine göre nasıl değiştiğini kabul etmek yeterli değildir..

Ancak, çünkü adresleri (mibir yörüngeyi bir başkasından ayırmak, sadece şeklini düşünmek pratiktir (belki de tamamen doğru olmasa da). Bu şekilde, kimyasal bağın açıklaması bu şekillerin çakışması ile açıklanmaktadır..

Örneğin, üç orbitalin karşılaştırmalı bir görüntüsü yukarıda gösterilmiştir: 1s, 2s ve 3s. İçerideki radyal düğümlerine dikkat edin. Diğerlerinin bir ve iki düğümü varken 1'ler orbitalinde bir düğüm yoktur..

Kimyasal bir bağ göz önüne alındığında, bu yörüngelerin sadece küresel şeklini göz önünde bulundurmak daha kolaydır. Bu şekilde ns orbital bir diğerine ve bir mesafeye yaklaşır. r, elektron, komşu atomun elektronuyla bir bağ oluşturacaktır. Buradan, bu bağlantıyı açıklayan birkaç teorik (TEV ve TOM) ortaya çıkmaktadır..

Nasıl sembolize edilir??

Atomik orbitaller, açıkça, şöyle sembolize edilir: nl_mi.

Kuantum sayılar 0, 1, 2, vb. Bütün değerleri alır, ancak orbitalleri sembolize etmek için sadece n sayısal bir değer İçin iken l, tam sayı, karşılık gelen harfiyle (s, p, d, f) değiştirilir; ve için mi, değişken veya matematiksel bir formül mi= 0).

Örneğin, 1'ler orbital için: n= 1, s = 0 ve mi= 0 Aynısı tüm ns orbitalleri için de geçerlidir (2s, 3s, 4s, vb.).

Yörüngelerin geri kalanını sembolize etmek için, her birinin enerji seviyeleri ve kendine has özellikleri olan türlerine hitap etmek gerekir..

tip

s orbitalleri

Kuantum sayıları l= 0 ve mi= 0 (radyal ve açısal bileşenlerine ek olarak) küresel şekilli bir yörüngeyi açıklar. Bu, ilk görüntünün yörüngesinin piramitini yönetendir. Ayrıca, radyal düğümlerin görüntüsünde görüldüğü gibi, 4, 5 ve 6 nolu yörüngelerin üç, dört ve beş düğüme sahip olması beklenebilir..

Simetrik olmaları ile karakterize edilirler ve elektronları daha etkili bir nükleer yük yaşarlar. Bunun nedeni, elektronlarının iç katmanlara nüfuz edebilmeleri ve çekirdeğe çok yakın durmalarıdır, bu da üzerinde olumlu bir çekim yapar..

Bu nedenle, bir 3s elektronunun 2s ve 1s yörüngesine girerek çekirdeğe yaklaşma olasılığı vardır. Bu gerçek, neden sp hibrit orbitalleri olan bir atomun (komşu atomlarının elektronik yoğunluğunu çekme eğiliminde) sp hibridizasyona kıyasla daha elektronegatif olduğunu açıklar.³.

Bu nedenle, orbitallerin elektronları çekirdeğin yükünü en fazla deneyimleyen ve enerjisel olarak daha kararlı olanlardır. Birlikte, diğer alt seviyelerin veya orbitallerin elektronları üzerinde koruyucu bir etki gösterirler; yani, en dış elektronların yaşadığı gerçek nükleer yükü (Z) azaltırlar..

Yörüngeler p

Yörüngeler kuantum sayılara sahiptir. l= 1 ve değerleri ile mi= -1, 0, + 1. Diğer bir deyişle, bu yörüngelerde bir elektron (yukarıdaki resme göre) sarı dambıl olarak gösterilen üç yöne gidebilir.

Her halterin Kartezyen ekseni boyunca konumlandığını unutmayın x, ve ve z. Bu nedenle, x ekseninde bulunan o yörünge p, p olarak gösterilir._x; y ekseni üzerindeki_ve; ve eğer xy düzlemine dik olarak bakarsa, yani z ekseni üzerinde_z.

Tüm yörüngeler birbirine dik, yani 90º bir açı oluştururlar. Aynı zamanda, açısal fonksiyon, çekirdek (Kartezyen ekseninin orijini) çekirdeğinde kaybolur ve sadece lobların içindeki elektronu bulma olasılığı vardır (elektron yoğunluğu radyal fonksiyonuna bağlıdır).

Zayıf koruma etkisi

Bu orbitallerin elektronları, iç tabakalara s orbitallerininkiyle aynı şekilde nüfuz edemez. Formlarını karşılaştırırken, p orbitalleri çekirdeğe daha yakın görünüyor; ancak, ns elektronları çekirdeğin çevresinde en sık bulunur.

Yukarıdakilerin sonucu nedir? Bir NP elektronunun daha düşük etkili bir nükleer yük yaşadığı. Ek olarak, ikincisi s orbitallerinin tarama etkisiyle daha da azalır. Bu örneğin hibrit orbital sp olan bir atomun nedenini açıklar.³ sp orbitalleri ile olduğundan daha az elektronegatif² veya sp.

Ayrıca, her dambıl'ın açısal bir nodal düzlemine sahip olduğunu ancak radyal düğümü olmadığını (2p orbitalleri başka hiçbir şey olmadığını) not etmek de önemlidir. Başka bir deyişle, eğer dilimlenmiş olsaydı, içinde 2'li yörüngede olduğu gibi katmanlar olmazdı; ancak 3p yörüngesinden itibaren, radyal düğümler gözlenmeye başlanacaktı.

Bu açısal düğümler, en dıştaki elektronların zayıf bir koruyucu etkiye sahip olmasından sorumludur. Örneğin, 2s elektronlar 2p orbitallerinkileri 2p elektronlardan 3s orbitallerininkilere göre daha büyük ölçüde korur.

Px, Py ve Pz

Değerlerinden beri mi -1, 0 ve + 1'dir, her biri bir Px, Py veya Pz orbitalini temsil eder. Toplamda, altı elektron barındırabilir (her bir yörünge için iki tane). Bu gerçek, elektronik konfigürasyonu, periyodik tabloyu ve p denilen bloğu oluşturan unsurları anlamak için çok önemlidir..

d orbitali

D yörünge değerleri l= 2 ve mi= -2, -1, 0, +1, +2. Bu nedenle toplamda on elektron tutabilen beş yörünge vardır. D orbitallerinin beş açısal işlevi, yukarıdaki resimde gösterilmiştir..

İlki, 3d yörüngeler, yörüngeli d hariç, radyal düğümlerden yoksundur, ancak diğerleri_z2, iki düğüm uçağı vardır; Görüntünün düzlemleri değil, çünkü bunlar yalnızca turuncu lobların hangi yonca yaprak formlarında yerleştirildiğini gösterir. İki nodal düzlem gri düzlemine dik olarak ikiye bölen uçaklardır..

Formları, etkili nükleer yükün korunmasında onları daha az etkili hale getirir. Neden? Çünkü çekirdeğin harici elektronları çekebileceği daha fazla düğüme sahipler..

Bu nedenle, tüm d orbitalleri, bir enerji seviyesinden diğerine daha az belirgin olmayan atom yarıçapındaki artışa katkıda bulunur..

f orbitalleri

Son olarak, f orbitallerin değerleri ile kuantum sayıları vardır. l= 3 ve mi= -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. Toplam on dört elektron için yedi f orbital vardır. Bu yörüngeler, yüzeysel olarak 4f olarak sembolize edilen 6. periyottan itibaren erişilebilir olmaya başlar..

Açısal fonksiyonların her biri karmaşık şekilli lobları ve birkaç düğüm düzlemini temsil eder. Bu nedenle, dış elektronları daha az korurlar ve bu fenomen neyin bilindiğini açıklar. lantanit daralması.

Bu nedenle ağır atomlar için bir seviyedeki atom yarıçaplarında belirgin bir değişiklik yoktur. n diğerine n + 1 (Örneğin, 6n ila 7n). Bugüne kadar, 5f orbitalleri doğal veya yapay atomlarda bulunan son.

Bütün bunlar göz önüne alındığında, yörünge olarak bilinenler ile yörüngeler arasında bir uçurum açılır. Her ne kadar benzer olsalar da, gerçekte çok farklılar..

Atomik yörünge ve yörünge yaklaşımı kavramı, kimyasal bağın açıklamalarına ve bunun bir şekilde veya başka bir şekilde moleküler yapıya nasıl etki edebileceğini açıklamıştır..

referanslar

1. Shiver ve Atkins. (2008). İnorganik kimya (Dördüncü baskı, sayfa 13-8). Mc Graw Hill.
2. Harry B. Gray. (1965). Elektronlar ve Kimyasal Bağlanma. W. A. Benjamin, Inc. New York.
3. Quimitube. (N.D.). Atomik yörüngeler ve kuantum sayıları. Alınan: quimitube.com
4. C C. R. (2016). Elektron Orbitallerinin Görüntülenmesi. Alınan: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Clark J. (2012). Atom Orbitalleri. Şu kaynaktan alındı: chemguide.co.uk
6. Kuantum hikayeleri (26 Ağustos 2011). Atomik yörüngeler, lise yalanı. Kurtarılan: cuentos-cuanticos.com