Hvad er degenererede orbitaler?

den degenererede orbitaler de er alle dem, der er på samme niveau af energi. Ifølge denne definition skal de have samme hovedkvantumnummer n. Således 2s og 2p orbitaler er degenereret som de vedrører energiniveauet 2. Imidlertid er det kendt, at funktioner af vinkel- og radiale bølger er forskellige.

Som værdierne for n, elektronerne begynder at besætte andre underniveauer af energi, såsom orbitalerne d og f. Hver af disse orbitaler har deres egen karakteristika, som ved første øjekast observeres i deres vinkler; disse er sfæriske (d), håndvægte (p), trefoil (d) og globulære (f) figurer.

Blandt dem er der en energiforskelse, der selv hører til samme niveau n.

For eksempel viser det øvre billede et energisystem med orbitalerne optaget af uparvede elektroner (en unormal sag). Det kan ses, at alle de mest stabile (laveste energi) er de ns orbital (1s, 2s, ...), mens den mest ustabile nf (højeste energi).

indeks

• 1 Degenererende orbitaler af et isoleret atom
  • 1.1 Orbitals s
  • 1.2 Orbitaler
  • 1.3 Orbitaler
• 2 degenererede hybrid orbitaler
• 3 referencer

Degenererende orbitaler af et isoleret atom

Degenererede orbitaler, med samme værdi af n, de er i samme linje i et energisystem. Af den grund er de tre røde striber, der symboliserer p-orbitalerne, placeret i samme linje; som de lilla og gule striber gør.

Billedets skema overtræder Hunds regel: de højere energi-orbitaler er fyldt med elektroner uden først at parre dem med de lavere energibehov. Når elektronerne mates, mister orbitalen energi og udøver en større elektrostatisk afstødning på de uparvede elektroner i de andre orbitaler.

Imidlertid tages sådanne virkninger ikke i betragtning i mange energidiagrammer. Hvis ja, og adlyde Hunds regel uden fuldstændig at fylde d-orbitalerne, ville det ses, at de ophører med at være degenererede.

Som nævnt ovenfor har hver orbitale sine egenskaber. Et isoleret atom, med dets elektroniske konfiguration, har sine elektroner anbragt i det præcise antal orbitaler, der tillader dem at blive anbragt. Kun de, der er ens i energi, kan betragtes som degenererede.

Orbitaler s

De tre røde striber for degenererede p orbitaler i billedet viser, at begge_x, p_og og s_z De har den samme energi. Der er en opparet elektron i hver, beskrevet af fire kvante numre (n, l, ml og mere), mens de første tre beskriver orbitalerne.

Den eneste forskel mellem dem er betegnet med det magnetiske øjeblik ml, som trækker spor af p_x på en x-akse, s_og på y-aksen og p_z på z-aksen. Alle tre er ens, men adskiller sig kun i deres rumlige orienteringer. Af denne grund bliver de altid trukket på linje med energi, det vil sige degenereret.

Da de er ens, et atom isoleret fra nitrogen (med 1s konfiguration)²2s²2p³) skal opretholde degenerere sine tre orbitaler s. Energiscenariet ændrer imidlertid brat, hvis man betragter et N-atom inden for et molekyle eller en kemisk forbindelse.

Hvorfor? Fordi selv om s_x, p_og og s_z de er ens i energi, dette kan variere i hver af dem, hvis de har forskellige kemiske miljøer; det vil sige, hvis de er forbundet med forskellige atomer.

d orbitaler

Der er fem lilla striber, der betegner d orbitalerne. I et isoleret atom, selv om de har parrede elektroner, anses disse fem orbitaler for at være degenererede. I modsætning til p orbitaler er denne gang imidlertid en markant forskel i deres vinkelformer.

Derfor rejser deres elektroner retninger i rummet, der varierer fra en omgang d til en anden. Dette forårsager ifølge krystallinsk feltteori, at en minimal forstyrrelse forårsager a energi splittet af orbitalerne; det vil sige de fem lilla strimler adskilles, hvilket efterlader et energiforbrug mellem dem:

Hvad er orbitalerne ovenfor og hvilke nedenfor? De øverst er symboliseret som og_g, og dem nedenfor t_2g. Bemærk hvordan oprindeligt alle lilla striber blev justeret, og nu blev der dannet et sæt to orbitaler og_g mere energi end det andet sæt af tre orbitaler t_2g.

Denne teori kan forklare D-D overgange, hvortil der er tildelt mange af de observerede i forbindelser af overgangsmetaller (Cr, Mn, Fe, etc.) farver. Og hvorfor er denne elektroniske forstyrrelse? Til koordinationsinteraktionerne af det metalliske center med andre molekyler kaldet ligander.

f orbitaler

Og med f orbitalerne føler de gule striber, situationen bliver endnu mere kompliceret. Deres geografiske retninger varierer meget mellem dem, og visualiseringen af ​​deres forbindelser bliver for kompleks.

F orbitalerne anses faktisk for at være så interne, at de ikke "deltager betydeligt" i dannelsen af ​​obligationer.

Når det isolerede atom med f orbitaler er omgivet af andre atomer, begynder interaktionerne, og udfoldningen opstår (tabet af degeneration):

Bemærk at de gule striber nu udgør tre sæt: t_1g, t_2g og til_1g, og det er ikke længere degenereret.

Degenererende hybrid orbitaler

Det er blevet set, at orbitalerne kan udfolde sig og tabe degenerationen. Men selv om dette forklarer de elektroniske overgange, ligger det i tydeliggørelse af hvordan og hvorfor der er forskellige molekylære geometrier. Det er her, hvor hybrid orbitaler kommer ind.

Hvad er dens vigtigste egenskaber? At de er degenererede. Således stammer de fra blandingen af ​​karakterer af orbitaler s, p, d og f, for at stamme fra degenererede hybrider.

For eksempel blandes tre p orbitaler med en s for at give fire sp orbitaler³. Alle sp orbitaler³ de er degenererede og har derfor den samme energi.

Hvis der desuden blandes to d orbitaler med de fire sp³, du får seks sp orbitaler³d².

Og hvordan forklarer de molekylære geometrier? Da de er seks med lige energier, skal de derfor være orienteret symmetrisk i rummet for at skabe lige kemiske miljøer (for eksempel i en MF-forbindelse).₆).

Når de gør det, dannes en oktaedron af koordinering, som er lig med en oktaedisk geometri omkring et center (M).

Men geometrier har en tendens til at have forvrængninger, hvilket betyder, at ikke engang hybrid orbitaler er fuldstændigt degenereret. Som en følge heraf findes der kun degenererede orbitaler i isolerede atomer eller stærkt symmetriske miljøer.

referencer

1. Chemicool Dictionary. (2017). Definition af Degenerate Hentet fra: chemicool.com
2. SparkNotes LLC. (2018). Atomer og Atomiske Orbitaler. Hentet fra: sparknotes.com
3. Ren kemi (N.D.). Elektronisk konfiguration. Gendannet fra: es-puraquimica.weebly.com
4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. (8. udgave). CENGAGE Learning.
5. Moreno R. Esparza. (2009). Koordineringskemi kursus: Felter og orbitaler. [PDF]. Hentet fra: depa.fquim.unam.mx
6. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kemi (Fjerde udgave). Mc Graw Hill.