Atomipallot niiden koostumuksessa, niiden symbolisointi ja tyypit

atomirakeet ovat atomien alueet, jotka on määritelty elektronien aaltofunktion avulla. Aaltofunktiot ovat matemaattisia lausekkeita, jotka saadaan Schrödingerin yhtälön resoluutiosta. Nämä kuvaavat yhden tai useamman avaruuden energian tilaa ja sen löytämisen todennäköisyyttä.

Tämä fyysinen käsite, jota kemisti soveltaa linkin ja jaksollisen taulukon ymmärtämiseen, pitää elektronia aaltoina ja hiukkasena samanaikaisesti. Siksi aurinkokunnan kuva hylätään, jolloin elektronit ovat planeettoja, jotka pyörivät kiertoradalla ytimen tai auringon ympäri.

Tämä vanhentunut visualisointi on käytännöllinen, kun havainnollistetaan atomin energiatasoja. Esimerkiksi: ympyrä, jonka ympärillä on samankeskisiä renkaita edustavat renkaat ja niiden staattiset elektronit. Itse asiassa tämä on kuva, jolla atomi tuodaan lapsille ja nuorille.

Todellinen atomirakenne on kuitenkin liian monimutkainen, jotta siitä olisi jopa likimääräinen kuva.

Kun otetaan huomioon elektroni aalto-hiukkasena ja Schrödingerin differentiaaliyhtälön ratkaiseminen vetyatomille (kaikkien yksinkertaisin järjestelmä), saatiin kuuluisat kvanttiluvut.

Nämä luvut osoittavat, että elektronit eivät voi mistä tahansa paikasta atomia, vaan vain ne, jotka noudattavat diskreetin ja kvantisoidun energian tasoa. Edellä mainitun matemaattinen ilme tunnetaan aaltofunktiona.

Siten vetyatomista arvioitiin joukko energian tiloja, joita säätelivät kvanttiluvut. Nämä energia-tilat nimettiin atomisiksi.

Mutta nämä vain kuvasivat elektronin sijainnin vetyatomissa. Muille atomeille, polyelektroniikalle, heliumista lähtien tehtiin orbitaalilähestyminen. Miksi? Koska Schrödingerin yhtälön resoluutio atomeille, joissa on kaksi tai useampia elektroneja, on hyvin monimutkainen (vaikka nykyinen tekniikka).

indeksi

• 1 Mitkä ovat atomipallot?
  • 1.1 Radiaalisen aallon toiminta
  • 1.2 Kulman aaltofunktio
  • 1.3 Elektronin ja kemiallisen sidoksen löytämisen todennäköisyys
• 2 Miten ne symbolisoidaan?
• 3 tyyppiä
  • 3.1 Orbitaalit
  • 3.2 Orbitaalit p
  • 3.3 Orbitaalit d
  • 3.4 Orbitaalit
• 4 Viitteet

Mitkä ovat atomipallot?

Atomipallot ovat aaltofunktioita, jotka koostuvat kahdesta osasta: säteittäisestä ja kulmasta. Tämä matemaattinen lauseke on kirjoitettu seuraavasti:

Ψ_NLML = R_nl(r) · Y_LML(Θφ)

Vaikka se voi aluksi tuntua monimutkaiselta, huomaa, että kvanttiluvut ovat n, l ja ml Ne on merkitty pienillä kirjaimilla. Tämä tarkoittaa, että nämä kolme numeroa kuvaavat kiertorataa. R_nl(r), joka tunnetaan paremmin säteittäisenä funktiona, riippuu n ja l; kun taas Y_LML(θφ), kulmafunktio riippuu l ja ml.

Matemaattisessa yhtälössä on myös muuttujia r, etäisyys ytimeen ja θ ja φ. Kaikkien tämän yhtälöryhmän tulos on orbitaalien fyysinen esitys. Mitä? Yllä oleva kuva. On olemassa useita orbitaaleja, jotka selitetään seuraavissa kohdissa.

Sen muodot ja mallit (ei värejä) tulevat piirtämällä avaruudessa aaltotoiminnot ja niiden säteittäiset ja kulmaosat.

Radiaalisen aallon toiminta

Kuten yhtälöstä nähdään, R_nl(r) se riippuu niin paljon n alkaen l. Sitten säteittäisen aaltofunktion kuvaavat pääenergiataso ja sen alatasot.

Jos elektronista voitaisiin ottaa valokuva ottamatta huomioon sen suuntaa, voitaisiin havaita äärettömän pieni piste. Sitten, kun otat miljoonia valokuvia, voit yksityiskohtaisesti selvittää, miten pistepilvi muuttuu ytimen etäisyyden mukaan.

Tällä tavoin pilven tiheyttä voidaan verrata ytimen etäisyyksiin ja lähelle. Jos sama toimenpide toistettaisiin, mutta toisen energian tai alatason kanssa, muodostuu toinen pilvi, joka ympäröi edellisen. Näiden välillä on pieni tila, jossa elektroni ei koskaan sijaitse; tätä kutsutaan nimellä radiaalinen solmu.

Pilvissä on myös alueita, joissa on suurempi ja pienempi elektroninen tiheys. Kun ne ovat suurempia ja liikkuvat kauemmaksi ytimestä, niillä on enemmän säteittäisiä solmuja; ja myös etäisyys R jossa elektroni liikkuu useammin ja todennäköisesti löytää sen.

Kulman aaltofunktio

Jälleen yhtälöstä tiedetään, että Y_LML(θφ) kuvataan pääasiassa kvanttiluvuilla l ja ml. Tällä kertaa se osallistuu magneettiseen kvanttilukuun, joten elektronin suunta avaruudessa määritellään; ja tämä osoite voidaan piirtää matemaattisista yhtälöistä, joihin liittyy muuttujia θ ja φ.

Nyt emme ryhdy ottamaan valokuvia, vaan tallentamaan videon atomin polun polusta. Toisin kuin edellisessä kokeessa, ei tiedetä, missä tarkalleen elektroni on, mutta missä se on menossa.

Siirryttäessä elektroni kuvaa määritellyn pilven; itse asiassa, pallomainen muoto, tai sellainen, jossa on lohkoja, kuten kuvassa näkyvät. Luvut ja niiden suunta avaruudessa kuvataan l ja ml.

On alueita, lähellä ydintä, jossa elektroni ei kulje ja kuva häviää. Tällaiset alueet tunnetaan nimellä kulmayksiköt.

Jos esimerkiksi havaitaan ensimmäinen pallomainen kiertorata, päätellään nopeasti, että se on symmetrinen kaikissa suunnissa; Tämä ei kuitenkaan päde muihin orbitaaleihin, joiden muodot paljastavat tyhjiä tiloja. Nämä voidaan havaita Cartesian tason alkupäässä ja lohkojen välissä olevissa kuvitteellisissa tasoissa.

Todennäköisyys löytää elektroni ja kemiallinen sidos

Jotta voitaisiin määrittää todellinen todennäköisyys löytää elektroni kiertoradalla, nämä kaksi toimintoa on otettava huomioon: säteittäinen ja kulma. Siksi ei riitä, että oletetaan kulmakomponentti eli orbitaalien havainnollistettu muoto, vaan myös se, miten sen elektroninen tiheys muuttuu suhteessa ytimen etäisyyteen..

Koska osoitteet (ml) erottaa yksi kiertorata toisesta, on käytännöllistä (vaikkakaan ei aivan oikein) harkita vain sen muotoa. Tällä tavalla kemiallisen sidoksen kuvaus selittyy näiden kuvioiden päällekkäisyydellä.

Esimerkiksi kolmen orbitaalin vertailukuva on esitetty yllä: 1s, 2s ja 3s. Huomaa sen radiaaliset solmut sisällä. 1s: n kiertoradalla ei ole solmua, kun taas kahdessa toisessa on yksi ja kaksi solmua.

Kun tarkastellaan kemiallista sidosta, on helpompi pitää mielessä vain näiden pallojen pallomainen muoto. Tällä tavoin ns-kiertorata lähestyy toista ja etäisyyttä R, elektroni muodostaa sidoksen viereisen atomin elektroniin. Tästä syntyy useita teoreettisia (TEV ja TOM), jotka selittävät tämän linkin.

Miten ne symbolisoidaan?

Atomi-orbitaalit symbolisoidaan nimenomaan seuraavasti: nl_ml.

Kvanttiluvut ottavat koko arvot 0, 1, 2 jne., Mutta vain orbitaalien symboloimiseksi n numeerinen arvo Vaikka l, koko numero korvataan vastaavalla kirjaimella (s, p, d, f); ja varten ml, muuttuja tai matemaattinen kaava (paitsi ml= 0).

Esimerkiksi 1s-kiertoradalle: n= 1, s = 0 ja ml= 0 Sama koskee kaikkia ns orbitaaleja (2s, 3s, 4s jne.).

Muiden orbitaalien symboloimiseksi on tarpeen käsitellä niiden tyyppejä, joista jokaisella on energian tasot ja omat ominaisuudet.

tyyppi

s orbitaalien

Kvanttiluvut l= 0 ja ml= 0 (säteittäisten ja kulmakomponenttiensa lisäksi) kuvaa palloa, jossa on pallomainen muoto. Tämä on se, joka johtaa alkukuvan orbitaalien pyramidia. Myös säteittäisten solmujen kuvan mukaan voidaan odottaa, että 4s, 5s ja 6s orbitaaleissa on kolme, neljä ja viisi solmua.

Niille on tunnusomaista, että ne ovat symmetrisiä ja niiden elektronit kokevat tehokkaamman ydinvaraus. Tämä johtuu siitä, että heidän elektroninsa voivat tunkeutua sisäisiin kerroksiin ja siirtyä hyvin lähelle ydintä, joka tuo heille positiivisen vetovoiman.

Siksi on todennäköisyys, että 3s-elektroni voi tunkeutua 2s- ja 1s-orbitaaleihin, lähestymällä ydintä. Tämä seikka selittää, miksi atomi, jossa on sp-hybridi-orbitaaleja, on enemmän elektronegatiivinen (suurempi taipumus houkutella lähialueiden atomien elektronista tiheyttä) kuin sp-hybridisaatiolla.³.

Näin ollen orbitaalien elektronit ovat niitä, jotka kokevat eniten ytimen varausta ja ovat energisesti vakaampia. Yhdessä heillä on suojausvaikutus muiden alatasojen tai orbitaalien elektroneihin; toisin sanoen ne vähentävät ulkoisten elektronien todellista ydinvoimaa Z.

Orbitaalit p

P-orbitaaleilla on kvanttiluvut l= 1 ja arvoilla ml= -1, 0, +1. Toisin sanoen näissä kiertoradoissa oleva elektroni voi ottaa kolme suuntaa, jotka on esitetty keltaisina käsipainoina (yllä olevan kuvan mukaan).

Huomaa, että jokainen käsipaino on sijoitettu Cartesian akselia pitkin x, ja ja z. Tämän vuoksi x-akselilla oleva orbitaali p on merkitty p: ksi_x; y-akselilla, s_ja; ja jos se osoittaa kohtisuoraan xy-tasoon eli z-akseliin, se on sitten p_z.

Kaikki kiertoradat ovat kohtisuorassa toisiinsa nähden, eli ne muodostavat 90 asteen kulman. Myös kulmafunktio katoaa ytimessä (Cartesian akselin alkuperän), ja on vain todennäköisyys löytää elektroni lohkoissa (jonka elektronitiheys riippuu säteittäisestä toiminnasta).

Huono suojaus

Näiden kiertoradojen elektronit eivät voi tunkeutua sisäisiin kerroksiin yhtä helposti kuin s orbitaalit. Verrattaessa niiden muotoja p orbitaalit näyttävät olevan lähempänä ydintä; kuitenkin ns-elektronit löytyvät useimmiten ytimen ympärillä.

Mikä on edellä mainitun seuraus? NP-elektroni kokee alhaisemman tehokasta ydinvoimaa. Lisäksi jälkimmäistä pienentää entisestään s orbitaalien seulontavaikutus. Tämä selittää esimerkiksi, miksi atomi, jossa on hybridi orbital sp³ se on vähemmän elektronegatiivista kuin sp orbitaaleilla² tai sp.

On myös tärkeää huomata, että jokaisella käsipainolla on kulmainen solmukohta, mutta ei säteittäistä solmua (2p: n kiertoradat mitään muuta). Toisin sanoen, jos se olisi viipaloitu, sen sisällä ei olisi kerroksia, kuten 2s-kiertoradalla; mutta 3p: n kiertoradasta alkaen radiaaliset solmut alkavat havaita.

Nämä kulmasolmut ovat vastuussa siitä, että syrjäisimmillä elektroneilla on huono suojaus. Esimerkiksi 2s: n elektronit suojaavat 2p: n orbitaalien suurempia määriä kuin 2p-elektroneja 3-orbitaalien kanssa..

Px, Py ja Pz

Koska arvot ml ovat -1, 0 ja +1, joista kukin edustaa Px-, Py- tai Pz-orbitaalia. Yhteensä ne voivat mahtua kuusi elektronia (kaksi kullekin kiertoradalle). Tämä seikka on ratkaisevan tärkeää sähköisen kokoonpanon, jaksollisen taulukon ja ns. Lohkon muodostavien elementtien ymmärtämiseksi.

d orbitaalien

D orbitaaleilla on arvot l= 2, ja ml= -2, -1, 0, +1, +2. Siksi on viisi orbitaalia, jotka kykenevät pitämään yhteensä 10 elektronia. D orbitaalien viisi kulmafunktiota on esitetty yllä olevassa kuvassa.

Ensimmäiset, 3d-orbitaalit, puuttuvat säteittäisistä solmuista, mutta kaikki muut, paitsi kiertoradalla d_z2, on kaksi solmukohtaa; ei kuvien tasoja, koska ne osoittavat vain, mitkä akselit oranssia lohkoa sijoitetaan apila-lehtien muodoilla. Kaksi solmutasoa ovat ne, jotka kulkevat kohtisuorassa harmaaseen tasoon nähden.

Niiden muodot tekevät niistä vieläkin tehokkaampia tehokkaan ydinkuorman suojauksessa. Miksi? Koska niillä on enemmän solmuja, joiden avulla ydin voi houkutella ulkopuolisia elektroneja.

Siksi kaikki d orbitaalit lisäävät atomiradioiden kasvua vähemmän voimakkaasti energian tasosta toiseen.

f orbitaalien

Lopuksi f orbitaaleilla on kvanttiluku, jonka arvot ovat l= 3 ja ml= -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. Yhteensä seitsemän f orbitaalia on yhteensä neljätoista elektronia. Nämä orbitaalit alkavat olla käytettävissä jaksosta 6, joka symbolisoituu pinnallisesti 4f: nä.

Kukin kulmafunktio edustaa lohkoja, joilla on monimutkaisia ​​muotoja ja useita solmu- tasoja. Siksi he suojaavat vielä vähemmän ulkoisia elektroneja ja tämä ilmiö selittää mitä kutsutaan nimellä lantanidin supistuminen.

Tästä syystä raskaille atomeille ei ole merkittävää vaihtelua niiden atomisäteillä tasolla n toiselle n + 1 (Esimerkiksi 6n - 7n). Tähän mennessä luonnollisissa tai keinotekoisissa atomeissa on viimeksi löydetty 5f: n kiertoradat.

Kaikki tämä mielessä, kuilu avautuu kiertoradan ja kiertoradan välillä. Vaikka sanat ovat samankaltaisia, ne ovat todellisuudessa hyvin erilaisia.

Atomisorbitaalin käsite ja kiertoradan lähestymistapa ovat mahdollistaneet kemiallisen sidoksen selityksen ja miten tämä voi tavalla tai toisella vaikuttaa molekyylirakenteeseen.

viittaukset

1. Shiver & Atkins. (2008). Epäorgaaninen kemia (Neljäs painos, sivu 13-8). Mc Graw Hill.
2. Harry B. Grey. (1965). Elektronit ja kemialliset sidokset. W. A. Benjamin, Inc. New York.
3. Quimitube. (N.D.). Atomipallot ja kvanttiluvut. Haettu osoitteesta: quimitube.com
4. Laiva C. R. (2016). Visuaaliset elektroniset orbitaalit. Haettu osoitteesta hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Clark J. (2012). Atomikerrokset. Haettu osoitteesta: chemguide.co.uk
6. Quantum-tarinat (26. elokuuta 2011). Atomipallot, lukion valhe. Palautettu osoitteesta: cuentos-cuanticos.com