Что такое вырожденные орбитали?



вырожденные орбитали это все те, кто находится на одном уровне энергии. Согласно этому определению они должны иметь одинаковое основное квантовое число N. Таким образом, 2s и 2p-орбитали являются вырожденными, так как они принадлежат энергетическому уровню 2. Однако известно, что их функции угловых и радиальных волн различны.

Как значения N, электроны начинают занимать другие подуровни энергии, такие как орбитали d и f. Каждая из этих орбиталей имеет свои особенности, которые на первый взгляд наблюдаются в их угловых формах; это сферические (s), гантельные (p), трилистники (d) и шаровидные (f) фигуры.

Среди них есть разность энергий, даже принадлежащих к одному уровню N.

Например, верхнее изображение показывает энергетическую схему с орбиталями, занятыми неспаренными электронами (ненормальный случай). Видно, что из всех наиболее стабильных (самая низкая энергия) орбиталь ns (1s, 2s, ...), а nf самая неустойчивая (самая высокая энергия).

индекс

  • 1 Вырожденные орбитали изолированного атома
    • 1.1 Орбитали р
    • 1.2 Орбитали
    • 1,3 орбитали
  • 2 вырожденных гибридных орбитали
  • 3 Ссылки

Вырожденные орбитали изолированного атома

Вырожденные орбитали с одинаковым значением N, они находятся на одной линии в энергетической схеме. По этой причине три красные полосы, которые символизируют p-орбитали, расположены на одной линии; как фиолетовые и желтые полосы делают.

Схема изображения нарушает правило Хунда: орбитали с более высокой энергией заполнены электронами без предварительного спаривания их с орбитали с более низкой энергией. Когда электроны соединяются, орбиталь теряет энергию и оказывает большее электростатическое отталкивание на неспаренные электроны других орбиталей.

Однако такие эффекты не учитываются на многих энергетических диаграммах. Если так, и подчиняясь правилу Хунда, не заполняя полностью d-орбитали, можно было бы видеть, что они перестают вырождаться.

Как указано выше, каждая орбита имеет свои особенности. Изолированный атом с его электронной конфигурацией имеет электроны, расположенные в точном количестве орбиталей, которые позволяют им размещаться. Только те, кто равен по энергии, могут считаться вырожденными.

Орбитали р

Три красные полосы для вырожденных p-орбиталей на изображении показывают, что обах, ри и рZ У них одинаковая энергия. В каждом есть неспаренный электрон, описываемый четырьмя квантовыми числами (N, L, мл и более), в то время как первые три описывают орбитали.

Единственная разница между ними обозначается магнитным моментом мл, который рисует траекторию рх по оси х, ри на оси у, и рZ на оси Z. Все три равны, но отличаются только своей пространственной ориентацией. По этой причине они всегда выровнены по энергии, то есть вырождены.

Поскольку они одинаковы, атом изолирован от азота (с конфигурацией 1с)22s22р3) должен поддерживать вырожденные три его орбитали с. Однако энергетический сценарий резко меняется, если учесть атом N в молекуле или химическом соединении..

Почему? Потому что хотя рх, ри и рZ они равны по энергии, это может варьироваться в каждом из них, если они имеют разные химические среды; то есть если они связаны с разными атомами.

г орбитали

Есть пять фиолетовых полос, которые обозначают d-орбитали. В изолированном атоме, даже если они имеют спаренные электроны, эти пять орбиталей считаются вырожденными. Однако, в отличие от p-орбиталей, на этот раз существует заметная разница в их угловых формах.

Следовательно, их электроны движутся в пространстве, изменяясь от одной орбиты d к другой. Это вызывает, согласно теория кристаллического поля, что минимальное нарушение вызывает разделение энергии орбиталей; то есть пять фиолетовых полос отделяются, оставляя энергетический разрыв между ними:

Какие орбитали выше, а какие ниже? Те, что наверху, обозначены как иг, и те, что ниже T2g. Обратите внимание, как изначально все фиолетовые полосы были выровнены, а теперь сформировался набор из двух орбиталей. иг больше энергии, чем другой набор из трех орбиталей T2g.

Эта теория позволяет объяснить d-d-переходы, которым приписывают многие цвета, наблюдаемые в соединениях переходных металлов (Cr, Mn, Fe и т. Д.). И почему это электронное нарушение? К координационным взаимодействиям металлического центра с другими молекулами лиганды.

F-орбиталей

А с орбитали, они чувствуют желтые полосы, ситуация становится еще сложнее. Их пространственные направления сильно различаются между собой, и визуализация их связей становится слишком сложной.

Фактически, f-орбитали считаются настолько внутренними, что они не "заметно участвуют" в образовании связей.

Когда изолированный атом с f-орбиталями окружен другими атомами, начинается взаимодействие и разворачивается (потеря вырождения):

Обратите внимание, что теперь желтые полосы образуют три набора: T1g, T2g и в1g, и которые больше не вырождены.

Вырожденные гибридные орбитали

Было видно, что орбитали могут разворачиваться и терять вырождение. Однако, хотя это объясняет электронные переходы, оно бледнеет при разъяснении того, как и почему существуют разные молекулярные геометрии. Это где гибридные орбитали входят.

Каковы его основные характеристики? Что они вырожденные. Таким образом, они возникают из смеси символов орбиталей s, p, d и f, чтобы создать вырожденные гибриды.

Например, три p-орбитали смешиваются с одной s, чтобы получить четыре sp-орбитали3. Все sp орбитали3 они вырождены и поэтому имеют одинаковую энергию.

Если дополнительно две d-орбитали смешаны с четырьмя sp3, вы получите шесть sp орбиталей3d2.

И как они объясняют молекулярные геометрии? Поскольку их шесть, и они имеют одинаковую энергию, они должны быть ориентированы симметрично в пространстве, чтобы создать одинаковую химическую среду (например, в соединении MF).6).

Когда они это делают, образуется октаэдр координации, который равен октаэдрической геометрии вокруг центра (M).

Однако геометрии имеют тенденцию иметь искажения, что означает, что даже гибридные орбитали не являются полностью вырожденными. Поэтому, в качестве вывода, вырожденные орбитали существуют только в изолированных атомах или сильно симметричных средах..

ссылки

  1. Словарь Chemicool. (2017). Определение вырождения Получено с: chemicool.com
  2. SparkNotes LLC. (2018). Атомы и атомные орбитали. Получено с: sparknotes.com
  3. Чистая химия (Н.Д.). Электронная конфигурация. Восстановлено от: es-puraquimica.weebly.com
  4. Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. (2008). Химия. (8-е изд.). CENGAGE Learning.
  5. Морено Р. Эспарза. (2009). Координационный курс химии: Поля и орбитали. [PDF]. Получено с: depa.fquim.unam.mx
  6. Дрожь и Аткинс. (2008). Неорганическая химия (Четвертое издание). Mc Graw Hill.