- Degenerere baner i et isolert atom
- Orbitaler p
- Orbitaler d
- Orbitaler f
- Degenerert Hybrid Orbitals
- referanser
De degenererte orbitalene er de som er på samme energinivå. I henhold til denne definisjonen må de ha samme hovedkvantetall n. Dermed er de 2s og 2p orbitalene degenererte, siden de tilhører energinivå 2. Det er imidlertid kjent at deres vinkel- og radielle bølgefunksjoner er forskjellige.
Når verdiene til n øker, begynner elektronene å oppta andre energinivåer, for eksempel d og f orbitaler. Hver av disse orbitalene har sine egne egenskaper, som ved første øyekast kan sees i deres kantete former; Dette er de sfæriske (r), dumbbell (p), cloverleaf (d) og globular (f) figurene.
Kilde: Gabriel Bolívar
Mellom dem er det en energisk forskjell, til og med tilhørende samme nivå n.
Bildet over viser for eksempel et energiplan med orbitalene okkupert av uparmerte elektroner (et unormalt tilfelle). Det kan sees at av alle de mest stabile (den med lavest energi) er ns orbital (1s, 2s, …), mens nf er den mest ustabile (den med høyest energi).
Degenerere baner i et isolert atom
Degenererte orbitaler, med samme verdi av n, ligger i samme linje i et energiplan. Av denne grunn er de tre røde stripene som symboliserer p-bane, plassert på samme linje; det samme gjør de lilla og gule stripene på samme måte.
Diagrammet på bildet bryter Hunds regel: Orbitalene med høyere energi er fylt med elektroner uten å sammenkoble dem først i de lavere energien. Når elektronene parer seg, mister orbitalen energi, og utøver en større elektrostatisk frastøtning på uparrede elektroner fra de andre orbitalene.
Slike effekter er imidlertid ikke vurdert i mange energidiagrammer. I så fall og ved å adlyde Hunds regel uten å fylle d-orbitalene helt, vil man se at de slutter å bli degenererte.
Som tidligere nevnt har hver bane sine egne egenskaper. Et isolert atom, med sin elektroniske konfigurasjon, har elektronene anordnet i det nøyaktige antall orbitaler for å imøtekomme dem. Bare de som er like i energi kan betraktes som degenererte.
Orbitaler p
De tre røde stripene for degenererte p-orbitalene i bildet indikerer at både p x , p og p z har den samme energien. Det er et uparret elektron i hvert, beskrevet av fire kvantetall (n, l, ml og ms), mens de tre første beskriver orbitalene.
Den eneste forskjellen mellom dem er angitt av magnetisk moment ml, som tegner banen til p x på en x-akse, p y på y-aksen og p z på z-aksen. Alle tre er de samme, men avviker bare i deres romlige orientering. Av denne grunn trekkes de alltid på linje i energi, det vil si degenererte.
Siden de er like, må et isolert nitrogenatom (med konfigurasjon 1s 2 2s 2 2p 3 ) opprettholde sine tre p-orbitaler degenerere. Imidlertid endres energiscenarioet brått hvis man vurderer et N-atom i et molekyl eller en kjemisk forbindelse.
Hvorfor? For selv om p x , p og og p z har lik energi, kan det variere i hver av dem hvis de har forskjellige kjemiske miljøer; det vil si hvis de binder seg til forskjellige atomer.
Orbitaler d
Det er fem lilla striper som angir d orbitalene. I et isolert atom, selv om de har sammenkoblede elektroner, regnes disse fem orbitalene som degenererte. I motsetning til p orbitalene er det imidlertid denne gangen en markant forskjell i deres kantete former.
Derfor reiser elektronene sine retninger i verdensrommet som varierer fra en orbital til en annen. Dette forårsaker, i henhold til teorien om det krystallinske feltet, at en minimumsforstyrrelse forårsaker en energisk dobling av orbitalene; det vil si at de fem lilla stripene skiller seg, og etterlater et energigap mellom dem:
Kilde: Gabriel Bolívar
Hva er de beste orbitalene, og hva er de nederste orbitalene? Ovennevnte er symbolisert som e g , og de under t 2g . Legg merke til hvordan utgangspunktet alle de lilla striper ble justert, og nå et sett med to e g orbitaler mer energiske enn det andre settet med tre t 2g orbitaler ble dannet .
Denne teorien lar oss forklare dd-overgangene, som mange av fargene observert i forbindelsene til overgangsmetaller (Cr, Mn, Fe, etc.) tilskrives. Og hva skyldes denne elektroniske forstyrrelsen? Til koordinasjonsinteraksjoner av metallsenteret med andre molekyler kalt ligander.
Orbitaler f
Og med f-orbitalene, de filtgule stripene, blir situasjonen enda mer komplisert. Deres romlige retninger varierer sterkt mellom dem, og visualiseringen av koblingene deres blir for komplisert.
Faktisk anses orbitalene for å være så innvendig omhyllet at de ikke "deltar nevneverdig" i obligasjonsdannelse.
Når det isolerte atomet med f orbitaler omgir seg med andre atomer, begynner interaksjoner og utspiller seg (tapet av degenerasjon):
Kilde: Gabriel Bolívar
Legg merke til at de gule stripene nå danner tre sett: t 1g , t 2g og en 1g , og at de ikke lenger er degenererte.
Degenerert Hybrid Orbitals
Det har blitt sett at orbitalene kan utfolde seg og miste degenerasjon. Selv om dette forklarer elektroniske overganger, er det imidlertid å belyse hvordan og hvorfor det er forskjellige molekylære geometrier. Det er her hybride orbitaler kommer inn.
Hva er dens viktigste egenskaper? At de er degenererte. Dermed oppstår de fra blandingen av tegn på s, p, d og f orbitaler, for å stamme degenererte hybrider.
For eksempel blandes tre p orbitaler med en s for å gi fire sp 3 orbitaler . Alle sp 3- orbitaler er degenererte, og har derfor den samme energien.
Hvis i tillegg to d orbitaler blir blandet med de fire sp 3 , vil vi oppnå seks sp 3 d 2 orbitaler .
Og hvordan forklarer de molekylære geometrier? Ettersom det er seks, med like energier, må de derfor orienteres symmetrisk i rommet for å generere like kjemiske miljøer (for eksempel i en MF 6- forbindelse ).
Når de gjør det, dannes en koordineringsoktaedron, som er lik en oktaedrisk geometri rundt et sentrum (M).
Imidlertid er geometrier ofte forvrengt, noe som betyr at selv hybrid orbitaler egentlig ikke er fullstendig degenererte. Som konklusjon eksisterer derfor degenererte orbitaler bare i isolerte atomer eller i svært symmetriske miljøer.
referanser
- Chemicool Dictionary. (2017). Definisjon av Degenerate. Gjenopprettet fra: chemicool.com
- SparkNotes LLC. (2018). Atomer og atomiske orbitaler. Gjenopprettet fra: sparknotes.com
- Ren kjemi. (SF). Elektronisk konfigurasjon. Gjenopprettet fra: es-puraquimica.weebly.com
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kjemi. (8. utg.). CENGAGE Læring.
- Moreno R. Esparza. (2009). Koordinering kjemikurs: Felt og orbitaler. . Gjenopprettet fra: depa.fquim.unam.mx
- Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kjemi. (Fjerde utgave). Mc Graw Hill.