Τι είναι τα εκφυλισμένα τροχιακά;

Το εκφυλισμένων τροχιακών είναι όλοι εκείνοι που βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο ενέργειας. Σύμφωνα με αυτόν τον ορισμό, πρέπει να έχουν τον ίδιο βασικό κβαντικό αριθμό n. Έτσι, τα 2s και 2p τροχιακά είναι εκφυλισμένα, αφού ανήκουν στο επίπεδο ενέργειας 2. Ωστόσο, είναι γνωστό ότι οι λειτουργίες τους γωνιακών και ακτινωτών κυμάτων είναι διαφορετικές.

Δεδομένου ότι οι τιμές του n, τα ηλεκτρόνια αρχίζουν να καταλαμβάνουν άλλα δευτερεύοντα επίπεδα ενέργειας, όπως οι τροχιές d και f. Κάθε ένα από αυτά τα τροχιακά έχει τα δικά του χαρακτηριστικά, τα οποία παρατηρούνται με την πρώτη ματιά στις γωνιακές τους μορφές. αυτά είναι τα σφαιρικά (ων), αλτήρες (p), τριφυλλικά (d) και σφαιρικά (f).

Μεταξύ αυτών, υπάρχει μια ενεργειακή διαφορά, αν και ανήκει στο ίδιο επίπεδο n.

Για παράδειγμα, η πάνω εικόνα δείχνει ένα ενεργειακό σχέδιο με τις τροχιές που καταλαμβάνουν τα μη συζευγμένα ηλεκτρόνια (μια ανώμαλη περίπτωση). Μπορεί να φανεί ότι από όλα τα πιο σταθερά (η χαμηλότερη ενέργεια) είναι τα τροχιακά ns (1s, 2s, ...), ενώ το nf το πιο ασταθές (η υψηλότερη ενέργεια).

Ευρετήριο

• 1 Εκφυλισμένες τροχιές ενός απομονωμένου ατόμου
  • 1.1 Ορχιδέες σ
  • 1.2 Τροχιά
  • 1.3 Ορχιδέες
• 2 εκφυλισμένα υβριδικά τροχιακά
• 3 Αναφορές

Εκφυλισμένες τροχιές ενός απομονωμένου ατόμου

Τα εκφυλισμένα τροχιακά, με την ίδια τιμή n, είναι στην ίδια γραμμή σε ένα ενεργειακό σχέδιο. Για το λόγο αυτό, οι τρεις κόκκινες λωρίδες που συμβολίζουν τις τροχιές βρίσκονται στην ίδια γραμμή. όπως κάνουν οι μοβ και κίτρινες ρίγες.

Το σχήμα της εικόνας παραβιάζει τον κανόνα του Hund: τα τροχιακά υψηλότερης ενέργειας είναι γεμάτα με ηλεκτρόνια χωρίς πρώτα να τα συνδυάσουν με τα χαμηλότερα ενεργειακά τροχιακά. Όταν τα ηλεκτρόνια ζευγαρώνουν, το τροχιακό χάνει ενέργεια και ασκεί μια μεγαλύτερη ηλεκτροστατική απώθηση στα άζωτα ηλεκτρόνια των άλλων τροχιακών.

Ωστόσο, τέτοια αποτελέσματα δεν εξετάζονται σε πολλά ενεργειακά διαγράμματα. Αν ναι, και υπακούοντας στον κανόνα του Χουντ χωρίς να γεμίσει πλήρως τα τροχιακά, θα φανεί ότι θα πάψουν να εκφυλίζονται.

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, κάθε τροχιακό έχει τα δικά του χαρακτηριστικά. Ένα απομονωμένο άτομο, με την ηλεκτρονική διαμόρφωσή του, έχει τα ηλεκτρόνια του διατεταγμένα στον ακριβή αριθμό των τροχιακών που τους επιτρέπουν να στεγάζονται. Μόνο όσοι είναι ίσοι στην ενέργεια μπορούν να θεωρηθούν εκφυλισμένοι.

Ορχιδέες σ

Οι τρεις κόκκινες λωρίδες για τις εκφυλισμένες π τροφές στην εικόνα δείχνουν ότι και οι δύο_x, σ_και και σ_z Έχουν την ίδια ενέργεια. Υπάρχει ένα μη ζευγαρωμένο ηλεκτρόνιο σε κάθε ένα, που περιγράφεται από τέσσερις κβαντικούς αριθμούς (n, l, ml και ms), ενώ τα τρία πρώτα περιγράφουν τα τροχιακά.

Η μόνη διαφορά μεταξύ τους υποδηλώνεται από τη μαγνητική στιγμή ml, που αντλεί την τροχιά του p_x σε άξονα x, σελ_και στον άξονα y και p_z στον άξονα z. Και οι τρεις είναι ίσες, αλλά διαφέρουν μόνο στους χωρικούς προσανατολισμούς τους. Γι 'αυτόν τον λόγο πάντοτε ευθυγραμμίζονται στην ενέργεια, δηλαδή, εκφυλίζονται.

Καθώς είναι τα ίδια, ένα άτομο που απομονώνεται από άζωτο (με διαμόρφωση 1 s)²2s²2ρ³) πρέπει να διατηρήσουν εκφυλίζονται τα τρία τροχιακά του p. Ωστόσο, το ενεργειακό σενάριο αλλάζει απότομα εάν ληφθεί υπόψη ένα άτομο Ν μέσα σε ένα μόριο ή χημική ένωση.

Γιατί; Επειδή αν και p_x, σ_και και σ_z είναι ίσες στην ενέργεια, αυτό μπορεί να διαφέρει σε κάθε ένα από αυτά εάν έχουν διαφορετικά χημικά περιβάλλοντα. δηλαδή εάν συνδέονται με διαφορετικά άτομα.

Τα τροχιακά

Υπάρχουν πέντε πορφυρές ρίγες που υποδηλώνουν τις τροχιές. Σε ένα απομονωμένο άτομο, ακόμα κι αν έχουν ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια, αυτά τα πέντε τροχιακά θεωρούνται εκφυλισμένα. Ωστόσο, σε αντίθεση με τις τροχιές, αυτή τη φορά υπάρχει έντονη διαφορά στα γωνιακά τους σχήματα.

Επομένως, τα ηλεκτρόνια τους κατευθύνουν τις διαδρομές στο διάστημα που κυμαίνονται από ένα τροχιακό d στο άλλο. Αυτό προκαλεί, σύμφωνα με την κρυσταλλική θεωρία πεδίου, ότι μια ελάχιστη διαταραχή προκαλεί α ενεργειακή διάσπαση των τροχιακών. δηλαδή, οι πέντε μοβ λωρίδες διαχωρίζονται αφήνοντας ένα ενεργειακό χάσμα μεταξύ τους:

Ποια είναι τα παραπάνω και ποια παρακάτω; Εκείνοι στην κορυφή συμβολίζονται ως ε_g, και τα παρακάτω t_2g. Παρατηρήστε πως αρχικά όλες οι μοβ λωρίδες ήταν ευθυγραμμισμένες και τώρα σχηματίστηκε ένα σύνολο από δύο τροχιακά ε_g περισσότερη ενέργεια από την άλλη ομάδα τριών τροχιακών t_2g.

Αυτή η θεωρία μας επιτρέπει να εξηγήσουμε τις μεταβάσεις d-d, στις οποίες αποδίδονται πολλά από τα χρώματα που παρατηρούνται στις ενώσεις των μεταβατικών μετάλλων (Cr, Mn, Fe, κλπ.). Και γιατί είναι αυτή η ηλεκτρονική διαταραχή; Στις αλληλεπιδράσεις συντονισμού του μεταλλικού κέντρου με άλλα μόρια που ονομάζονται συνδέτες.

Τα τροχιακά

Και με τις τροχιές, αισθάνονται κίτρινες ρίγες, η κατάσταση γίνεται ακόμη πιο περίπλοκη. Οι χωρικές διευθύνσεις τους ποικίλλουν πολύ μεταξύ τους και η απεικόνιση των συνδέσεών τους γίνεται πολύ περίπλοκη.

Πράγματι, οι φορτιβές θεωρούνται τόσο εσωτερικές ώστε να μην «συμμετέχουν αισθητά» στη διαμόρφωση των δεσμών.

Όταν το απομονωμένο άτομο με φ ορβίλες περιβάλλεται από άλλα άτομα, αρχίζουν οι αλληλεπιδράσεις και συμβαίνει το ξεδίπλωμα (απώλεια εκφυλισμού):

Σημειώστε ότι τώρα οι κίτρινες ρίγες σχηματίζουν τρεις ομάδες: t_1g, t_2g και α_1g, και που δεν είναι πλέον εκφυλισμένοι.

Εκφυλισμένα υβριδικά τροχιακά

Έχει παρατηρηθεί ότι τα τροχιακά μπορούν να ξεδιπλωθούν και να χάσουν τον εκφυλισμό. Ωστόσο, αν και αυτό εξηγεί τις ηλεκτρονικές μεταβάσεις, παραμορφώνεται στην διευκρίνιση του πώς και γιατί υπάρχουν διαφορετικές μοριακές γεωμετρίες. Αυτό είναι όπου οι υβριδικοί τροχιακοί εισέρχονται.

Ποια είναι τα κύρια χαρακτηριστικά του; Ότι είναι εκφυλισμένοι. Έτσι, προκύπτουν από το μείγμα χαρακτήρων των τροχιακών s, p, d και f, για να προέρχονται εκφυλισμένα υβρίδια.

Παραδείγματος χάριν, τρία ρ τροχιακά αναμειγνύονται με ένα s για να δώσουν τέσσερα τροχιακά³. Όλες οι τροχιές³ είναι εκφυλισμένοι και συνεπώς έχουν την ίδια ενέργεια.

Εάν επιπροσθέτως αναμιχθούν δύο τροχιακά d με τα τέσσερα sp³, θα λάβετε έξι sp orbitals³δ².

Και πώς εξηγούν τις μοριακές γεωμετρίες; Επειδή είναι έξι, με ίσες ενέργειες, πρέπει να προσανατολίζονται συμμετρικά στο χώρο για να δημιουργήσουν ίσα χημικά περιβάλλοντα (για παράδειγμα, σε μια ένωση MF).₆).

Όταν το κάνουν, σχηματίζεται ένα οκτάεδρο συντονισμού, το οποίο ισούται με μια οκταεδρική γεωμετρία γύρω από ένα κέντρο (Μ).

Ωστόσο, οι γεωμετρίες τείνουν να έχουν στρεβλώσεις, πράγμα που σημαίνει ότι ακόμη και τα υβριδικά τροχιακά δεν είναι πλήρως εκφυλισμένα. Επομένως, ως συμπέρασμα, εκφυλισμένα τροχιακά υπάρχουν μόνο σε απομονωμένα άτομα ή σε πολύ συμμετρικά περιβάλλοντα.

Αναφορές

1. Chemicool Λεξικό. (2017). Ορισμός του εκφυλισμού Ανακτήθηκε από: chemicool.com
2. SparkNotes LLC. (2018). Τα άτομα και τα ατομικά τροχιακά. Ανακτήθηκε από: sparknotes.com
3. Καθαρή Χημεία (s.f.). Ηλεκτρονική διαμόρφωση. Ανάκτηση από: es-puraquimica.weebly.com
4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Χημεία (8η έκδοση). CENGAGE Μάθηση.
5. Moreno R. Esparza. (2009). Μάθημα χημείας συντονισμού: Πεδία και τροχιές. [PDF] Ανακτήθηκε από: depa.fquim.unam.mx
6. Shiver & Atkins. (2008). Ανόργανη χημεία (Τέταρτη έκδοση). Mc Graw Hill.