ČO SÚ TO DEGENEROVANÉ ORBITALY? - CHÉMIA - 2026

Tieto degenerované orbitály sú tí, ktorí sú na rovnakej úrovni energie. Podľa tejto definície musia mať rovnaké hlavné kvantové číslo n. Orbitály 2s a 2p sú teda degenerované, pretože patria do energetickej úrovne 2. Je však známe, že ich funkcie uhlovej a radiálnej vlny sú odlišné.

Keď sa hodnoty n zvyšujú, elektróny začínajú obsadzovať ďalšie energetické úrovne, ako sú orbitaly d a f. Každý z týchto orbitálov má svoje vlastné charakteristiky, ktoré možno na prvý pohľad vidieť v uhlových tvaroch; Sú to sférické (s), činky (p), štvorlístky (d) a guľové (f) postavy.

Zdroj: Gabriel Bolívar

Medzi nimi existuje energetický rozdiel, dokonca patriaci do rovnakej úrovne n.

Napríklad vyššie uvedený obrázok ukazuje energetickú schému s orbitálmi obsadenými nepárovými elektrónmi (abnormálny prípad). Je vidieť, že zo všetkých najstabilnejších (ten s najnižšou energiou) je orbitál ns (1s, 2s, …), zatiaľ čo nf je najstabilnejší (ten s najvyššou energiou).

Degenerované orbitály izolovaného atómu

Degenerované orbitály s rovnakou hodnotou n sú v tej istej línii energetickej schémy. Z tohto dôvodu sú tri červené pruhy, ktoré symbolizujú obežné dráhy, umiestnené na tej istej línii; rovnako ako fialové a žlté pruhy.

Diagram na obrázku porušuje Hundovo pravidlo: orbitaly s vyššou energiou sú naplnené elektrónmi bez toho, aby ich najskôr spárovali v tých s nižšou energiou. Keď sa elektróny pária, orbitál stráca energiu a na nepárových elektrónoch iných orbitálov uplatňuje väčšie elektrostatické odpory.

Takéto účinky sa však v mnohých energetických diagramoch nezohľadňujú. Ak áno, a podriadili sa Hundovmu pravidlu bez toho, aby úplne vyplnili obežné dráhy, bolo by vidieť, že prestanú degenerovať.

Ako už bolo spomenuté, každý orbitál má svoje vlastné charakteristiky. Izolovaný atóm so svojou elektronickou konfiguráciou má elektróny usporiadané v presnom počte orbitálov, aby ich vyhoveli. Iba degenerované osoby, ktoré majú rovnakú energiu.

Orbitály str

Tri červené pruhy pre degenerovaných p orbitálov v obrázku ukazujú, že obaja p _x , p, _a p _Z majú rovnakú energiu. V každom je nepárový elektrón, ktorý je opísaný štyrmi kvantovými číslami (n, l, ml a ms), zatiaľ čo prvé tri opisujú obežné dráhy.

Jediný rozdiel medzi nimi je označený magnetickým momentom ml, ktorý nakresľuje dráhu p _x na osi x, p _y na osi y a p _z na osi z. Všetky tri sú rovnaké, ale líšia sa iba svojou priestorovou orientáciou. Z tohto dôvodu sú vždy pritiahnuté k energii, to znamená k degenerácii.

Vzhľadom k tomu, že sú rovnaké, izolovaný atóm dusíka (s konfiguráciou 1s ² 2s ² 2p ³ ) musí udržiavať jeho tri p orbitály degenerujú. Energetický scenár sa však náhle zmení, ak vezmeme do úvahy atóm dusíka v molekule alebo chemickej zlúčenine.

Prečo? Vzhľadom k tomu, aj keď p _x , p _{a a} p _z sú rovnaké energie, môže sa líšiť podľa toho, či majú rôzne chemické prostredie; to znamená, že ak sa viažu na rôzne atómy.

Orbitály d

Existuje päť fialových pruhov, ktoré označujú obežné dráhy. V izolovanom atóme sa týchto päť orbitálov považuje za degenerovaných, aj keď majú párované elektróny. Na rozdiel od orbitálov však tentoraz existuje výrazný rozdiel v uhlových tvaroch.

Preto jeho elektróny smerujú v priestore, ktorý sa líši od jedného orbitálneho k druhému. Podľa teórie kryštalického poľa to spôsobuje, že minimálne rušenie spôsobuje energetické zdvojnásobenie obežných dráh; to znamená, že päť fialových pruhov sa oddelí a medzi nimi zostane medzera v energii:

Zdroj: Gabriel Bolívar

Aké sú najvyššie orbitaly a aké sú spodné orbitály? Vyššie symbolizujú ako e _g a hodnoty pod t _2g . Poznámka, ako boli pôvodne všetky fialové pruhy vyrovnané, a teraz sadu dvoch e _g orbitalov aktívnejší ako druhé sady troch t _2g orbitálov bola vytvorená .

Táto teória nám umožňuje vysvetliť dd prechody, ktorým sa pripisuje veľa z farieb pozorovaných v zlúčeninách prechodných kovov (Cr, Mn, Fe atď.). A kvôli čomu je toto elektronické rušenie spôsobené? Na koordinačné interakcie kovového centra s inými molekulami nazývanými ligandy.

Orbitály f

A s obežnými dráhami, cítenými žltými pruhmi, sa situácia stáva ešte komplikovanejšou. Ich priestorové smery sa medzi nimi veľmi líšia a vizualizácia ich väzieb sa stáva príliš komplexnou.

V skutočnosti sa obežné kolesá považujú za také vnútorne opláštené, že sa „významne nezúčastňujú“ na tvorbe väzieb.

Keď sa izolovaný atóm s orbitálmi obklopuje inými atómami, interakcie sa začínajú a odohráva sa (strata degenerácie):

Zdroj: Gabriel Bolívar

Všimnite si, že teraz žlté pruhy tvoria tri sady: t _{1 g} , t _{2 g} a _{1 g} , a že už viac nedegenerujú.

Degenerované hybridné orbitaly

Bolo vidieť, že obežné dráhy sa môžu odvíjať a strácať degeneráciu. Aj keď to však vysvetľuje elektronické prechody, bledne objasnenie toho, ako a prečo existujú rôzne molekulárne geometrie. Tu prichádzajú hybridné orbitály.

Aké sú jeho hlavné charakteristiky? Že sú degenerované. Vznikajú tak zo zmesi znakov orbitálov s, p, d a f, aby vznikli degenerované hybridy.

Napríklad, tri p orbitály zmiešať s jedným s a získajú sa štyri SP ³ orbitály . Všetky sp ³ orbitalov sú degenerované, a preto majú rovnakú energiu.

Ak sa navyše, dvaja d orbitálov sa zmieša so štyrmi sp ³ , sa získame šesť sp ³ d ² orbitály .

A ako vysvetľujú molekulárne geometrie? Pretože existuje šesť, s rovnakými energiami, musia sa preto orientovať symetricky v priestore, aby vytvorili rovnaké chemické prostredie (napríklad v zlúčenine MF ₆ ).

Ak tak urobia, vytvorí sa koordinačný osmihol, ktorý sa rovná oktaedrickej geometrii okolo stredu (M).

Geometria je však často zdeformovaná, čo znamená, že ani hybridné orbitaly nie sú skutočne úplne degenerované. Na záver možno povedať, že degenerované orbitaly existujú iba v izolovaných atómoch alebo vo vysoko symetrických prostrediach.

Referencie

1. Slovník chemicoolu. (2017). Definícia degenerátu. Získané z: chemicool.com
2. SparkNotes LLC. (2018). Atómy a atómové orbitály. Získané z: sparknotes.com
3. Čistá chémia. (SF). Elektronická konfigurácia. Obnovené z: es-puraquimica.weebly.com
4. Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chémia. (8. vydanie). CENGAGE Learning.
5. Moreno R. Esparza. (2009). Kurz koordinačnej chémie: Polia a obežné dráhy. , Získané z: depa.fquim.unam.mx
6. Shiver a Atkins. (2008). Anorganická chémia. (Štvrté vydanie). Mc Graw Hill.