ŠTO SU DEGENERIRANE ORBITALE? - KEMIJA - 2026

U degenerirani orbitale su oni koji su na istoj razini energije. Prema ovoj definiciji, oni moraju imati isti glavni kvantni broj n. Dakle, orbite 2s i 2p su degenerirane, jer pripadaju energetskoj razini 2. Međutim, poznato je da su njihove kutne i radijalne valne funkcije različite.

Kako se vrijednosti n povećavaju, elektroni počinju zauzimati druge energetske podravnine, poput d i f orbitale. Svaka od ovih orbitala ima svoje karakteristike, koje se na prvi pogled mogu vidjeti u njihovim kutnim oblicima; To su sferni (i) oblici, bučica (p), djetelina (d) i globularna (f) figura.

Izvor: Gabriel Bolívar

Između njih postoji energetska razlika, koja čak pripada istoj n razini.

Na primjer, gornja slika prikazuje energetsku shemu s orbitalama koje zauzimaju parni elektroni (nenormalni slučaj). Može se vidjeti da je od svih najstabilnija (ona s najnižom energijom) nb (1s, 2s,…) orbitala, dok je nf najnestabilnija (ona s najvišom energijom).

Izrođene orbitale izoliranog atoma

Izrođene orbitale, s istom vrijednošću n, nalaze se u istoj liniji u energetskoj shemi. Zbog toga su tri crvene pruge koje simboliziraju p orbitale smještene na istoj liniji; kao i ljubičaste i žute pruge na isti način.

Dijagram na slici krši Hundovo pravilo: orbitale više energije su ispunjene elektronima bez da ih prvo uparimo u one s nižom energijom. Kako se elektroni spajaju, orbitala gubi energiju i ispoljava veću elektrostatičku odbojnost na neparne elektrone ostalih orbitala.

Međutim, takvi učinci se ne razmatraju u mnogim energetskim dijagramima. Ako je to slučaj i poštujući Hundovu vladavinu bez potpunog ispunjavanja d orbitala, vidjelo bi se da oni prestaju degenerirati.

Kao što je ranije spomenuto, svaka orbitala ima svoje karakteristike. Izolirani atom, s njegovom elektroničkom konfiguracijom, ima svoje elektrone raspoređene u preciznom broju orbitala koje ih mogu smjestiti. Samo oni jednaki u energiji mogu se smatrati degeneriranim.

Orbitale str

Tri crvene pruge za degenerirane p orbitale na slici označavaju da i p _x, p _i p _z imaju istu energiju. U svakom je nesparni elektron, opisan s četiri kvantna broja (n, l, ml i ms), dok prva tri opisuju orbitale.

Jedina razlika između njih označava se magnetskim momentom ml, koji crta putanju p _x na osi x, p _y na osi y i p _z na osi z. Sve tri su iste, ali se razlikuju samo po prostornim orijentacijama. Iz tog razloga su uvijek povučeni usklađeni u energiji, tj. Degenerirani.

Budući da su jednaki, izolirani atom dušika (s konfiguracijom 1s ² 2s ² 2p ³) mora održavati svoje tri p orbitale degenerirati. Međutim, energetski scenarij naglo se mijenja ako se ima u vidu N atom u molekuli ili kemijskom spoju.

Zašto? Jer, iako su p _x, p _i p _z jednaki u energiji, to može varirati u svakom od njih ako imaju različita kemijska okruženja; to jest ako se vežu na različite atome.

Orbitale d

Postoji pet ljubičastih pruga koje označavaju d orbitale. U izoliranom atomu, čak i ako imaju uparene elektrone, ovih pet orbitala smatra se degeneriranim. Međutim, za razliku od p orbitala, ovaj put je vidljiva razlika u njihovim kutnim oblicima.

Zbog toga se njegovi elektroni kreću u prostoru koji variraju od jedne do druge orbitale. To uzrokuje, prema teoriji kristalnog polja, da najmanji poremećaj uzrokuje energetsko udvostručenje orbitala; to jest, pet ljubičastih pruga se razdvajaju, ostavljajući energetski jaz između njih:

Izvor: Gabriel Bolívar

Koje su gornje orbitale i koje su donje orbitale? Gornji su simbolizirani kao e _g, a oni ispod t _2g. Napomena kako u početku su bili poravnati sve ljubičaste pruge, a sada niz dva e _g orbitala više energetski od drugih set od tri t _2G orbitala je formirana.

Ova teorija omogućava nam objasniti dd prijelaze kojima se pripisuju mnoge boje opažene u spojevima prijelaznih metala (Cr, Mn, Fe, itd.). I čemu to uzrokuje elektronski poremećaj? Do koordinacijskih interakcija metalnog središta s drugim molekulama koje se nazivaju ligandi.

Orbitale f

A s f orbitalama, žutim prugama od filca, situacija postaje još složenija. Njihovi prostorni smjerovi vrlo se razlikuju između njih, a vizualizacija njihovih veza postaje previše složena.

U stvari, smatra se da su f orbitale toliko unutarnje obložene da ne sudjeluju "značajno" u formiranju obveznica.

Kad se izolirani atom s f orbitalama okružuje s drugim atomima, započinju interakcije i odvijaju se (gubitak degeneracije):

Izvor: Gabriel Bolívar

Imajte na umu da sada žute pruge tvore tri seta: t _1g, t _2g i _1g, te da više nisu degenerirane.

Degeneriraju hibridne orbitale

Vidjelo se da se orbitale mogu razviti i izgubiti degeneraciju. Međutim, iako ovo objašnjava elektroničke prijelaze, ona bledi u rasvjetljavanju kako i zašto postoje različite molekularne geometrije. Tu dolaze hibridne orbite.

Koje su njegove glavne karakteristike? Da su degenerirani. Tako nastaju iz mješavine znakova s, p, d i f orbitale, da nastaju degenerirani hibridi.

Na primjer, tri p orbitale pomiješaju se s jednim kako bi se dobile četiri sp ³ orbitale. Sve sp ³ orbitale su degenerirane i zbog toga imaju istu energiju.

Ako se, osim toga, dvije d orbitale pomiješaju sa četiri sp ³, dobit ćemo šest orbitala sp ³ d ².

I kako objašnjavaju molekularne geometrije? Kako ih je šest, s jednakom energijom, oni se moraju orijentirati simetrično u prostor za stvaranje jednakih kemijskih sredina (na primjer, u spoju MF ₆).

Kada to učine, formira se koordinacijski oktaedar, koji je jednak geometriji oktaedra oko središta (M).

Međutim, geometrije su često izobličene, što znači da čak ni hibridne orbitale zapravo nisu potpuno degenerirane. Stoga, zaključno, degenerirane orbitale postoje samo u izoliranim atomima ili u visoko simetričnim okruženjima.

Reference

1. Kemijski rječnik. (2017). Definicija Degenerate. Oporavilo od: chemicool.com
2. SparkNotes LLC. (2018.). Atomi i atomska orbitala. Oporavilo od: sparknotes.com
3. Čista kemija. (SF). Elektronska konfiguracija. Oporavak od: es-puraquimica.weebly.com
4. Whitten, Davis, Peck i Stanley. (2008). Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje.
5. Moreno R. Esparza. (2009). Koordinacijski tečaj kemije: polja i orbitale., Oporavak od: depa.fquim.unam.mx
6. Shiver & Atkins. (2008). Neorganska kemija. (Četvrto izdanje). Mc Graw Hill.