Quỹ đạo thoái hóa là gì?

các quỹ đạo suy biến họ là tất cả những người có cùng mức năng lượng. Theo định nghĩa này, chúng phải có cùng số lượng tử chính n. Do đó, các quỹ đạo 2s và 2p bị suy biến, vì chúng thuộc về mức năng lượng 2. Tuy nhiên, người ta biết rằng các chức năng của sóng góc và hướng tâm của chúng là khác nhau.

Là giá trị của n, các electron bắt đầu chiếm các mức năng lượng phụ khác, chẳng hạn như quỹ đạo d và f. Mỗi quỹ đạo này có những đặc điểm riêng, thoạt nhìn được quan sát ở dạng góc cạnh của chúng; đó là các hình cầu (s), quả tạ (p), trefoil (d) và hình cầu (f).

Trong số đó, có một sự khác biệt về năng lượng, thậm chí thuộc cùng cấp n.

Ví dụ, hình ảnh phía trên cho thấy sơ đồ năng lượng với các quỹ đạo bị chiếm bởi các electron chưa ghép cặp (một trường hợp bất thường). Có thể thấy rằng trong số tất cả các ổn định nhất (năng lượng thấp nhất) là ns quỹ đạo (1s, 2s, ...), trong khi nf không ổn định nhất (năng lượng cao nhất).

Chỉ số

• 1 quỹ đạo thoái hóa của một nguyên tử bị cô lập
  • 1.1 Quỹ đạo p
  • 1.2 quỹ đạo
  • 1.3 Quỹ đạo
• 2 quỹ đạo lai suy biến
• 3 tài liệu tham khảo

Các quỹ đạo thoái hóa của một nguyên tử bị cô lập

Các quỹ đạo suy biến, có cùng giá trị là n, chúng nằm trong cùng một đường thẳng trong sơ đồ năng lượng. Vì lý do này, ba sọc đỏ tượng trưng cho quỹ đạo p nằm trên cùng một đường; giống như các sọc màu tím và màu vàng làm.

Sơ đồ của hình ảnh vi phạm quy tắc của Hund: các quỹ đạo năng lượng cao hơn chứa đầy các điện tử mà không ghép nối chúng với các quỹ đạo năng lượng thấp hơn. Khi các electron giao phối, quỹ đạo mất năng lượng và tạo ra lực đẩy tĩnh điện lớn hơn trên các electron chưa ghép cặp của các quỹ đạo khác.

Tuy nhiên, hiệu ứng như vậy không được xem xét trong nhiều sơ đồ năng lượng. Nếu vậy, và tuân theo quy tắc của Hund mà không hoàn toàn lấp đầy quỹ đạo d, có thể thấy rằng họ không còn bị thoái hóa.

Như đã nêu ở trên, mỗi quỹ đạo có những đặc điểm riêng. Một nguyên tử bị cô lập, với cấu hình điện tử, có các electron được sắp xếp theo số lượng quỹ đạo chính xác cho phép chúng được đặt trong nhà. Chỉ những người có năng lượng như nhau mới có thể được coi là thoái hóa.

Quỹ đạo p

Ba sọc đỏ cho các quỹ đạo p bị suy biến trong ảnh chỉ ra rằng cả hai_x, p_và và p_z Họ có cùng năng lượng. Có một electron chưa ghép cặp trong mỗi, được mô tả bởi bốn số lượng tử (n, tôi, ml và ms), trong khi ba phần đầu mô tả quỹ đạo.

Sự khác biệt duy nhất giữa chúng được biểu thị bằng mô men từ ml, vẽ quỹ đạo của p_x trên trục x, p_và trên trục y và p_z trên trục z. Cả ba đều bằng nhau, nhưng chỉ khác nhau về định hướng không gian của họ. Vì lý do này, chúng luôn luôn bị thu hút trong năng lượng, nghĩa là suy biến.

Vì chúng giống nhau, một nguyên tử được phân lập từ nitơ (với cấu hình 1s)²2s²2p³) phải duy trì suy biến ba quỹ đạo của nó p. Tuy nhiên, kịch bản năng lượng thay đổi đột ngột nếu người ta xem xét một nguyên tử N trong phân tử hoặc hợp chất hóa học.

Tại sao? Bởi vì mặc dù p_x, p_và và p_z chúng có năng lượng như nhau, điều này có thể khác nhau ở mỗi chúng nếu chúng có môi trường hóa học khác nhau; nghĩa là, nếu chúng được liên kết với các nguyên tử khác nhau.

Quỹ đạo

Có năm sọc màu tím biểu thị quỹ đạo d. Trong một nguyên tử bị cô lập, ngay cả khi chúng có các electron ghép đôi, năm quỹ đạo này được coi là suy biến. Tuy nhiên, không giống như quỹ đạo p, lần này có sự khác biệt rõ rệt về hình dạng góc cạnh của chúng.

Do đó, các electron của chúng di chuyển theo hướng trong không gian thay đổi từ quỹ đạo d này sang quỹ đạo khác. Điều này gây ra, theo lý thuyết trường tinh thể, rằng một sự xáo trộn tối thiểu gây ra một chia năng lượng của các quỹ đạo; nghĩa là, năm dải màu tím được tách ra để lại một khoảng cách năng lượng giữa chúng:

Các quỹ đạo ở trên và những cái dưới đây là gì? Những người ở trên cùng được tượng trưng là e_g, và những người dưới đây t_2g. Lưu ý rằng ban đầu tất cả các sọc màu tím được căn chỉnh và bây giờ một bộ hai quỹ đạo đã được hình thành e_g nhiều năng lượng hơn bộ ba quỹ đạo khác t_2g.

Lý thuyết này cho phép chúng ta giải thích sự chuyển tiếp d-d, trong đó nhiều màu sắc quan sát được trong các hợp chất của các kim loại chuyển tiếp (Cr, Mn, Fe, v.v.) được quy cho. Và tại sao sự nhiễu loạn điện tử này? Để các tương tác phối hợp của trung tâm kim loại với các phân tử khác được gọi là phối tử.

Quỹ đạo

Và với quỹ đạo f, họ cảm thấy sọc vàng, tình hình thậm chí còn phức tạp hơn. Các hướng không gian của chúng khác nhau rất nhiều giữa chúng và việc hình dung các liên kết của chúng trở nên quá phức tạp.

Trên thực tế, các quỹ đạo f được coi là nội bộ đến mức chúng không "tham gia đáng kể" vào việc hình thành trái phiếu.

Khi nguyên tử bị cô lập với quỹ đạo f được bao quanh bởi các nguyên tử khác, các tương tác bắt đầu và sự mở ra xảy ra (mất sự thoái hóa):

Lưu ý rằng bây giờ các sọc màu vàng tạo thành ba bộ: t_1g, t_2g và một_1g, và điều đó không còn thoái hóa.

Thoái hóa quỹ đạo lai

Người ta đã thấy rằng các quỹ đạo có thể mở ra và mất đi sự thoái hóa. Tuy nhiên, mặc dù điều này giải thích các quá trình chuyển đổi điện tử, nó làm sáng tỏ việc làm thế nào và tại sao có hình học phân tử khác nhau. Đây là nơi các quỹ đạo lai đi vào.

Đặc điểm chính của nó là gì? Rằng họ đang thoái hóa. Do đó, chúng phát sinh từ hỗn hợp các ký tự của quỹ đạo s, p, d và f, để tạo ra các giống lai thoái hóa.

Ví dụ: ba quỹ đạo p được trộn với một s để tạo ra bốn quỹ đạo sp³. Tất cả các quỹ đạo sp³ chúng bị thoái hóa, và do đó có cùng năng lượng.

Nếu thêm hai quỹ đạo d được trộn với bốn sp³, bạn sẽ nhận được sáu quỹ đạo sp³d².

Và làm thế nào để họ giải thích hình học phân tử? Vì chúng là sáu, với năng lượng bằng nhau, do đó chúng phải được định hướng đối xứng trong không gian để tạo ra các môi trường hóa học bằng nhau (ví dụ, trong một hợp chất MF).₆).

Khi họ thực hiện, một bát diện phối trí được hình thành, tương đương với hình học bát diện xung quanh một tâm (M).

Tuy nhiên, hình học có xu hướng biến dạng, điều đó có nghĩa là thậm chí các quỹ đạo lai không bị thoái hóa hoàn toàn. Do đó, bằng cách kết luận, các quỹ đạo suy biến chỉ tồn tại trong các nguyên tử bị cô lập hoặc môi trường đối xứng cao.

Tài liệu tham khảo

1. Từ điển Chemicool. (2017). Định nghĩa thoái hóa Lấy từ: chemicool.com
2. SparkNote LLC. (2018). Nguyên tử và quỹ đạo nguyên tử. Lấy từ: sparknotes.com
3. Hóa học tinh khiết (s.f.). Cấu hình điện tử. Phục hồi từ: es-puraquimica.weebly.com
4. Whites, Davis, Peck & Stanley. (2008). Hóa học (Tái bản lần thứ 8). Học tập.
5. Moreno R. Esparza. (2009). Khóa học hóa học phối hợp: Các lĩnh vực và quỹ đạo. [PDF] Lấy từ: depa.fquim.unam.mx
6. Rùng mình & Atkins. (2008). Hóa vô cơ (Ấn bản thứ tư). Đồi Mc Graw.