Kimyo va fizikada atom orbitallari molekuladagi kabi atom yadrosi yoki yadrolar tizimi yaqinida ikkitadan koʻp boʻlmagan elektronga xos xususiyatlarni tavsiflovchi toʻlqin funksiyasi deb ataladigan funksiyadir. Orbital ko'pincha uch o'lchamli hudud sifatida tasvirlanadi, uning ichida elektron topish ehtimoli 95 foizga teng.
Orbitalar va orbitalar
Sayyora Quyosh atrofida harakat qilganda, u orbita deb ataladigan yo'lni bosib o'tadi. Xuddi shunday, atom yadro atrofidagi orbitalarda aylanib yuruvchi elektronlar sifatida ifodalanishi mumkin. Aslida, narsalar boshqacha va elektronlar kosmosning atom orbitallari deb nomlanuvchi hududlarida joylashgan. Kimyo Shredinger to'lqin tenglamasini hisoblash va shunga mos ravishda elektronning mumkin bo'lgan holatlarini aniqlash uchun atomning soddalashtirilgan modeli bilan kifoyalanadi.
Orbitalar va orbitallar bir-biriga o'xshash, ammo ular butunlay boshqacha ma'noga ega. Ularning orasidagi farqni tushunish juda muhim.
Orbitalarni koʻrsatish mumkin emas
Biror narsaning traektoriyasini chizish uchun ob'ekt qayerdaligini aniq bilishingiz kerakjoylashgan va u bir zumda qayerda bo'lishini aniqlashga qodir. Bu elektron uchun mumkin emas.
Geyzenberg noaniqlik printsipiga ko'ra, zarraning hozir qayerda ekanligini va keyinroq qayerda bo'lishini aniq bilib bo'lmaydi. (Aslida, printsip bir vaqtning o'zida va mutlaq aniqlik bilan uning impuls va momentumini aniqlash mumkin emasligini aytadi).
Shuning uchun yadro atrofida elektron orbitasini qurish mumkin emas. Bu katta muammomi? Yo'q. Agar biror narsaning iloji bo'lmasa, uni qabul qilish va uni hal qilish yo'llarini topish kerak.
Vodorod elektroni – 1s-orbital
Faraz qilaylik, bitta vodorod atomi bor va vaqtning ma'lum bir nuqtasida bitta elektronning o'rni grafik tarzda tasvirlangan. Ko'p o'tmay, protsedura takrorlanadi va kuzatuvchi zarrachaning yangi holatda ekanligini aniqlaydi. U birinchi o'rindan ikkinchi o'ringa qanday etib kelgani noma'lum.
Agar shu tarzda davom etsangiz, asta-sekin zarracha boʻlishi mumkin boʻlgan 3D xaritani shakllantirasiz.
Vodorod atomiga kelsak, elektron yadroni oʻrab turgan sferik boʻshliqning istalgan joyida boʻlishi mumkin. Diagrammada bu sharsimon boʻshliqning koʻndalang kesimi koʻrsatilgan.
Vaqtning
95% (yoki har qanday boshqa foiz, chunki faqat koinotning o'lchami yuz foiz ishonchni ta'minlay oladi) elektron kosmosning juda oson belgilangan hududida, yadroga etarlicha yaqin bo'ladi. Bunday hudud orbital deb ataladi. Atom orbitallarielektron mavjud bo'lgan fazo hududlari.
U erda nima qilyapti? Biz bilmaymiz, bilmaymiz va shuning uchun biz bu muammoni e'tiborsiz qoldiramiz! Aytishimiz mumkinki, agar elektron ma'lum bir orbitalda bo'lsa, u ma'lum energiyaga ega bo'ladi.
Har bir orbitalning nomi bor.
Vodorod elektroni egallagan fazoga 1s-orbital deyiladi. Bu yerdagi birlik zarrachaning yadroga eng yaqin energiya darajasida ekanligini bildiradi. S orbita shakli haqida gapiradi. S-orbitallar yadroga nisbatan sharsimon simmetrikdir - hech bo'lmaganda markazida yadro bo'lgan juda zich materialdan iborat ichi bo'sh sharga o'xshaydi.
2s
Keyingi orbital 2s. Bu 1s ga o'xshaydi, faqat elektronning eng ko'p joylashishi yadrodan uzoqroqda joylashgan. Bu ikkinchi energiya darajasidagi orbital.
Agar siz diqqat bilan qarasangiz, yadroga yaqinroqda elektron zichligi biroz yuqoriroq boʻlgan boshqa hudud borligini payqadingiz (“zichlik” bu zarrachaning maʼlum bir joyda boʻlish ehtimolini koʻrsatishning yana bir usuli).
2s elektronlar (va 3s, 4s va boshqalar) vaqtlarining bir qismini atom markaziga kutilganidan ancha yaqinroq o'tkazadilar. Buning natijasi s-orbitallarda ularning energiyasining biroz pasayishi. Elektronlar yadroga qanchalik yaqinlashsa, ularning energiyasi shunchalik kamayadi.
3s-, 4s-orbitallar (va hokazo) atom markazidan uzoqlashmoqda.
P-orbitallar
Hamma elektronlar s orbitallarida yashamaydi (aslida ularning juda oz qismi yashaydi). Birinchi energiya darajasida ular uchun yagona mavjud joy 1s, ikkinchisida 2s va 2p qo'shiladi.
Bu turdagi orbitallar koʻproq bir-biriga oʻzak bilan bogʻlangan ikkita bir xil sharga oʻxshaydi. Diagrammada kosmosning 3 o'lchovli mintaqasining ko'ndalang kesimi ko'rsatilgan. Shunga qaramay, orbital faqat bitta elektronni topish ehtimoli 95 foiz bo'lgan maydonni ko'rsatadi.
Agar orbitaning bir qismi tekislik ustida, ikkinchisi uning ostida boʻladigan tarzda yadrodan oʻtadigan gorizontal tekislikni tasavvur qilsak, bu tekislikda elektronni topish ehtimoli nolga teng boʻladi.. Xo'sh, zarracha yadro tekisligidan hech qachon o'ta olmasa, qanday qilib bir qismdan ikkinchi qismga o'tadi? Bu uning to‘lqinli tabiati bilan bog‘liq.
S-dan farqli oʻlaroq, p-orbital maʼlum bir yoʻnalishga ega.
Har qanday energiya darajasida siz bir-biriga to'g'ri burchak ostida joylashgan uchta mutlaqo ekvivalent p-orbitaga ega bo'lishingiz mumkin. Ular o'zboshimchalik bilan px, py va pz belgilari bilan belgilanadi. Bu qulaylik uchun qabul qilingan - X, Y yoki Z yo'nalishlari deganda nima nazarda tutilgani doimo o'zgarib turadi, chunki atom fazoda tasodifiy harakat qiladi.
Ikkinchi energiya darajasidagi
P-orbitallari 2px, 2py va 2pz deb ataladi.. Keyingi orbitallarda ham xuddi shunday orbitallar mavjud - 3px, 3py, 3pz, 4px, 4py,4pz va hokazo.
Barcha sathlar, birinchisidan tashqari, p-orbitallarga ega. Yuqori darajalarda "barg barglari" cho'zilgan bo'lib, elektronning yadrodan kattaroq masofada joylashishi mumkin.
d- va f-orbitallar
S va p orbitallaridan tashqari, yuqori energiya darajasidagi elektronlar uchun yana ikkita orbital toʻplami mavjud. Uchinchisida beshta d-orbital (murakkab shakllar va nomlar bilan), shuningdek, 3s- va 3p-orbitallar (3px, 3py boʻlishi mumkin., 3pz). Bu yerda jami 9 ta bor.
Toʻrtinchidan, 4s, 4p va 4d bilan birga 7 ta qoʻshimcha f-orbitallar paydo boʻladi - jami 16 ta, barcha yuqori energiya darajalarida ham mavjud.
Elektronlarning orbitallarda joylashishi
Atomni juda chiroyli uy (teskari piramida kabi) deb tasavvur qilish mumkin, uning yadrosi birinchi qavatda, yuqori qavatlarida esa elektronlar egallagan turli xonalar mavjud:
- birinchi qavatda faqat 1 ta xona bor (1s);
- ikkinchi xonada allaqachon 4 ta (2s, 2px, 2py va 2pz);
- uchinchi qavatda 9 ta xona (bitta 3s, uchta 3p va beshta 3d orbital) va hokazo.
Lekin xonalar unchalik katta emas. Ularning har biri faqat 2 ta elektronni ushlab turishi mumkin.
Bu zarralar joylashgan atom orbitalarini koʻrsatishning qulay usuli bu "kvant hujayralar"ni chizishdir.
Kvant hujayralar
YadroOrbitallarni kvadrat shaklida ko'rsatish mumkin, ulardagi elektronlar strelkalar shaklida ko'rsatilgan. Ko'pincha yuqoriga va pastga o'qlar bu zarrachalar boshqacha ekanligini ko'rsatish uchun ishlatiladi.
Atomda turli elektronlarga bo'lgan ehtiyoj kvant nazariyasining natijasidir. Agar ular turli orbitallarda bo'lsa, bu yaxshi, lekin agar ular bir xil orbitada bo'lsa, unda ular orasida qandaydir nozik farq bo'lishi kerak. Kvant nazariyasi zarrachalarga "spin" deb nomlangan xususiyatni beradi, bu strelkalar yo'nalishini bildiradi.
Ikki elektronli
1s orbitali yuqoriga va pastga qaragan ikkita oʻq bilan kvadrat shaklida koʻrsatilgan, lekin uni 1s2 sifatida ham tezroq yozish mumkin. Unda “bir s kvadrat” emas, “bir s ikki” o‘qiladi. Ushbu belgilardagi raqamlarni chalkashtirib yubormaslik kerak. Birinchisi energiya darajasi, ikkinchisi esa orbitaldagi zarrachalar soni.
Gibridlash
Kimyoda gibridlanish atom orbitallarini kimyoviy bogʻlanish hosil qilish uchun elektronlarni juftlashtira oladigan yangi gibrid orbitallarga aralashtirish tushunchasidir. Sp gibridizatsiyasi alkinlar kabi birikmalarning kimyoviy bog'lanishlarini tushuntiradi. Bu modelda 2s va 2p uglerod atom orbitallari aralashib ikkita sp orbital hosil qiladi. Asetilen C2H2 ikki uglerod atomining sp-sp bogʻlanishidan s-bogʻ va ikkita qoʻshimcha p-bogʻ hosil boʻlishidan iborat.
Toʻyingan uglevodorodlardagi uglerodning atom orbitallari borbir qismi boshqasidan ancha katta bo'lgan gantelga o'xshash bir xil gibrid sp3-orbitallar.
Sp2-gibridlanish avvalgilariga o'xshaydi va bir s va ikkita p-orbitallarni aralashtirish orqali hosil bo'ladi. Masalan, etilen molekulasida uchta sp2- va bitta p-orbital hosil bo'ladi.
Atom orbitallari: toʻldirish printsipi
Kimyoviy elementlar davriy sistemasida bir atomdan ikkinchisiga oʻtishni tasavvur qilib, keyingi mavjud orbitaga qoʻshimcha zarrachani joylashtirish orqali keyingi atomning elektron tuzilishini aniqlash mumkin.
Elektronlar, yuqori energiya sathlarini to'ldirishdan oldin, yadroga yaqinroq joylashgan pastki qismini egallaydi. Tanlov mavjud boʻlsa, ular orbitallarni alohida toʻldiradi.
Bu toʻldirish tartibi Hund qoidasi sifatida tanilgan. Bu faqat atom orbitallari teng energiyaga ega bo'lganda qo'llaniladi va elektronlar orasidagi itarilishni minimallashtirishga yordam beradi va atomni barqaror qiladi.
Esda tutingki, s-orbital har doim bir xil energiya darajasidagi p orbitalidan bir oz kamroq energiyaga ega, shuning uchun birinchisi har doim ikkinchisidan oldin toʻldiriladi.
Aslida gʻalati narsa bu 3D orbitallarning joylashishi. Ular 4s dan yuqori darajada, shuning uchun avval 4s orbitallari, keyin esa barcha 3d va 4p orbitallari to'ldiriladi.
Bir xil chalkashlik yuqori darajalarda sodir boʻladi, ular orasida koʻproq toʻqiladi. Shuning uchun, masalan, 4f atom orbitallari barcha joylarga to'ldirilmaydi6s.
Toʻldirish tartibini bilish elektron tuzilmalarni qanday tasvirlashni tushunish uchun muhim ahamiyatga ega.
