Neljä tyyppistä orbitaalia ja niiden muotoja

Atomit koostuvat raskasta ytimestä, jota ympäröivät kevyet elektronit. Elektronien käyttäytymistä säätelevät kvanttimekaniikan säännöt. Nämä säännöt antavat elektronien miehittää tiettyjä alueita, joita kutsutaan kiertoradoiksi. Atomien vuorovaikutus tapahtuu melkein yksinomaan niiden uloimpien elektronien kautta, joten näiden orbitaalien muodosta tulee erittäin tärkeä. Esimerkiksi kun atomit tuodaan vierekkäin, jos niiden uloimmat orbitaalit ovat päällekkäin, ne voivat luoda vahvan kemiallisen sidoksen; joten jonkin verran tietoa orbitaalien muodosta on tärkeää atomien vuorovaikutuksen ymmärtämiseksi.

Kvanttiluvut ja kiertoradat

Fyysikot ovat pitäneet kätevänä käyttää lyhenteitä atomien elektronien ominaisuuksien kuvaamiseen. Lyhytnumero on kvanttilukuja; nämä luvut voivat olla vain kokonaislukuja, eivät murto-osia. Pääkvanttiluku, n, liittyy elektronin energiaan; sitten on kiertoradan kvanttiluku, l ja kulmamomenttikvanttiluku, m. Kvanttilukuja on muitakin, mutta ne eivät liity suoraan orbitaalien muotoon. Orbitaalit eivät ole kiertoratoja siinä mielessä, että ne ovat polkuja ytimen ympärillä; sen sijaan ne edustavat paikkoja, joissa elektroni todennäköisesti löytyy.

instagram story viewer

S Orbitalit

Jokaiselle n: n arvolle on yksi kiertorata, jossa sekä l että m ovat nolla. Nämä kiertoradat ovat palloja. Mitä suurempi on n: n arvo, sitä suurempi pallo on - toisin sanoen sitä todennäköisempää on, että elektroni löytyy kauemmas ytimestä. Pallot eivät ole yhtä tiheitä kaikkialla; ne ovat enemmän kuin sisäkkäisiä kuoria. Historiallisista syistä tätä kutsutaan orbitaaliksi. Kvanttimekaniikan sääntöjen vuoksi pienimmän energian elektroneilla, joiden n = 1, on oltava sekä l että m yhtä suuri kuin nolla, joten ainoa kiertorata, joka esiintyy n = 1: lle, on s-orbitaali. S-orbitaali esiintyy myös jokaisella muulla n: n arvolla.

P Orbitalit

Kun n on suurempi kuin yksi, avautuu enemmän mahdollisuuksia. L: llä, kiertoradan kvanttiluvulla, voi olla mikä tahansa arvo n-1 asti. Kun l on yhtä, kiertorataa kutsutaan p-kiertoradaksi. P-orbitaalit näyttävät tavallaan kuin käsipainot. Jokaisen l: n kohdalla m siirtyy positiivisesta negatiiviseksi l yhden vaiheen välein. Joten n = 2, l = 1, m voi olla yhtä suuri kuin 1, 0 tai -1. Tämä tarkoittaa, että p-kiertoradalla on kolme versiota: yksi käsipainolla ylös ja alas, toinen käsipainolla vasemmalta oikealle ja toinen käsipainolla suorassa kulmassa molempiin nähden. P-orbitaalit ovat olemassa kaikilla pääkvanttiluvuilla, jotka ovat suurempia kuin yksi, vaikka niillä on lisärakenne, kun n kasvaa.

D Orbitalit

Kun n = 3, l voi olla yhtä suuri kuin 2 ja kun l = 2, m voi olla yhtä suuri kuin 2, 1, 0, -1 ja -2. L = 2 orbitaalia kutsutaan d orbitaaliksi, ja m: n eri arvoja vastaavia on viisi erilaista. N = 3, l = 2, m = 0 kiertorata näyttää myös käsipainolta, mutta keskellä on donitsi. Neljä muuta d orbitaalia näyttävät neljästä munasta, jotka on pinottu päähän neliönmuotoisena. Eri versioissa munat osoittavat vain eri suuntiin.

F Orbitalit

N = 4, l = 3 kiertorataa kutsutaan f orbitaaleiksi, ja niitä on vaikea kuvata. Niillä on useita monimutkaisia ​​ominaisuuksia. Esimerkiksi n = 4, l = 3, m = 0; m = 1; ja m = -1 kiertorata ovat jälleen käsipainomaisia, mutta nyt kaksi munkkia tangon päiden välissä. Muut m-arvot näyttävät tavallaan kuin nippu kahdeksasta ilmapallosta, kaikkien solmujensa sidottuina keskelle.

Visualisoinnit

Elektroni-orbitaaleja ohjaava matematiikka on melko monimutkainen, mutta on olemassa monia online-resursseja, jotka tarjoavat graafisen toteutuksen eri kiertoradoille. Nämä työkalut ovat erittäin hyödyllisiä visualisoitaessa elektronien käyttäytymistä atomien ympärillä.

Teachs.ru
  • Jaa
instagram viewer