- Tạo ra các obitan của một nguyên tử bị cô lập
- Quỹ đạo p
- Quỹ đạo d
- Quỹ đạo f
- Tạo quỹ đạo kết hợp
- Người giới thiệu
Các obitan suy biến là những obitan ở cùng mức năng lượng. Theo định nghĩa này, chúng phải có cùng số lượng tử chính n. Do đó, các obitan 2s và 2p là suy biến, vì chúng thuộc mức năng lượng 2. Tuy nhiên, người ta biết rằng hàm sóng góc và sóng xuyên tâm của chúng là khác nhau.
Khi giá trị của n tăng lên, các electron bắt đầu chiếm các phân mức năng lượng khác, chẳng hạn như các obitan d và f. Mỗi obitan này có đặc điểm riêng, thoạt nhìn có thể thấy hình dạng góc cạnh của chúng; Đây là (các) hình cầu, hình quả tạ (p), hình lá cỏ ba lá (d) và hình cầu (f).
Nguồn: Gabriel Bolívar
Giữa chúng có sự chênh lệch về năng lượng, thậm chí thuộc cùng một cấp n.
Ví dụ, hình trên cho thấy một lược đồ năng lượng với các obitan bị chiếm bởi các electron chưa ghép đôi (một trường hợp bất thường). Có thể thấy rằng trong tất cả các quỹ đạo ổn định nhất (quỹ đạo có năng lượng thấp nhất) là quỹ đạo ns (1s, 2s,…), trong khi nf là không ổn định nhất (quỹ đạo có năng lượng cao nhất).
Tạo ra các obitan của một nguyên tử bị cô lập
Các obitan suy ra, với cùng giá trị n, nằm trên cùng một đường thẳng trong một giản đồ năng lượng. Vì lý do này, ba sọc đỏ tượng trưng cho các obitan p nằm trên cùng một đường thẳng; cũng như các sọc màu tím và vàng theo cách tương tự.
Sơ đồ trong hình ảnh vi phạm quy tắc của Hund: các obitan năng lượng cao hơn chứa đầy các electron mà không ghép đôi chúng trước với các obitan năng lượng thấp hơn. Khi các điện tử giao phối, quỹ đạo mất năng lượng và tạo ra lực đẩy tĩnh điện lớn hơn lên các điện tử chưa ghép đôi của các quỹ đạo khác.
Tuy nhiên, những hiệu ứng như vậy không được xem xét trong nhiều biểu đồ năng lượng. Nếu vậy, và tuân theo quy tắc Hund mà không lấp đầy hoàn toàn các obitan d, chúng ta sẽ thấy rằng chúng ngừng suy biến.
Như đã đề cập trước đây, mỗi quỹ đạo có đặc điểm riêng của nó. Một nguyên tử biệt lập, với cấu hình điện tử của nó, có các electron được sắp xếp theo số lượng chính xác của obitan để chứa chúng. Chỉ những chất bằng nhau về năng lượng mới được coi là thoái hóa.
Quỹ đạo p
Ba sọc đỏ cho các obitan p suy biến trong hình ảnh cho thấy rằng cả p x , p và p z đều có cùng năng lượng. Có một điện tử chưa ghép đôi trong mỗi điện tử, được mô tả bằng bốn số lượng tử (n, l, ml và ms), trong khi ba điện tử đầu tiên mô tả các obitan.
Sự khác biệt duy nhất giữa chúng được biểu thị bằng mômen từ ml, vẽ đường đi của p x trên trục x, p y trên trục y và p z trên trục z. Cả ba đều giống nhau, nhưng chỉ khác nhau về định hướng không gian của chúng. Vì lý do này, chúng luôn luôn được kéo thẳng hàng trong năng lượng, nghĩa là, suy biến.
Vì chúng bằng nhau, một nguyên tử nitơ cô lập (có cấu hình 1s 2 2s 2 2p 3 ) phải duy trì ba obitan p của nó bị suy biến. Tuy nhiên, kịch bản năng lượng thay đổi đột ngột nếu người ta xem xét một nguyên tử N trong một phân tử hoặc hợp chất hóa học.
Tại sao? Bởi vì mặc dù p x , p và p z có năng lượng bằng nhau, nhưng nó có thể khác nhau nếu chúng có môi trường hóa học khác nhau; nghĩa là, nếu chúng liên kết với các nguyên tử khác nhau.
Quỹ đạo d
Có năm sọc màu tím biểu thị các obitan d. Trong một nguyên tử cô lập, ngay cả khi chúng có cặp electron, năm obitan này được coi là suy biến. Tuy nhiên, không giống như các obitan p, lần này có sự khác biệt rõ rệt về hình dạng góc của chúng.
Do đó, các electron của nó di chuyển theo các hướng trong không gian thay đổi từ quỹ đạo này sang quỹ đạo khác. Điều này gây ra, theo lý thuyết của trường tinh thể, rằng một nhiễu loạn tối thiểu gây ra sự nhân đôi năng lượng của các obitan; nghĩa là, năm sọc màu tím tách rời nhau, để lại một khoảng cách năng lượng giữa chúng:
Nguồn: Gabriel Bolívar
Các obitan trên và các obitan dưới là gì? Những thứ ở trên được ký hiệu là e g , và những thứ ở dưới là t 2g . Lưu ý rằng ban đầu tất cả các sọc màu tím đều thẳng hàng như thế nào, và bây giờ một bộ gồm hai obitan e g năng lượng hơn bộ ba obitan t 2g khác đã được hình thành .
Lý thuyết này cho phép chúng ta giải thích sự chuyển đổi dd, mà nhiều màu quan sát được trong hợp chất của các kim loại chuyển tiếp (Cr, Mn, Fe, v.v.) là do. Và nhiễu loạn điện tử này là do nguyên nhân gì? Tương tác phối trí của tâm kim loại với các phân tử khác gọi là phối tử.
Quỹ đạo f
Và với các obitan f, các sọc màu vàng phớt, tình hình thậm chí còn trở nên phức tạp hơn. Hướng không gian của chúng rất khác nhau giữa chúng và việc hình dung các liên kết của chúng trở nên quá phức tạp.
Trên thực tế, các obitan f được coi là có vỏ bọc bên trong đến mức chúng không “tham gia đáng kể” vào quá trình hình thành liên kết.
Khi nguyên tử cô lập có quỹ đạo f bao quanh chính nó với các nguyên tử khác, tương tác bắt đầu và xảy ra (mất tính thoái hóa):
Nguồn: Gabriel Bolívar
Lưu ý rằng bây giờ các sọc màu vàng tạo thành ba bộ: t 1g , t 2g và a 1g , và chúng không còn thoái hóa nữa.
Tạo quỹ đạo kết hợp
Người ta đã thấy rằng các quỹ đạo có thể mở ra và mất đi sự thoái hóa. Tuy nhiên, trong khi điều này giải thích sự chuyển đổi điện tử, thì nó lại làm sáng tỏ cách thức và lý do tại sao có các dạng hình học phân tử khác nhau. Đây là nơi các obitan lai xuất hiện.
Đặc điểm chính của nó là gì? Rằng chúng đang thoái hóa. Do đó, chúng phát sinh từ hỗn hợp các ký tự của obitan s, p, d và f, để tạo ra các phép lai suy biến.
Ví dụ, ba obitan p trộn với một s để tạo ra bốn obitan sp 3 . Tất cả các obitan sp 3 đều suy biến và do đó có năng lượng như nhau.
Ngoài ra, nếu trộn lẫn hai obitan d với bốn obitan sp 3 , chúng ta sẽ thu được sáu obitan sp 3 d 2 .
Và họ giải thích hình học phân tử như thế nào? Vì có 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 hợp chất MF 6 ).
Khi chúng làm vậy, một khối bát diện phối trí được hình thành, bằng một khối hình bát diện xung quanh một tâm (M).
Tuy nhiên, hình học thường bị biến dạng, có nghĩa là ngay cả các obitan lai cũng không thực sự thoái hóa hoàn toàn. Do đó, theo cách kết luận, các obitan suy biến chỉ tồn tại trong các nguyên tử cô lập hoặc trong môi trường đối xứng cao.
Người giới thiệu
- Từ điển Chemicool. (2017). Định nghĩa của Degenerate. Phục hồi từ: chemicool.com
- SparkNotes LLC. (2018). Nguyên tử và Quỹ đạo nguyên tử. Phục hồi từ: sparknotes.com
- Hóa học thuần túy. (sf). Cấu hình điện tử. Được khôi phục từ: es-puraquimica.weebly.com
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Hóa học. (Xuất bản lần thứ 8). CENGAGE Học tập.
- Moreno R. Esparza. (2009). Khóa học hóa học phối hợp: Trường và quỹ đạo. . Đã khôi phục từ: depa.fquim.unam.mx
- Rùng mình & Atkins. (2008). Hóa học vô cơ. (Tái bản lần thứ tư). Đồi Mc Graw.