Wat zijn gedegenereerde orbitalen?

de gedegenereerde orbitalen zij zijn allen die op hetzelfde niveau van energie zijn. Volgens deze definitie moeten ze hetzelfde hoofdkwantumnummer hebben n. De 2s en 2p orbitalen zijn dus gedegenereerd, omdat ze tot het energieniveau 2 behoren. Het is echter bekend dat hun functies van hoek- en radiusgolven verschillend zijn.

Als de waarden van n, de elektronen beginnen andere subniveaus van energie te bezetten, zoals de orbits d en f. Elk van deze orbitalen hebben hun eigen kenmerken, die op het eerste gezicht worden waargenomen in hun hoekige vormen; dit zijn de bolvormige (s), halter (p), klaver (d) en bolvormige (f) cijfers.

Onder hen is er een energieverschil, zelfs behorend tot hetzelfde niveau n.

Het bovenste beeld toont bijvoorbeeld een energieschema met de orbitalen bezet door ongepaarde elektronen (een abnormaal geval). Het kan worden gezien dat van alle meest stabiele (de laagste energie) de orbitale ns (1s, 2s, ...) is, terwijl de nf de meest onstabiele (de hoogste energie) is.

index

• 1 Gedegenereerde orbitalen van een geïsoleerd atoom
  • 1.1 Orbitalen p
  • 1.2 Orbitalen
  • 1.3 Orbitalen
• 2 gedegenereerde hybride orbitalen
• 3 referenties

Gedegenereerde orbitalen van een geïsoleerd atoom

De gedegenereerde orbitalen, met dezelfde waarde van n, ze staan ​​in dezelfde lijn in een energieschema. Om deze reden bevinden de drie rode strepen die de p-orbitalen symboliseren zich op dezelfde lijn; zoals de paarse en gele strepen doen.

Het schema van het beeld schendt de regel van Hund: de hoogenergetische orbitalen zijn gevuld met elektronen zonder ze eerst te koppelen met de lagere energieorbitalen. Wanneer de elektronen paren, verliest de orbitaal energie en oefent een grotere elektrostatische afstoting uit op de ongepaarde elektronen van de andere orbitalen.

Dergelijke effecten worden echter niet in veel energiediagrammen beschouwd. Als dat zo is, en gehoorzaam aan Hund's regel zonder de d-orbitalen volledig te vullen, zou het duidelijk zijn dat ze niet langer gedegenereerd zijn.

Zoals hierboven vermeld, heeft elke orbitaal zijn eigen kenmerken. Een geïsoleerd atoom, met zijn elektronische configuratie, heeft zijn elektronen gerangschikt in het precieze aantal orbitalen waarmee ze kunnen worden gehuisvest. Alleen degenen die gelijk in energie zijn, kunnen als ontaard worden beschouwd.

Orbitalen p

De drie rode strepen voor de gedegenereerde p-orbitalen in het beeld geven aan dat beide_X, p_en en p_z Ze hebben dezelfde energie. Er is een ongepaard elektron in elk, beschreven door vier kwantumgetallen (n, l, ml en meer), terwijl de eerste drie de orbitalen beschrijven.

Het enige verschil tussen hen wordt aangegeven door het magnetische moment ml, die het traject van p_X op een x-as, p_en op de y-as en p_z op de z-as. Alle drie zijn gelijk, maar verschillen alleen in hun ruimtelijke oriëntaties. Om deze reden zijn ze altijd getekend in energie, dat wil zeggen gedegenereerd.

Omdat ze hetzelfde zijn, een atoom geïsoleerd uit stikstof (met 1s-configuratie)²2s²2p³) moet zijn drie orbitalen gedegenereerd houden p. Het energiescenario verandert echter abrupt als een N-atoom binnen een molecuul of chemische verbinding wordt beschouwd.

Waarom? Omdat hoewel p_X, p_en en p_z ze zijn gelijk in energie, dit kan in elk van hen verschillen als ze verschillende chemische omgevingen hebben; dat wil zeggen, als ze zijn gekoppeld aan verschillende atomen.

d orbitalen

Er zijn vijf paarse strepen die de d-orbitalen aanduiden. In een geïsoleerd atoom, zelfs als ze gepaarde elektronen hebben, worden deze vijf orbitalen beschouwd als gedegenereerd. In tegenstelling tot p-orbitalen is er deze keer echter een duidelijk verschil in hun hoekvormen.

Daarom bewegen hun elektronen richtingen in de ruimte die variëren van de ene omloopbaan d naar de andere. Dit veroorzaakt volgens de kristallijne veldentheorie, dat een minimale storing zorgt voor een energiesplitsing van de orbitalen; dat wil zeggen, de vijf paarse stroken zijn gescheiden waardoor een energiekloof ertussen ontstaat:

Wat zijn de bovenstaande orbitalen en welke hieronder? Degenen aan de bovenkant worden gesymboliseerd als en_g, en die hieronder t_2g. Merk op hoe in eerste instantie alle paarse strepen waren uitgelijnd, en nu werd een set van twee orbitalen gevormd en_g meer energie dan de andere set van drie orbitalen t_2g.

Deze theorie laat ons toe om de d-d overgangen te verklaren, waaraan veel van de kleuren waargenomen in de verbindingen van de overgangsmetalen (Cr, Mn, Fe, etc.) worden toegeschreven. En waarom is deze elektronische storing? Aan de coördinatie-interacties van het metaalcentrum met andere genoemde moleculen liganden.

f orbitalen

En met de f orbitals voelen ze gele strepen, de situatie wordt nog gecompliceerder. Hun ruimtelijke richtingen variëren veel van elkaar en de visualisatie van hun links wordt te complex.

In feite worden de f orbitals als zo intern beschouwd dat ze niet "op een aanmerkelijke manier" deelnemen aan de vorming van obligaties.

Wanneer het geïsoleerde atoom met f-orbitalen wordt omringd door andere atomen, beginnen de interacties en vindt het ontvouwen plaats (het verlies van degeneratie):

Merk op dat de gele strepen nu drie sets vormen: t_1g, t_2g en naar_1g, en die zijn niet langer ontaard.

Gedegenereerde hybride orbitalen

Men heeft gezien dat de orbitalen zich kunnen ontplooien en de degeneratie kunnen verliezen. Hoewel dit de elektronische overgangen verklaart, verbleekt het echter in de verduidelijking van hoe en waarom er verschillende moleculaire geometrieën zijn. Dit is waar hybride orbitalen binnenkomen.

Wat zijn de belangrijkste kenmerken? Dat ze gedegenereerd zijn. Ze komen dus voort uit het mengsel van karakters van orbitalen s, p, d en f, om degenererende hybriden voort te brengen.

Drie p-orbitalen worden bijvoorbeeld met één vermengd om vier sp-orbitalen te geven³. Alle sp-orbitalen³ ze zijn gedegenereerd en hebben daarom dezelfde energie.

Als bovendien twee d orbitalen worden gemengd met de vier sp³, je krijgt zes sp-orbitalen³d².

En hoe verklaren ze moleculaire geometrieën? Aangezien ze zes zijn, met gelijke energieën, moeten ze daarom symmetrisch in de ruimte worden gericht om gelijke chemische omgevingen te genereren (bijvoorbeeld in een MF-verbinding).₆).

Wanneer ze dat doen, wordt een octaëder van coördinatie gevormd, die gelijk is aan een octaëdrische meetkunde rond een middelpunt (M).

Geometrieën hebben echter meestal vervormingen, wat betekent dat zelfs hybride orbitalen niet volledig zijn gedegenereerd. Daarom bestaan ​​er bij wijze van conclusie alleen gedegenereerde orbitalen in geïsoleerde atomen of zeer symmetrische omgevingen.

referenties

1. Chemicool Dictionary. (2017). Definitie van Degenerate Teruggeplaatst van: chemicool.com
2. SparkNotes LLC. (2018). Atomen en atoomorbitalen. Teruggeplaatst van: sparknotes.com
3. Pure chemie (N.D.). Elektronische configuratie. Hersteld van: es-puraquimica.weebly.com
4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemie. (8e druk). CENGAGE Leren.
5. Moreno R. Esparza. (2009). Coördinatie scheikunde: velden en orbitalen. [PDF]. Teruggeplaatst van: depa.fquim.unam.mx
6. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische chemie (Vierde editie). Mc Graw Hill.