Vad är degenererade orbitaler?

den degenererade orbitaler de är alla som är på samma nivå av energi. Enligt denna definition måste de ha samma huvudkvantumnummer n. Således är de 2s och 2p-orbitalerna degenererade, eftersom de tillhör energinivån 2. Det är emellertid känt att deras funktioner av vinkliga och radiella vågor är olika.

Som värdena för n, elektronerna börjar ockupera andra undernivåer av energi, såsom orbitalerna d och f. Var och en av dessa orbitaler har sina egna egenskaper, som vid första ögonkastet observeras i deras vinklar; Dessa är sfäriska, hantel (p), trefoil (d) och globulära (f) figurer.

Bland dem finns en energiförskjutning, till och med tillhörande samma nivå n.

Till exempel visar den övre bilden ett energischema med orbitalerna upptagna av oparmade elektroner (ett onormalt fall). Det kan ses att alla stabila (den lägsta energin) är orbitalns (1s, 2s, ...), medan nf den mest instabila (högsta energin).

index

• 1 Degenererade orbitaler av en isolerad atom
  • 1.1 Orbitals s
  • 1.2 Orbitals
  • 1.3 Orbitals
• 2 degenererade hybridorbitaler
• 3 referenser

Degenerera orbitaler av en isolerad atom

Degenererade orbitalerna, med samma värde av n, De är i samma linje i ett energisystem. Av den anledningen är de tre röda ränderna som symboliserar p-orbitalerna belägna i samma linje; som de lila och gula ränderna gör.

Bildens schema bryter mot Hunds regel: de högre energi-orbitalerna är fyllda med elektroner utan att först para dem med de lägre energibytorna. När elektronerna mates, förlorar orbitalen energi och utövar en större elektrostatisk repulsion på de orörda elektronerna i de andra orbitalerna.

Sådana effekter beaktas emellertid inte i många energidiagram. Om så är fallet och lyda Hunds regel utan att helt fylla d-orbitalerna, skulle det ses att de upphör att vara degenererade.

Som ovan nämnts har varje orbital sina egna egenskaper. En isolerad atom, med sin elektroniska konfiguration, har sina elektroner anordnade i det exakta antalet orbital som tillåter dem att hysas. Endast de som är lika i energi kan betraktas som degenererade.

Orbitals s

De tre röda ränderna för degenererade p-orbitalerna i bilden indikerar att båda_x, p_och och s_z De har samma energi. Det finns en opparad elektron i vardera, beskriven av fyra kvantnummer (n, l, ml och mer), medan de första tre beskriver orbitalerna.

Den enda skillnaden mellan dem betecknas med det magnetiska ögonblicket ml, som drar bana av p_x på en x-axel, s_och på y-axeln och p_z på z-axeln. Alla tre är lika, men skiljer sig endast i sina rumsliga orienteringar. Av denna anledning dras de alltid i linje med energi, det vill säga degenererade.

Eftersom de är desamma, en atom isolerad från kväve (med 1s konfiguration)²2s²2p³) måste behålla degenerera sina tre orbitaler p. Energiscenariot ändras dock plötsligt om man betraktar en N-atom inom en molekyl eller kemisk förening.

Varför? För även om p_x, p_och och s_z de är lika med energi, detta kan variera i var och en av dem om de har olika kemiska miljöer; det vill säga om de är kopplade till olika atomer.

d-orbitaler

Det finns fem lila ränder som betecknar d orbitalerna. I en isolerad atom, även om de har parade elektroner, anses dessa fem orbitaler vara degenererade. I motsats till p-orbitaler är denna tid emellertid en markant skillnad i sina vinklar.

Därför reser deras elektroner riktningar i rymden som varierar från en omlopp d till en annan. Detta orsakar enligt kristallin fältteori, att en minimal störning orsakar a energi splittring av orbitalerna; det vill säga de fem lila remsorna är separerade och lämnar ett energifel mellan dem:

Vad är orbitalerna ovan och vilka nedan? De överst symboliseras som och_g, och de nedan t_2g. Lägg märke till hur initialt alla lila ränder var inriktade, och nu bildades en uppsättning två orbitaler och_g mer energi än den andra uppsättningen av tre orbitaler t_2g.

Denna teori tillåter oss att förklara d-d-övergångarna, till vilka många av de färger som observeras i föreningarna av övergångsmetallerna (Cr, Mn, Fe etc.) tillskrivs. Och varför är denna elektroniska störning? Till koordinationsinteraktionerna hos metallcentret med andra molekyler som kallas ligander.

f orbitaler

Och med f-orbitalerna känner de gula ränder, situationen blir ännu mer komplicerad. Deras geografiska riktningar varierar mycket mellan dem, och visualiseringen av deras länkar blir för komplex.

F orbitalerna anses faktiskt vara så interna att de inte "deltar påtagligt" i bildandet av obligationer.

När den isolerade atomen med f-orbitaler omges av andra atomer, börjar interaktionerna och utvecklingen sker (förlusten av degenerering):

Observera att nu de gula ränderna bildar tre uppsättningar: t_1g, t_2g och till_1g, och det är inte längre degenererat.

Degenerera hybrid orbitaler

Man har sett att orbitalerna kan utvecklas och förlora degenerationen. Men även om detta förklarar de elektroniska övergångarna, ligger det i förklaringen av hur och varför det finns olika molekylära geometrier. Det här är där hybrid orbitaler ange.

Vilka är dess viktigaste egenskaper? Att de är degenererade. Således kommer de ut från blandningen av tecken i orbitalerna s, p, d och f, för att härleda degenererade hybrider.

Till exempel blandas tre p orbitaler med en s för att ge fyra sp orbitaler³. Alla sp orbitaler³ de är degenererade och har därför samma energi.

Om dessutom två d orbitaler blandas med de fyra sp³, du kommer att få sex sp orbitaler³d².

Och hur förklarar de molekylära geometrier? Eftersom de är sex med lika energier måste de därför vara symmetriskt inrymda i rymden för att skapa lika kemiska miljöer (till exempel i en MF-förening).₆).

När de gör det bildas en oktaedron av koordination, som är lika med en oktaedisk geometri runt ett centrum (M).

Geometrier tenderar emellertid att ha snedvridningar, vilket innebär att inte ens hybridorbitaler är helt degenererade. Avslutningsvis finns därför degenererade orbitaler endast i isolerade atomer eller starkt symmetriska miljöer.

referenser

1. Chemicool Dictionary. (2017). Definition av Degenerate Hämtad från: chemicool.com
2. SparkNotes LLC. (2018). Atomer och atomomrörelser. Hämtad från: sparknotes.com
3. Ren kemi (N.D.). Elektronisk konfiguration. Återställd från: es-puraquimica.weebly.com
4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. (8: e upplagan). CENGAGE Learning.
5. Moreno R. Esparza. (2009). Koordineringskemi kurs: Fält och orbitaler. [PDF]. Hämtad från: depa.fquim.unam.mx
6. Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi (Fjärde upplagan). Mc Graw Hill.