Kama ilivyobainishwa tayari, nadharia ya kisasa ya uunganisho wa kemikali inategemea uzingatiaji wa kiakili wa quantum wa molekuli kama mfumo wa elektroni na viini vya atomiki.
Kutokana na kozi za kemia isokaboni na fizikia inajulikana kuwa elektroni ni aina ya jambo ambalo lina sifa ya chembe na wimbi la sumakuumeme.
Kulingana na nadharia ya quantum, hali ya elektroni katika atomi inaelezewa kwa kutumia nambari nne za quantum. n nambari kuu ya quantum, I - nambari ya quantum ya azimuthal, t
quan tukufu-
maspitpoe
nambari ya quantum na l
spin quantum nambari.
Elektroni katika atomi iko katika obiti maalum ya atomiki
pandisha. Obiti ya atomiki (AO) ni eneo la nafasi ambayo elektroni ina uwezekano mkubwa wa kupatikana.
Hali ya elektroni imedhamiriwa na umbali wa wingu la elektroni kutoka kwa kiini, sura yake, mwelekeo katika nafasi na mzunguko wa elektroni karibu na mhimili wake mwenyewe.
Kulingana na umbali wa elektroni kutoka kwa kiini cha atomi, trajectory ya harakati yake, yaani, sura ya obiti ya atomiki, mabadiliko (Mchoro 2.1). Kuna l, p, d, /-atomic orbitals, ambayo hutofautiana kutoka kwa kila mmoja katika hifadhi yao ya nishati, na kwa hiyo katika sura ya wingu la elektroni, yaani, katika trajectory ya elektroni.
β-obitali
/O-obitali
O<-орбиталь
± i^. 2.1. 1sim&1richs^jil shiumy y-, i- na i-y!imp^1l iui1^1&i
obiti za atomiki za ^-aina zina sifa ya ulinganifu wa duara; kwa elektroni za aina ya p, kuna obiti tatu za umbo la dumbbell za nishati sawa, ambazo hutofautiana.
2. Dhamana ya kemikali. Ushawishi wa pande zote wa atomi katika misombo ya kikaboni
kutoka kwa kila mmoja tu kwa mwelekeo katika nafasi. рх, р_^, р^-data
orbitals. Katika kila mmoja wao kuna eneo la nodal la p-orbit, ambapo uwezekano wa kupata elektroni ni sifuri. Kuna maumbo matano changamano zaidi ya kijiometri ya obiti za d-atomiki.
Elektroni za obiti 5 ziko karibu na kiini cha atomiki na huvutiwa nayo kwa nguvu zaidi kuliko p-elektroni, ambazo ziko mbali zaidi na zina uhamaji mkubwa. Nishati ya elektroni hupungua katika safu inayofuata.
/ > th > p > 5
Obiti ya atomiki isiyokaliwa na elektroni inaitwa a-cant na kwa kawaida huteuliwa kama □.
іі^іогідгіолістгіл /iv7iVII іііл ігошійи
Kulingana na mawazo ya quaptova-melapic kuhusu liminal
Katika kifungo fulani, idadi ya vifungo vya ushirikiano vinavyoundwa na atomi imedhamiriwa na idadi ya orbitals ya atomi ya electropyl, yaani, idadi ya electrops ya pesparepyl. Hata hivyo, katika hali halisi, atomi za vipengele huunda idadi kubwa ya vifungo vya ushirikiano kuliko vilivyo na idadi sawa ya elektroni kwenye kiwango cha nguvu cha haraka. Kwa mfano, atomi ya kaboni katika hali isiyo ya msisimko ina electrodes mbili (I5 25 2p) na huunda vifungo vinne vya ushirikiano. Hii inaweza kuelezewa na uwezekano
uhamisho wa 25-electropa moja hadi 2p-sublevel (І5 25 2p).
Kwa hivyo, katika kiwango cha nguvu cha atomi
Carbon hutumiwa na electrops nne za pesparepyl: moja - 5 na tatu - r. Kwa kuwa vifungo vya lymic vinaundwa na electropes ya valent, basi vifungo, kwa mfano katika molekuli SI4, itapaswa kuwa ya kwanza: kifungo kimoja cha CH kinaundwa na 5-electrope, na tatu nyingine huundwa na p. Kwa kweli, katika molekuli ya metamorphic, viunganisho vyote ni sawa kabisa. Ili kuelezea ukweli huu, dhana ya mseto wa atomi na obiti huletwa katika melapics ya quaptian. Neno mseto linamaanisha mwingiliano,
2p 2p 2p 2p 2p
kuingiliana, kuchanganya. Wakati wingu moja la elektroni 5 linapoingiliana na mawingu matatu /-elektroni, mawingu manne ya elektroni yaliyochanganywa kimaelezo au obiti za atomiki huundwa:
Kwa hivyo, kutoka kwa AO kadhaa ambazo ni tofauti kwa sura na sawa katika nishati, kwa kuchanganya (kuchanganya, kuchanganya) idadi sawa ya obiti za atomiki za mseto wa sura sawa na sawa katika nishati huundwa:
Orbiti za mseto zina faida zaidi ya kijiometri kuliko zisizo za mseto, kwani huruhusu kuongezeka kwa eneo la kuingiliana na obiti za atomi zingine, ambayo husababisha malezi ya vifungo vikali. Matokeo ya kuingiliana kwa sehemu kubwa ya obiti mseto na obiti za atomi zingine ni dhamana ya ushirikiano.
Atomu ya kaboni inaweza kupitia aina tatu za mseto unaohusisha s- na p-orbitals, ambayo kila moja inalingana na hali maalum ya valence ya atomi.
Hali ya kwanza ya valence ya kaboni ni mseto). Picha
uundaji wa dhamana. Hali ya bp-mseto ni matokeo ya mwingiliano wa b- na tatu p-atomic orbitals (Mchoro 2.2).
1v + 3r = 4v.
25-orbital 2р2-orbital 2рu-orbital 2р2-orbital
Mchele. 2.2. Mpango wa malezi na eneo katika nafasi ya obiti mseto 5p3
obiti nne za ep-mseto
2. Dhamana ya kemikali. Ushawishi wa pamoja wa atomi katika misombo ya kikaboni 21
Mizunguko minne sawa huunda pembe ya 109° 28" kati yao na huelekezwa katika nafasi kutoka katikati ya tetrahedron ya kawaida hadi kwenye vipeo vyake. Uwekaji huu unahusishwa na hamu ya AO kusonga mbali iwezekanavyo kutoka kwa kila mmoja kutokana na repulsion ya pande zote za kielektroniki. Eneo la obiti za atomiki huamua jina la hali ya mseto ya 5p3 kama vile tetrahedral.
Sehemu ya s-wingu katika kila moja ya obiti nne za mseto za sp3 ni sawa na 7. Kama matokeo ya mwingiliano wa obiti kama hizo na obiti zingine,
bital (s, p, d na mseto sp, sp, sp) kando ya mstari unaounganisha vituo vya atomi huunda tu covalent rahisi, au st-bonds (Kigiriki "sigma"). Kuingiliana kwa obiti za atomiki kando ya mstari unaounganisha vituo vya atomi huitwa kuingiliana kwa st-p, au kuingiliana kwa axial, kwa kuwa wiani wa juu wa elektroni iko kwenye mhimili unaounganisha nuclei mbili (Mchoro 2.3).
o-kuingiliana
Mchele. 2.3. Uundaji wa vifungo katika molekuli ya ethane
Hali ya mseto wa 5p3 ni tabia ya alkanes. Wacha tuzingatie uundaji wa vifungo vya s kwa kutumia ethane kama mfano.
Katika molekuli ya ethane, kutokana na kuingiliana kwa axial s-sp, vifungo sita vya SPN vinaundwa, na kutokana na kuingiliana kwa sp-sp orbitals, dhamana moja ya SP C huundwa.
st-Bonds katika misombo mingi ya kikaboni huundwa hasa kutokana na mwingiliano wa orbitals ya mseto.
Hali ya pili ya valence ya kaboni (sp-hybridization). Uundaji wa n-bondi. Hali ya mseto wa sp2 ni matokeo ya mwingiliano wa s moja na mbili p orbitals (Mchoro 2.4).
Obiti tatu za mseto za sp zinazofanana zinazoundwa ziko kwenye ndege moja kwa pembe ya 120 °, kwa hivyo mseto wa sp unaitwa trigonal. Isiyochanganywa p^-obitali
23-obiti 2px-obiti 2/3^-obiti
obiti tatu za sp-mseto na orbital ya p2
obiti tatu za e-mseto
± i^. 2.4. ^1risp y!imy kaboni
katika ^p2 mseto
mpangilio wa orbital mseto. Uwiano wa ir-wingu katika kila moja ya irbital tatu za mseto wa ar2 ni sawa na 1 / y. Mchanganyiko huo ni wa kawaida kwa misombo yenye vifungo viwili, kwa mfano, ethylene (Mchoro 2.5).
ar-AO kaboni
o-muingiliano (o-bond)
Uundaji wa n-bond katika molekuli ya ethilini
Atomi za kaboni katika molekuli ya ethilini ziko katika mseto mkali. Kutokana na mwingiliano wa AOs tatu za mseto wa kila moja ya atimitives, vifungo vya st vinaundwa (C-H nne na C-C moja); na kuingiliana kwa p-orbitals mbili ambazo hazijachanganywa katika ndege perpendicular kwa ndege ya st-bond (p-overlap) husababisha kuundwa kwa p-bond. Upeo wake wa wiani wa elektroni umejilimbikizia katika maeneo mawili - juu na chini ya mhimili unaounganisha vituo vya atomi. p-Uunganisho hauna nguvu kuliko st; huundwa tu kati ya atomi zilizo katika mseto wa π2 au π.
2. Dhamana ya kemikali. Ushawishi wa pamoja wa atomi katika misombo ya kikaboni 2
L;/-1IirIDI^yTSISH inaitwa SShchS JIUneUnUU HU1UMJ, sio mbili.
Orbital za mseto za sp ziko kwenye pembe ya 180 °. Mizunguko miwili iliyobaki isiyo ya mseto p^- na p^-obiti ziko katika ndege mbili zenye mseto na ziko kwenye pembe za kulia kwa sp-mseto AO. Sehemu ya wingu s katika kila moja ya obiti mbili za mseto za sp ni 1/2. Aina hii ya mseto ni ya kawaida kwa misombo yenye dhamana ya tatu, kwa mfano asetilini (Mchoro 2.7).
Katika molekuli ya asetilini, atomi za sp-mseto huunda vifungo viwili rahisi vya C-H na st-bondi moja kati ya atomi mbili za kaboni, na p-AO zisizo na mseto huunda vifungo vya p-mbili vilivyo katika ndege zinazofanana.
Ili kuelezea vifungo vya kemikali kutoka kwa mtazamo wa mechanics ya quantum, mbinu mbili kuu hutumiwa: njia ya dhamana ya valence (VBC) na njia ya obiti ya molekuli (MO).
Njia ya dhamana ya valence ilipendekezwa mnamo 1927 na W. Heitler na F. London. Masharti kuu ya njia ni kama ifuatavyo. Kifungo cha kemikali kinawakilishwa kama jozi ya elektroni zilizo na mizunguko tofauti. Inaundwa kama matokeo ya obiti za atomiki zinazoingiliana.
l-muingiliano (muunganisho wa i)
mwingiliano (a-bond)
malezi ya l-bond katika molekuli ya asetilini
at iirj^isap^1^1 milsAulsh atomic irijul i^1iyu1SL ii^
mabadiliko, na jozi ya elektroni bonding ni localized kati ya atomi mbili.
Tofauti na njia ya dhamana ya valence, njia ya obiti ya molekuli huzingatia molekuli sio mkusanyiko wa atomi ambazo huhifadhi umoja wao, lakini kwa ujumla mmoja. Inachukuliwa kuwa kila elektroni katika molekuli husogea katika uwanja wa jumla ulioundwa na elektroni zilizobaki na viini vyote vya atomiki. Kwa maneno mengine, katika molekuli, AO tofauti huingiliana na kuunda aina mpya ya orithali, inayoitwa orithali ya molekuli.
Kuingiliana kwa orithali mbili za atomiki husababisha kuundwa kwa orithali mbili za molekuli (Mchoro 2.8).
□"-kulegeza MO
AO------AO^^)-
α-binding MO
st* -kulegeza MO
α-binding MO
Mmoja wao ana nishati ya chini kuliko AO ya asili,
ігі поошоасил ьошоўшси na ^^ншілнш, диуіал іладиасі илълг>х>і-
2. Dhamana ya kemikali. Ushawishi wa kuheshimiana wa atomi katika misombo ya kikaboni 2:
SAII LPS^IISI, ChSM ikitengeneza LL^, na IilmVySISI kutawanya-
supu ya kabichi, au orbital ya antibonding. Kujazwa kwa obiti za Masi na elektroni hufanyika sawa na kujazwa kwa obiti za atomiki, ambayo ni, kulingana na kanuni ya Pauli na kwa mujibu wa sheria ya Hund. Obiti ya kizuia mshikamano wa molekuli inabaki wazi katika hali ya chini. Kujazwa kwake na elektroni hutokea wakati molekuli inasisimua, ambayo inasababisha kufunguliwa kwa dhamana na kutengana kwa molekuli ndani ya atomi.
Baada ya kukamilisha maelezo rasmi ya mwendo wa mitambo ya quantum, ikawa wazi kuwa katika nafasi ya atomiki kila kitu kina sifa kama vile obiti ya atomiki.
Obiti ya atomiki(AO) - eneo la nafasi karibu na kiini cha atomi ambayo, kwa mujibu wa sheria za mechanics ya quantum, elektroni yenye nishati iliyotolewa inawezekana zaidi kupatikana.
Hali ya nishati ya elektroni inaelezewa na kazi ya tatu nambari kamili vigezo p ) mimi, t 1U ambazo zinaitwa nambari za quantum. Kwa maadili fulani ya nambari za quantum, inawezekana kupata sifa za eneo ambalo elektroni inaweza kuwa.
Nambari za Quantum zina zifuatazo maana ya kimwili:
- n - nambari kuu ya quantum, sifa ya kiwango cha nishati na ukubwa wa orbital;
- / - nambari ya quantum ya orbital, inaashiria kiwango cha chini cha nishati na sura ya obiti;
- t ( - nambari ya sumaku ya quantum, inachukua kuzingatia ushawishi wa shamba la nje la magnetic kwenye hali ya nishati ya elektroni.
Nambari kuu ya quantum n ni ya asili na inalingana na nambari za kipindi katika jedwali la D.I. Mendeleev (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7). Nambari kuu ya quantum huamua wingi wa nishati ya elektroni iliyo kwenye obiti fulani. Nambari hii ya quantum pia inaitwa nambari ya kiwango cha nishati. zaidi P, ukubwa wa obiti.
Atomi ambazo elektroni ziko katika obiti za thamani ya juu p (uk> 8), wanaitwa atomi za Rydberg. Data ya kwanza ya majaribio juu ya atomi za Rydberg katika unajimu wa redio ilipatikana mnamo 1964 na wafanyikazi wa FIAP (R.S. Sorochenko na wengine) kwenye darubini ya redio ya mita 22 inayoakisi. Wakati darubini ilielekezwa kuelekea Nebula ya Omega, mstari wa utoaji na urefu wa wimbi la X = Sentimita 3.4. Urefu huu wa wimbi unalingana na mpito kati ya majimbo ya Rydberg n = 90 na n = 91 katika wigo wa atomi ya hidrojeni. Leo katika maabara tulipata atomi za Rydberg na P~600! Hivi ni karibu vitu vikubwa vyenye ukubwa wa karibu 0.1 mm na maisha ya ~1 s. Utafiti wa majimbo ya Rydberg ya atomi umethibitisha kuwa muhimu katika kazi ya kuunda kompyuta za quantum.
Walakini, kuongeza saizi haibadilishi sura ya orbital. zaidi p y nishati kubwa ya elektroni. Elektroni zilizo na nambari kuu ya quantum ziko kwenye kiwango sawa cha nishati. Nambari P kiwango cha nishati kinaonyesha idadi ya viwango vidogo vinavyounda kiwango fulani.
Nambari ya orbital quantum I inaweza kuchukua maadili/= 0, 1,2,... hadi (P - 1), i.e. kwa nambari kuu ya quantum P nambari ya quantum ya orbital / inaweza kuchukua P maadili. Nambari ya quantum ya orbital huamua sura ya kijiometri ya orbitals na huamua kasi ya angular ya orbital (kasi) ya elektroni, i.e. mchango wa sublevel hii kwa jumla ya nishati ya elektroni. Kwa kuongezea maadili ya nambari, nambari ya obiti ya quantum / pia ina muundo wa herufi:
Kidato cha 5, p-, (1-,/-obiti zinaonyeshwa kwenye Mtini. 1.1. Ishara zilizowekwa kwenye vipengele vya kijiometri vya obiti sio ishara za malipo, lakini rejea maadili ya kazi ya wimbi y kwa vipengele hivi. Tangu wakati wa kuhesabu uwezekano | n/| 2 ni mraba wa ukubwa katika thamani kamili, kisha maeneo ya obiti ya kazi ya wimbi y yenye ishara "+" na "-" huwa sawa.
Mchele. 1.1.
Sura tata ya orbitals nyingi ni kutokana na ukweli kwamba kazi ya wimbi la elektroni katika kuratibu za polar ina vipengele viwili - radial na angular. Katika kesi hii, uwezekano wa kupata elektroni katika hatua fulani inategemea umbali wake kwa kiini na kwa mwelekeo katika nafasi ya vector inayounganisha kiini na hatua hii. Kazi hizi hutegemea / (kwa 5- na p-orbitals) na kuendelea T 1 (kwa c1- na /-orbital).
Kwa mfano, muhtasari (contour ya nje) ya obiti zote 5 ni tufe. Lakini zinageuka kuwa uwezekano wa kupata elektroni ndani ya nyanja hii sio sare, lakini inategemea moja kwa moja umbali wa obiti hii kutoka kwa kiini. Katika Mtini. Mchoro 1.2 unaonyesha muundo wa ndani wa obiti 15 na 25. Kama ifuatavyo kutoka kwa takwimu, obiti 25 ni sawa na "vitunguu vya safu-mbili" na makombora ya ndani yaliyo umbali wa radii 1 na 4 ya obiti ya Bohr. Kama sheria, katika kemia ukweli wa ugumu wa muundo wa ndani wa orbitals hauna jukumu kubwa na hauzingatiwi katika kozi hii.
Mchele. 1.2. Usambazaji wa uwezekano wa kugundua elektroni katika atomi ya hidrojeni katika majimboniNa2s. G (= 5.29 * 10 11 m - radius ya obiti ya kwanza ya Bohr
Chanzo: wvw.college.ru/enportal/physics/content/chapter9/section/paragraph3/theory.html
Nambari ya kiasi cha sumaku ya orbital m t inaweza kuchukua maadili kutoka -/ hadi +/, pamoja na sifuri. Nambari hii ya quantum huamua mwelekeo wa obiti katika nafasi inapofunuliwa na shamba la nje la sumaku Na inaashiria mabadiliko katika nishati ya elektroni iliyoko kwenye obiti hii chini ya ushawishi wa uwanja wa nje wa sumaku. Idadi ya obiti zenye thamani fulani t 1 ni (2/ + 1).
Nambari tatu za quantum zinazozingatiwa P, /, T ( ni matokeo ya kutatua mlinganyo wa wimbi la Schrödinger na kufanya uwezekano wa kuamua nishati ya elektroni kupitia maelezo ya sifa zake za wimbi. Wakati huo huo, asili mbili ya asili ya chembe za msingi na uwili wao wa mawimbi ya chembe katika kuelezea hali ya nishati ya elektroni haikuzingatiwa.
Nambari ya kiasi cha sumaku ya ndani ya elektroni m s (spin). Vipi matokeo ya mali ya corpuscular ya elektroni, nambari nyingine ina jukumu katika kuelezea hali yake ya nishati - nambari ya kiasi cha ndani m s ya elektroni (spin). Nambari hii ya quantum haina sifa ya orbital, lakini mali ya elektroni yenyewe iko kwenye orbital hii.
Spin (kutoka Kiingereza, spin- twirl[-xia], rotation) ni kasi ya asili ya angular ya chembe za msingi, ambayo ina asili ya quantum na haihusiani na harakati ya chembe kwa ujumla. Ulinganisho unaotumika mara nyingi kuelezea spin kama sifa inayohusishwa na mzunguko wa elektroni kuzunguka mhimili wake uligeuka kuwa hauwezi kutegemewa. Maelezo haya husababisha kupingana na nadharia maalum ya uhusiano - kasi ya ikweta ya mzunguko wa elektroni katika mfano huu inazidi kasi ya mwanga. Utangulizi wa spin ulikuwa utumizi uliofanikiwa wa wazo jipya la mwili: iliwekwa kuwa kuna nafasi ya majimbo ambayo haihusiani kwa njia yoyote na harakati ya chembe katika nafasi ya kawaida. Haja ya kuanzisha nafasi kama hiyo ya majimbo inaonyesha hitaji la kuzingatia swali la jumla juu ya ukweli wa ulimwengu wa ulimwengu.
Elektroni inaonyesha yake mwenyewe magnetic mali ni kwamba katika uwanja wa nje wa umeme kasi ya angular ya elektroni inaelekezwa ama kando ya shamba au dhidi ya sifuri. Katika kesi ya kwanza, inachukuliwa kuwa nambari ya quantum ya elektroni m s= +1/2, na katika pili m s= -1/2. Kumbuka kwamba spin - nambari ya sehemu moja kati ya seti ya sifa za quantum ambazo huamua hali ya elektroni katika atomi.
Kutokana na ukweli kwamba wakati wa kuelezea vipengele vinagawanywa katika vikundi na orbitals tofauti, hebu tukumbuke kwa ufupi kiini cha dhana hii.
Kulingana na mfano wa Bohr wa atomi, elektroni huzunguka kwenye kiini katika obiti za mviringo (shells). Kila shell ina kiwango cha nishati kilichoelezwa madhubuti na ina sifa ya nambari fulani ya quantum. Kwa asili, nishati fulani za elektroni tu zinawezekana, ambayo ni, nguvu za obiti (zilizopunguzwa) ("zinazoruhusiwa"). Nadharia ya Bohr inapeana makombora ya elektroni K, L, M, N na zaidi kwa mpangilio wa alfabeti ya Kilatini, kulingana na kiwango cha nishati kinachoongezeka cha ganda. nambari kuu ya quantum n, sawa na 1, 2, 3, 4, nk. Baadaye, iliibuka kuwa makombora ya elektroni yamegawanywa katika sehemu ndogo, na kila moja ina sifa ya kiwango fulani cha nishati, kinachojulikana na nambari ya quantum ya orbital l.
Kulingana na kanuni ya kutokuwa na uhakika Heisenberg, haiwezekani kuamua kwa usahihi eneo la elektroni wakati wowote. Walakini, unaweza kuonyesha uwezekano wa hii kutokea. Eneo la nafasi ambalo uwezekano wa kupata elektroni ni wa juu zaidi huitwa orbital. Elektroni zinaweza kuchukua obiti 4 za aina tofauti, ambazo huitwa s- (mkali), p- (mkuu), d- (diffuse) na f- (msingi) orbitals. Hapo awali, barua hizi ziliashiria mistari ya spectral ya hidrojeni, lakini kwa sasa hutumiwa tu kama alama, bila decoding.
Orbitals inaweza kuwakilishwa kama nyuso tatu-dimensional. Kwa kawaida, mikoa ya nafasi iliyofungwa na nyuso hizi huchaguliwa ili uwezekano wa kuchunguza elektroni ndani yao ni 95%. Uwakilishi wa mpangilio wa obiti unaonyeshwa kwenye Mtini. 1.
Mchele. 1.
S-orbital ina umbo la duara, p-orbital ina umbo la dumbbell, d-opbital ina umbo la dumbbells mbili zinazoingiliana katika ndege mbili za pande zote za pande zote, s-subshell ina s-orbital moja, the p-subshell ina p-orbitals 3, d-subshell - ya 5 d-orbitals.
Ikiwa hakuna uga wa sumaku unaotumika, obiti zote za ganda ndogo moja zitakuwa na nishati sawa; katika kesi hii wanaitwa degenerate. Walakini, katika uwanja wa sumaku wa nje, ganda ndogo hugawanyika (athari ya Zeeman). Athari hii inawezekana kwa obiti zote isipokuwa s orbital. Ni sifa nambari ya sumaku ya quantum t. Athari ya Zeeman hutumiwa katika vielelezo vya kisasa vya ufyonzaji wa atomiki (AASP) ili kuongeza usikivu wao na kupunguza kikomo cha utambuzi katika uchanganuzi wa vipengele.
Kwa biolojia na dawa, ni muhimu kwamba obiti za ulinganifu sawa, ambayo ni, na nambari sawa l na m, lakini kwa thamani tofauti ya nambari kuu ya quantum (kwa mfano, orbitals 1s, 2s, 3s, 4s), hutofautiana katika saizi ya jamaa. Kiasi cha nafasi ya ndani ya obiti za elektroni ni kubwa kwa atomi zilizo na thamani kubwa ya n. Kuongezeka kwa kiasi cha orbital kunafuatana na kufunguliwa kwake. Wakati wa malezi tata, saizi ya atomi ina jukumu muhimu, kwani huamua muundo wa misombo ya uratibu. Katika meza Kielelezo 1 kinaonyesha uhusiano kati ya idadi ya elektroni na nambari kuu ya quantum.
Jedwali 1. Idadi ya elektroni katika viwango tofauti vya nambari ya quantum n
Mbali na nambari tatu zilizoitwa quantum, ambazo zinaonyesha mali ya elektroni za kila atomi, kuna moja zaidi - spin quantum nambari s , sifa ya elektroni tu, bali pia viini vya atomiki.
Bioinorganics ya matibabu. G.K. Barashkov
Mifumo. Katika kesi hii, orbital imedhamiriwa na kiwango cha elektroni cha Schrödinger na Hamiltonian ya elektroni moja yenye ufanisi; nishati ya orbital, kama sheria, inahusiana na (tazama). Kulingana na mfumo ambao obiti imedhamiriwa, obiti za atomiki, za Masi na fuwele zinajulikana.
Obiti za atomiki (AO) zina sifa ya nambari tatu za quantum: kuu n, orbital / na magnetic n. Thamani l = 0, 1, 2,... inabainisha mraba wa kasi ya obiti (angular) ( -Planck ya mara kwa mara), thamani m = l, l - 1,..., +1, 0, - 1 ,..., - l + 1, - l-makadirio ya wakati kwenye mhimili fulani wa z uliochaguliwa; n nambari za nishati za obiti. Mataifa yenye kupewa / yamehesabiwa kwa nambari n = l + 1, l + 2, ... Katika spherical. kuratibu mfumo unaozingatia msingi wa AO ina fomu 
, wapi na-pembe za polar, r-umbali kutoka hadi kwenye kiini. R nl (r) inaitwa sehemu ya radial ya kampuni ya pamoja-hisa (kazi ya radial), na Y lm (q, j) -spherical. harmonic. Wakati wa kuzunguka mfumo wa kuratibu, spherical harmonic inabadilishwa na mchanganyiko wa mstari wa harmonics na thamani sawa l; sehemu ya radial ya AO haibadilika wakati wa kugeuka, na nishati inayofanana na AO hii ni kiwango ni (21 + 1)-mara kuzorota. Kawaida - index ya kielelezo cha orbital, na Ppl - polynomial ya shahada (n - l - 1). Katika nukuu iliyofupishwa, AO inaelezewa na ishara nl m, na n inaonyeshwa na nambari 1, 2, 3,..., maadili l = 0, 1, 2, 3, 4, ... yanahusiana. kwa herufi s, p, d, f, g ,...; m zimeonyeshwa chini kulia, k.m. 2p +1 , 3d -2 .
AO zilizo na miundo ya duara isiyo ngumu ni rahisi zaidi. harmonics, na michanganyiko yao ya mstari kuwa na . maana. Makampuni hayo ya hisa ya pamoja yanaitwa cubic (tesseral). Wana fomu , ambapo (x, y, z) ni polynomial yenye homogeneous (kazi ya angular) ya shahada l kuhusiana na kuratibu za Cartesian x, y, z inayozingatia kernel (mwelekeo wa shoka ni wa kiholela); AO imeteuliwa na alama, kwa mfano.
Ikiwa P nl (r) ya polynomial imedhamiriwa na suluhisho la mlinganyo wa Schrödinger kwa kiini katika uwanja wa Coulomb, AO inaitwa. kama hidrojeni. Naib. ujazo wa kawaida wa hidrojeni. AO hutolewa kwenye jedwali.
ORBITALI INAYOFANANA NA HIDROjeni s. p, d, f-AINA
Katika kemikali. Maombi mara nyingi huonyesha mtaro wa AO, ambayo inaweza kuwa kujengwa tofauti. Naib. kinachojulikana kawaida nyuso za awamu, ambazo maadili ya ujazo yanaonyeshwa. (au spherical) harmonics: kwa pembe za polar, moduli ya sehemu ya angular ya AO ni sawa na umbali wa asili. Katika Mtini. 1 inaonyesha nyuso zingine zinazoonekana zaidi, ambazo abs. maadili ya AOs fulani yana thamani ya mara kwa mara. Njia zote mbili za kuonyesha AO ni sawa tu karibu na asili ya kuratibu. Katika hali zote, ishara za + na - (au kivuli) zinaonyesha ni ishara gani AO inayo katika eneo fulani. Kama kazi zote za wimbi, AO inaweza kuzidishwa na - 1, ambayo itasababisha mabadilikoishara ya kazi, lakini sio ishara za AO zenyewe zenye mantiki,na ubadilishaji wa ishara kwa mfumo wa AO wakati wa kuelezea mole. orbitals. Mchoro picha ya AO haina maana kila wakati. Hivyo, miraba ya moduli ni spherical. harmonics haitegemei angle, hivyo picha, kwa mfano, ya AO 2p x na 2p y itakuwa tofauti kabisa na picha ya AO 2p + na 2p -, ingawa AO zote mbili ni sawa kabisa.
Mizunguko ya molekuli(MO) zimeelezewa katika uwanja wa viini vyote na uwanja wa wastani wa zingine. Kwa kawaida, MOs hawana uchanganuzi rahisi. uwakilishi na hutumiwa kwao (tazama). Katika mbinu wanazosema. orbitals, utendaji wa mawimbi ya elektroni nyingi hujengwa kama bidhaa au kibainishi kinachojumuisha obiti za spin, i.e. obiti zinazozidishwa na kazi ya kuzunguka au (tazama).
ambapo 0 = 0.372, b = 0.602, ni obiti ya atomiki 2p z C i (i = 1, 2, 3, 4). Obiti 1 ina nodal moja ya ndege (xy), 2-orbital ina ndege ya ziada. nodal ndege perpendicular kwa ndege hii na kupita kati
m nambari za quantum.Kitendaji cha mawimbi kinakokotolewa kwa kutumia mlingano wa wimbi la Schrödinger ndani ya mfumo wa ukadiriaji wa elektroni moja (njia ya Hartree-Fock) kama utendaji wa mawimbi ya elektroni iliyoko kwenye uwanja unaojitegemea ulioundwa na kiini cha atomiki pamoja na elektroni zingine zote za chembe.
E. Schrödinger mwenyewe alizingatia elektroni katika atomi kama wingu lenye chaji hasi, ambayo msongamano wake ni sawia na mraba wa thamani ya utendaji kazi wa wimbi kwenye sehemu inayolingana ya atomi. Katika fomu hii, dhana ya wingu ya elektroni pia ilikubaliwa katika kemia ya kinadharia.
Walakini, wanafizikia wengi hawakushiriki imani ya E. Schrödinger - hakukuwa na ushahidi wa uwepo wa elektroni kama "wingu lenye chaji hasi". Max Born alithibitisha tafsiri ya uwezekano wa mraba wa chaguo za kukokotoa za wimbi. Mnamo 1950, E. Schrödinger, katika makala “Chembe ya msingi ni nini?” Nimelazimika kukubaliana na hoja za M. Born, ambaye alitunukiwa Tuzo ya Nobel ya Fizikia mwaka wa 1954 kwa maneno “Kwa ajili ya utafiti wa kimsingi katika uwanja wa quantum mechanics, hasa kwa tafsiri ya takwimu ya utendaji wa wimbi.”
Nambari za quantum na nomenclature ya obiti
Usambazaji wa msongamano wa radial kwa obiti za atomiki kwa tofauti n Na l.
- Nambari kuu ya quantum n inaweza kuchukua thamani yoyote kamili, kuanzia moja ( n= 1,2,3, … ∞) na huamua jumla ya nishati ya elektroni katika obiti fulani (kiwango cha nishati):
- Nambari ya quantum ya orbital (pia inaitwa azimuthal au nambari ya ziada ya quantum) huamua kasi ya angular ya elektroni na inaweza kuchukua maadili kamili kutoka 0 hadi n - 1 (l = 0,1, …, n- 1). Kasi ya angular inatolewa na uhusiano
Majina ya herufi kwa obiti za atomiki hutoka kwa maelezo ya mistari ya spectral katika mwonekano wa atomiki: s (mkali) - mfululizo mkali katika spectra ya atomiki, uk (mkuu) - nyumbani, d (kueneza) - kuenea, f (msingi) - msingi.
- Nambari ya quantum ya magnetic m l huamua makadirio ya kasi ya angular ya obiti kwenye mwelekeo wa uwanja wa sumaku na inaweza kuchukua maadili kamili katika safu kutoka - l kabla l, pamoja na 0 ( m l = -l … 0 … l):
Katika fasihi, obiti huonyeshwa na mchanganyiko wa nambari za quantum, na nambari kuu ya quantum inayoonyeshwa na nambari, nambari ya obiti ya quantum kwa herufi inayolingana (tazama jedwali hapa chini) na nambari ya sumaku kwa usemi mdogo unaoonyesha makadirio ya obiti kwenye shoka za Cartesian x, y, z, Kwa mfano 2p x, 3d xy, 4f z(x²-y²). Kwa obiti za ganda la elektroni la nje, ambayo ni, katika kesi ya kuelezea elektroni za valence, nambari kuu ya quantum katika nukuu ya obiti kawaida huachwa.
Uwakilishi wa kijiometri
Uwakilishi wa kijiometri wa obiti ya atomiki ni eneo la nafasi iliyofungwa na uso wa wiani sawa (uso wa usawa) wa uwezekano au malipo. Uzani wa uwezekano kwenye uso wa mpaka huchaguliwa kulingana na shida inayotatuliwa, lakini, kwa kawaida, kwa njia ambayo uwezekano wa kupata elektroni katika eneo mdogo iko katika anuwai ya maadili 0.9-0.99.
Kwa kuwa nishati ya elektroni imedhamiriwa na mwingiliano wa Coulomb na, kwa hivyo, umbali kutoka kwa kiini, nambari kuu ya quantum. n huweka ukubwa wa orbital.
Sura na ulinganifu wa obiti imedhamiriwa na nambari za obiti za quantum l Na m: s-obiti zina ulinganifu wa duara; uk, d Na f-orbitals ina sura ngumu zaidi, imedhamiriwa na sehemu za angular za kazi ya wimbi - kazi za angular. Vitendaji vya angular Y lm (φ, θ) - utendakazi eigen wa opereta wa kasi ya angular ya mraba L², kulingana na nambari za quantum l Na m(tazama vitendaji vya Duara), ni changamano na huelezea katika viwianishi vya duara (φ, θ) utegemezi wa angular wa uwezekano wa kupata elektroni katika uwanja wa kati wa atomi. Mchanganyiko wa mstari wa kazi hizi huamua nafasi ya obiti kuhusiana na shoka za kuratibu za Cartesian.
Kwa mchanganyiko wa mstari Y lm nukuu zifuatazo zinakubaliwa:
| Thamani ya nambari ya quantum ya orbital | 0 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Thamani ya nambari ya quantum ya sumaku | 0 | 0 | 0 | ||||||
| Mchanganyiko wa mstari | |||||||||
| Uteuzi |
Sababu ya ziada wakati mwingine huzingatiwa katika uwakilishi wa kijiometri ni ishara ya kazi ya wimbi (awamu). Sababu hii ni muhimu kwa obiti zilizo na nambari ya obiti ya quantum l, tofauti na sifuri, yaani, kutokuwa na ulinganifu wa spherical: ishara ya kazi ya wimbi la "petals" lao lililolala pande tofauti za ndege ya nodal ni kinyume. Ishara ya utendaji wa wimbi huzingatiwa katika njia ya obiti ya molekuli MO LCAO (obiti za molekuli kama mchanganyiko wa mstari wa obiti za atomiki). Leo, sayansi inajua milinganyo ya hisabati ambayo inaelezea takwimu za kijiometri zinazowakilisha obiti (kulingana na kuratibu za elektroni dhidi ya wakati). Hizi ni milinganyo ya oscillations ya harmonic ambayo huonyesha mzunguko wa chembe juu ya digrii zote zinazopatikana za uhuru - mzunguko wa obiti, spin,... Mchanganyiko wa obiti huwakilishwa kama kuingiliwa kwa oscillations.
Kujaza obiti na elektroni na usanidi wa elektroniki wa atomi
Kila orbital inaweza kuwa na si zaidi ya elektroni mbili, tofauti katika thamani ya nambari ya spin quantum. s(nyuma). Marufuku haya yanaamuliwa na kanuni ya Pauli. Utaratibu wa kujaza obiti za kiwango sawa na elektroni (obiti zilizo na thamani sawa ya nambari kuu ya quantum n) imedhamiriwa na sheria ya Klechkovsky, mpangilio ambao elektroni hujaza obiti ndani ya kiwango kimoja (obiti zilizo na maadili sawa ya nambari kuu ya quantum). n na nambari ya quantum ya orbital l) imedhamiriwa na Sheria ya Hund.
Rekodi fupi ya usambazaji wa elektroni kwenye atomi juu ya ganda tofauti za elektroni za atomi, kwa kuzingatia nambari zao kuu na za obiti za quantum. n Na l kuitwa