ВЫРОЖДЕНИЕ ОРБИТАЛЕЙ

вырожденные орбитали это все те, кто находится на одном уровне энергии. Согласно этому определению они должны иметь одинаковое основное квантовое число N. Таким образом, 2s и 2p-орбитали являются вырожденными, так как они принадлежат энергетическому уровню 2. Однако известно, что их функции угловых и радиальных волн различны.

Как значения N, электроны начинают занимать другие подуровни энергии, такие как орбитали d и f. Каждая из этих орбиталей имеет свои особенности, которые на первый взгляд наблюдаются в их угловых формах; это сферические (s), гантельные (p), трилистники (d) и шаровидные (f) фигуры.

Среди них есть разность энергий, даже принадлежащих к одному уровню N.

Вырожденные орбитали изолированного атома

Вырожденные орбитали с одинаковым значением N, они находятся на одной линии в энергетической схеме. По этой причине три красные полосы, которые символизируют p-орбитали, расположены на одной линии; как фиолетовые и желтые полосы делают.

Схема изображения нарушает правило Хунда: орбитали с более высокой энергией заполнены электронами без предварительного спаривания их с орбитали с более низкой энергией. Когда электроны соединяются, орбиталь теряет энергию и оказывает большее электростатическое отталкивание на неспаренные электроны других орбиталей.

Однако такие эффекты не учитываются на многих энергетических диаграммах. Если так, и подчиняясь правилу Хунда, не заполняя полностью d-орбитали, можно было бы видеть, что они перестают вырождаться.

Как указано выше, каждая орбита имеет свои особенности. Изолированный атом с его электронной конфигурацией имеет электроны, расположенные в точном количестве орбиталей, которые позволяют им размещаться. Только те, кто равен по энергии, могут считаться вырожденными.

Орбитали р

Три красные полосы для вырожденных p-орбиталей на изображении показывают, что обах, ри и рZ У них одинаковая энергия. В каждом есть неспаренный электрон, описываемый четырьмя квантовыми числами (N, L, мл и более), в то время как первые три описывают орбитали.

Единственная разница между ними обозначается магнитным моментом мл, который рисует траекторию рх по оси х, ри на оси у, и рZ на оси Z. Все три равны, но отличаются только своей пространственной ориентацией. По этой причине они всегда выровнены по энергии, то есть вырождены.

Поскольку они одинаковы, атом изолирован от азота (с конфигурацией 1с)22s22р3) должен поддерживать вырожденные три его орбитали с. Однако энергетический сценарий резко меняется, если учесть атом N в молекуле или химическом соединении.

Почему? Потому что хотя рх, ри и рZ они равны по энергии, это может варьироваться в каждом из них, если они имеют разные химические среды; то есть если они связаны с разными атомами.

Г орбитали

Есть пять фиолетовых полос, которые обозначают d-орбитали. В изолированном атоме, даже если они имеют спаренные электроны, эти пять орбиталей считаются вырожденными. Однако, в отличие от p-орбиталей, на этот раз существует заметная разница в их угловых формах.

Следовательно, их электроны движутся в пространстве, изменяясь от одной орбиты d к другой. Это вызывает, согласно теория кристаллического поля, что минимальное нарушение вызывает разделение энергии орбиталей; то есть пять фиолетовых полос отделяются, оставляя энергетический разрыв между ними:

Какие орбитали выше, а какие ниже? Те, что наверху, обозначены как иг, и те, что ниже T2g. Обратите внимание, как изначально все фиолетовые полосы были выровнены, а теперь сформировался набор из двух орбиталей. иг больше энергии, чем другой набор из трех орбиталей T2g.

Эта теория позволяет объяснить d-d-переходы, которым приписывают многие цвета, наблюдаемые в соединениях переходных металлов (Cr, Mn, Fe и т. Д.). И почему это электронное нарушение? К координационным взаимодействиям металлического центра с другими молекулами лиганды.

F-орбиталей

А с орбитали, они чувствуют желтые полосы, ситуация становится еще сложнее. Их пространственные направления сильно различаются между собой, и визуализация их связей становится слишком сложной.

Фактически, f-орбитали считаются настолько внутренними, что они не «заметно участвуют» в образовании связей.

Когда изолированный атом с f-орбиталями окружен другими атомами, начинается взаимодействие и разворачивается (потеря вырождения):

Обратите внимание, что теперь желтые полосы образуют три набора: T1g, T2g и в1g, и которые больше не вырождены.

Вырожденные гибридные орбитали

Было видно, что орбитали могут разворачиваться и терять вырождение. Однако, хотя это объясняет электронные переходы, оно бледнеет при разъяснении того, как и почему существуют разные молекулярные геометрии. Это где гибридные орбитали входят.

Каковы его основные характеристики? Что они вырожденные. Таким образом, они возникают из смеси символов орбиталей s, p, d и f, чтобы создать вырожденные гибриды.

Например, три p-орбитали смешиваются с одной s, чтобы получить четыре sp-орбитали3. Все sp орбитали3 они вырождены и поэтому имеют одинаковую энергию.

Если дополнительно две d-орбитали смешаны с четырьмя sp3, вы получите шесть sp орбиталей3d2.

И как они объясняют молекулярные геометрии? Поскольку их шесть, и они имеют одинаковую энергию, они должны быть ориентированы симметрично в пространстве, чтобы создать одинаковую химическую среду (например, в соединении MF).6).

Когда они это делают, образуется октаэдр координации, который равен октаэдрической геометрии вокруг центра (M).

Однако геометрии имеют тенденцию иметь искажения, что означает, что даже гибридные орбитали не являются полностью вырожденными. Поэтому, в качестве вывода, вырожденные орбитали существуют только в изолированных атомах или сильно симметричных средах.

Ссылки

Ключевое различие между гибридными и вырожденными орбиталями заключается в том, что гибридные орбитали являются новыми орбиталями, которые образуются в результате смешения двух или более орбиталей, тогда как вырожденные орбитали изначально существуют в атоме.

Как следует из названия, гибридная орбиталь представляет собой гибрид двух или более орбиталей. Хотя название вырожденная орбиталь кажется одинаковым, они не являются вновь образованными орбитали — они уже существуют в атоме. Более того, все гибридные орбитали в молекуле имеют одинаковую энергию, в то время как вырожденные орбитали в атоме имеют одинаковую энергию.

1. Обзор и основные отличия 2. Что такое гибридные орбитали 3. Что такое вырожденные орбитали 4. Сравнение бок о бок — гибридные и вырожденные орбитали в табличной форме 5. Резюме

Что такое гибридные орбитали?

Гибридные орбитали — это орбитали, образованные комбинацией двух или более атомных орбиталей. Мы называем это комбинированным процессом гибридизации. До образования этих орбиталей атомные орбитали могут иметь разные энергии, но после образования все орбитали имеют одинаковую энергию. Например, s-атомная орбиталь и ap-атомная орбиталь могут объединяться, образуя две sp-орбитали. Атомные атомы s и p имеют разные энергии (энергия s <энергия p). Но гибридизация приводит к образованию двух sp-орбиталей, имеющих одинаковую энергию; эта энергия лежит между энергиями отдельных s и p атомных орбитальных энергий. Кроме того, эта sp-гибридная орбита имеет 50% -ные орбитальные характеристики и 50% -ные орбитальные характеристики.

Идея гибридизации впервые появилась в дискуссии, потому что ученые заметили, что теория валентных связей не может правильно предсказать структуру некоторых молекул, таких как CH4. Хотя атом углерода имеет только два неспаренных электрона в соответствии с его электронной конфигурацией, он может образовывать четыре ковалентные связи. Чтобы сформировать четыре связи, должно быть четыре неспаренных электрона. Единственный способ объяснить это явление — думать, что s и p-орбитали атома углерода сливаются друг с другом, образуя новые орбитали, называемые гибридными, которые имеют одинаковую энергию. Здесь один s + три p дает 4 sp3 орбитали. Следовательно, электроны заполняют эти гибридные орбитали равномерно (один электрон на гибридную орбиту), подчиняясь правилу Хунда. Тогда есть четыре электрона для образования четырех ковалентных связей с четырьмя атомами водорода.

Что такое вырожденные орбитали?

Дегиграционные орбитали — это атомные орбитали, имеющие одинаковую энергию Например, в p-орбитальной подоболочке есть три атомные орбитали, которые отличаются друг от друга в зависимости от пространственного расположения. Хотя энергия этих трех p-орбиталей одинакова, они расположены по-разному; поэтому мы называем их вырожденными орбиталями.

Однако при наличии внешнего магнитного поля мы можем устранить вырождение. Это происходит потому, что вырожденные орбитали имеют тенденцию получать разные энергии в присутствии этого внешнего магнитного поля, и они больше не являются вырожденными орбитали. Кроме того, пять d-орбиталей в d-оболочке также являются вырожденными, потому что они имеют одинаковую энергию.

В чем разница между гибридными и вырожденными орбиталями?

Ключевое различие между гибридными и вырожденными орбиталями состоит в том, что гибридные орбитали являются новыми орбиталями, образованными смешением двух или более орбиталей, тогда как вырожденные орбитали являются орбиталями, которые изначально существуют в атоме. Кроме того, гибридные орбитали являются молекулярными, а вырожденные — атомными. Кроме того, гибридные орбитали представляют собой молекулярные орбитали, имеющие одинаковую энергию, тогда как вырожденные орбитали представляют собой атомные орбитали, имеющие одинаковую энергию. Например, орбитали sp, sp2 и sp3 являются гибридными, а три p-орбитали в p подоболочки.

Резюме — Гибрид против вырожденных орбиталей

Гибридные орбитали являются молекулярными, а вырожденные — атомными. Ключевое различие между гибридными и вырожденными орбиталями заключается в том, что гибридные орбитали образуются путем смешивания двух или более орбиталей, тогда как вырожденные орбитали изначально существуют в атоме.

Ссылка

1. Хельменстин, Энн Мари. « Гибридное определение орбиты». ThoughtCo, 22 июня 2018 г., доступно здесь.

Изображение предоставлено

1. « Sp-гибридизация». Tem5psu — собственная работа (CC BY-SA 3.0) через Commons Wikimedia. 2. « Px py pz orbitals». Фонд CK-12 — Файл: High School Chemistry.pdf, стр. 268 (CC BY-SA 3.0) через Commons Wikimedia