Kimya və fizikada atom orbitalları molekulda olduğu kimi atom nüvəsinin və ya nüvələr sisteminin yaxınlığında ikidən çox olmayan elektronun xarakterik xüsusiyyətlərini təsvir edən dalğa funksiyası adlanan funksiyadır. Orbital tez-tez üçölçülü bölgə kimi təsvir edilir, burada elektron tapmaq şansı 95 faizdir.
Orbitallar və orbitlər
Bir planet Günəş ətrafında hərəkət edərkən, orbit adlanan bir yol izləyir. Eynilə, bir atom nüvə ətrafında orbitlərdə dövr edən elektronlar kimi təmsil oluna bilər. Əslində, hər şey fərqlidir və elektronlar atom orbitalları kimi tanınan kosmos bölgələrindədir. Kimya Schrödinger dalğa tənliyini hesablamaq və müvafiq olaraq elektronun mümkün vəziyyətlərini müəyyən etmək üçün atomun sadələşdirilmiş modeli ilə kifayətlənir.
Orbitlər və orbitallar oxşar səslənir, lakin onların tamamilə fərqli mənaları var. Onların arasındakı fərqi başa düşmək son dərəcə vacibdir.
Orbitləri göstərmək mümkün deyil
Bir şeyin trayektoriyasını çəkmək üçün obyektin harada olduğunu dəqiq bilməlisinizyerləşir və bir anda harada olacağını müəyyən edə bilər. Bir elektron üçün bu mümkün deyil.
Heyzenberq qeyri-müəyyənlik prinsipinə görə, zərrəciyin hazırda harada olduğunu və daha sonra harada olacağını dəqiq bilmək mümkün deyil. (Əslində prinsip deyir ki, onun təcil və impulsunu eyni vaxtda və mütləq dəqiqliklə müəyyən etmək mümkün deyil).
Buna görə də elektronun nüvə ətrafında orbitini qurmaq mümkün deyil. Bu böyük problemdir? Yox. Əgər bir şey mümkün deyilsə, o, qəbul edilməli və ondan çıxış yolları tapılmalıdır.
Hidrogen elektronu – 1s-orbital
Fərz edək ki, bir hidrogen atomu var və müəyyən zaman nöqtəsində bir elektronun mövqeyi qrafik olaraq çap olunub. Qısa müddətdən sonra prosedur təkrarlanır və müşahidəçi hissəciyin yeni mövqedə olduğunu tapır. Onun birinci yerdən ikinci yerə necə keçdiyi məlum deyil.
Bu şəkildə davam etsəniz, yavaş-yavaş hissəciyin ola biləcəyi yerin bir növ 3D xəritəsini formalaşdıracaqsınız.
Hidrogen atomu vəziyyətində elektron nüvəni əhatə edən sferik məkanın istənilən yerində ola bilər. Diaqram bu sferik məkanın kəsiyini göstərir.
95% zaman (yaxud hər hansı digər faiz, çünki yalnız kainatın ölçüsü yüz faiz əminliyi təmin edə bilər) elektron kosmosun kifayət qədər asanlıqla müəyyən edilmiş bölgəsində, nüvəyə kifayət qədər yaxın olacaq. Belə bir bölgəyə orbital deyilir. Atom orbitallarıdırelektronun mövcud olduğu fəza bölgələri.
Onun orda ne işi var? Bilmirik, bilməyəcəyik və buna görə də bu problemi sadəcə olaraq görməzlikdən gəlirik! Yalnız onu deyə bilərik ki, əgər elektron müəyyən bir orbitaldadırsa, o zaman müəyyən enerjiyə malik olacaqdır.
Hər orbitalın adı var.
Hidrogen elektronunun tutduğu fəza 1s-orbital adlanır. Buradakı vahid hissəciyin nüvəyə ən yaxın enerji səviyyəsində olması deməkdir. S orbitin formasından bəhs edir. S-orbitalları nüvə ətrafında sferik simmetrikdir - ən azı mərkəzində nüvəsi olan kifayət qədər sıx materialdan ibarət içi boş top kimi.
2s
Növbəti orbital 2 saniyədir. Bu, 1-lərə bənzəyir, istisna olmaqla, elektronun ən çox ehtimal olunan yeri nüvədən daha uzaqdır. Bu, ikinci enerji səviyyəsinin orbitidir.
Diqqətlə baxsanız, nüvəyə yaxın yerdə bir qədər yüksək elektron sıxlığına malik başqa bir bölgənin olduğunu görəcəksiniz (“sıxlıq” bu hissəciyin müəyyən yerdə olması ehtimalını ifadə etməyin başqa bir yoludur).
2s elektronlar (və 3s, 4s və s.) vaxtlarının bir hissəsini atomun mərkəzinə gözlənildiyindən çox daha yaxın keçirirlər. Bunun nəticəsi s-orbitallarda onların enerjisinin bir qədər azalmasıdır. Elektronlar nüvəyə nə qədər yaxınlaşsalar, enerjiləri bir o qədər aşağı olur.
3s-, 4s-orbitallar (və s.) atomun mərkəzindən uzaqlaşır.
P-orbitallar
Bütün elektronlar s orbitallarında yaşamırlar (əslində onların çox az hissəsi yaşayır). Birinci enerji səviyyəsində onlar üçün yeganə mövcud məkan 1s, ikincisində 2s və 2p əlavə edilir.
Bu tip orbitallar daha çox özəkdə bir-birinə bağlı olan 2 eyni şara bənzəyir. Diaqram kosmosun 3 ölçülü bölgəsinin kəsiyini göstərir. Yenə də orbital yalnız bir elektron tapmaq şansının 95 faiz olduğu sahəni göstərir.
Əgər orbitin bir hissəsi müstəvidən yuxarı, digər hissəsi isə aşağıda olacaq şəkildə nüvədən keçən üfüqi müstəvi təsəvvür etsək, bu müstəvidə elektron tapma ehtimalı sıfıra bərabərdir.. Bəs bir hissəcik nüvənin müstəvisindən heç vaxt keçə bilmirsə, bir hissədən digərinə necə keçə bilər? Bu, dalğa xarakteri ilə bağlıdır.
S-dən fərqli olaraq, p-orbital müəyyən istiqamətə malikdir.
İstənilən enerji səviyyəsində bir-birinə düz bucaq altında yerləşən üç tamamilə ekvivalent p-orbitalınız ola bilər. Onlar özbaşına olaraq px, py və pz simvolları ilə işarələnirlər. Bu, rahatlıq üçün qəbul edilir - atom kosmosda təsadüfi hərəkət etdiyi üçün X, Y və ya Z istiqamətləri ilə nəzərdə tutulan şey daim dəyişir.
İkinci enerji səviyyəsində
P-orbitalları 2px, 2py və 2pz adlanır.. Sonrakı orbitlərdə də oxşar orbitallar var - 3px, 3py, 3pz, 4px, 4py,4pz və s.
Birincidən başqa bütün səviyyələrdə p-orbitallar var. Daha yüksək səviyyələrdə "ləçəklər" daha çox uzanır və elektronun nüvədən daha böyük məsafədə yerləşməsi ehtimalı yüksəkdir.
d- və f-orbitalları
s və p orbitallarına əlavə olaraq daha yüksək enerji səviyyələrində elektronlar üçün mövcud olan iki orbital dəsti var. Üçüncüdə, beş d-orbitalı (mürəkkəb formaları və adları ilə), həmçinin 3s- və 3p-orbitalları (3px, 3py ola bilər., 3pz). Burada cəmi 9 var.
Dördüncüsü, 4s, 4p və 4d ilə birlikdə 7 əlavə f-orbital görünür - cəmi 16, həmçinin bütün yüksək enerji səviyyələrində mövcuddur.
Elektronların orbitallarda yerləşdirilməsi
Atom, birinci mərtəbədə yaşayan nüvəsi və elektronların tutduğu yuxarı mərtəbələrdə müxtəlif otaqları olan çox dəbdəbəli bir ev (ters çevrilmiş piramida kimi) kimi düşünülə bilər:
- birinci mərtəbədə cəmi 1 otaq var (1s);
- ikinci otaqda artıq 4 (2s, 2px, 2py və 2pz);
- üçüncü mərtəbədə 9 otaq (bir 3s, üç 3p və beş 3d orbital) və s. var.
Ancaq otaqlar çox böyük deyil. Onların hər biri yalnız 2 elektron saxlaya bilir.
Bu hissəciklərin daxil olduqları atom orbitlərini göstərməyin əlverişli yolu "kvant hüceyrələri" çəkməkdir.
Kvant hüceyrələri
NüvəOrbitallar oxlarla göstərilən elektronların olduğu kvadratlar şəklində göstərilə bilər. Çox vaxt yuxarı və aşağı oxlar bu hissəciklərin fərqli olduğunu göstərmək üçün istifadə olunur.
Atomda müxtəlif elektronlara ehtiyac kvant nəzəriyyəsinin nəticəsidir. Əgər onlar müxtəlif orbitlərdədirlərsə, yaxşıdır, amma eyni orbitdədirlərsə, deməli, aralarında incə bir fərq olmalıdır. Kvant nəzəriyyəsi hissəciklərə "spin" adlı xassə bəxş edir, bu da oxların istiqamətinə istinad edir.
İki elektronlu
1s orbitalı yuxarı və aşağı istiqamətlənmiş iki oxu olan kvadrat kimi göstərilib, lakin o, 1s2 kimi də daha sürətli yazıla bilər. Burada "bir s kvadrat" deyil, "bir s iki" yazılır. Bu qeydlərdəki rəqəmləri qarışdırmaq olmaz. Birincisi enerji səviyyəsi, ikincisi isə hər orbitaldakı hissəciklərin sayıdır.
Hibridləşmə
Kimyada hibridləşmə atom orbitallarının kimyəvi bağlar yaratmaq üçün elektronları qoşalaşdıra bilən yeni hibrid orbitallara qarışdırılması anlayışıdır. Sp hibridləşməsi alkinlər kimi birləşmələrin kimyəvi bağlarını izah edir. Bu modeldə 2s və 2p karbon atom orbitalları qarışaraq iki sp orbital əmələ gətirir. Asetilen C2H2 σ-bağının və iki əlavə π-bağının əmələ gəlməsi ilə iki karbon atomunun sp-sp dolaşmasından ibarətdir.
Doymuş karbohidrogenlərdə karbonun atom orbitalları vareyni hibrid sp3 - bir hissəsi digərindən xeyli böyük olan dumbbell kimi formalı orbitallar.
Sp2-hibridləşmə əvvəlkilərə bənzəyir və bir s və iki p-orbitalının qarışdırılması ilə əmələ gəlir. Məsələn, etilen molekulunda üç sp2- və bir p-orbital əmələ gəlir.
Atom orbitalları: doldurma prinsipi
Kimyəvi elementlərin dövri cədvəlində bir atomdan digərinə keçidləri təsəvvür edərək, növbəti mövcud orbitə əlavə hissəcik yerləşdirməklə növbəti atomun elektron quruluşunu qurmaq olar.
Elektronlar, daha yüksək enerji səviyyələrini doldurmazdan əvvəl, nüvəyə daha yaxın olan aşağı səviyyələri tutur. Seçim olan yerdə orbitalları ayrı-ayrılıqda doldururlar.
Bu doldurma sırası Hund qaydası kimi tanınır. Bu, yalnız atom orbitalları bərabər enerjiyə malik olduqda tətbiq edilir və həmçinin elektronlar arasında itələməni minimuma endirərək atomu daha sabit hala gətirir.
Qeyd edək ki, s-orbital həmişə eyni enerji səviyyəsində p orbitalından bir qədər az enerjiyə malikdir, ona görə də birincisi həmişə ikincidən əvvəl doldurulur.
Əslində qəribə olan 3d orbitalların mövqeyidir. Onlar 4s-dən daha yüksək səviyyədədirlər və buna görə də əvvəlcə 4s orbitalları, sonra isə bütün 3D və 4p orbitalları doldurulur.
Eyni çaşqınlıq daha yüksək səviyyələrdə baş verir, aralarında daha çox toxunuş var. Buna görə də, məsələn, 4f atom orbitalları üzərindəki bütün yerlərə qədər doldurulmur6s.
Doldurma sırasını bilmək elektron strukturları necə təsvir etməyi başa düşmək üçün əsasdır.
