Orbital ada terlepas dari apakah elektron ada di atasnya (orbital terisi) atau tidak ada (orbital kosong). Atom setiap unsur, dimulai dengan hidrogen dan diakhiri dengan unsur terakhir yang diperoleh hingga saat ini, memiliki satu set lengkap semua orbital pada semua tingkat elektronik. Pengisiannya dengan elektron terjadi ketika nomor seri, yaitu muatan nukleus, meningkat.
s- Orbital, seperti yang ditunjukkan di atas, memiliki bentuk bola dan, oleh karena itu, kerapatan elektron yang sama dalam arah setiap sumbu koordinat tiga dimensi:
Tingkat elektronik pertama setiap atom hanya mengandung satu s- orbit. Mulai dari level elektronik kedua, selain s- orbital juga muncul tiga R-orbital. Mereka memiliki bentuk delapan yang tebal, seperti inilah area lokasi yang paling mungkin terlihat R-elektron di daerah inti atom. Setiap R-orbital terletak di sepanjang salah satu dari tiga sumbu yang saling tegak lurus, sesuai dengan judul ini R-orbital menunjukkan, menggunakan indeks yang sesuai, sumbu di mana kerapatan elektron maksimumnya berada:
Dalam kimia modern, orbital adalah konsep yang menentukan yang memungkinkan seseorang untuk mempertimbangkan proses pembentukan ikatan kimia dan menganalisis sifat-sifatnya, sementara perhatian difokuskan pada orbital elektron yang berpartisipasi dalam pembentukan ikatan kimia, yaitu valensi. elektron, biasanya ini adalah elektron tingkat terakhir.
Atom karbon dalam keadaan awalnya pada tingkat elektronik kedua (terakhir) memiliki dua elektron per s-orbital (ditandai dengan warna biru) dan satu elektron per dua R-orbital (ditandai dengan warna merah dan kuning), orbital ketiga - pz-kosong:
Hibridisasi.
Dalam kasus ketika atom karbon terlibat dalam pembentukan senyawa jenuh (tidak mengandung ikatan rangkap), satu s- orbital dan tiga R-orbital bergabung untuk membentuk orbital baru yang merupakan hibrida dari orbital asli (proses yang disebut hibridisasi). Jumlah orbital hibrid selalu sama dengan jumlah orbital asli, dalam hal ini, empat. Orbital hibrida yang dihasilkan memiliki bentuk yang identik dan secara lahiriah menyerupai delapan volume asimetris:
Seluruh struktur tampak seolah-olah tertulis dalam tetrahedron biasa - prisma yang dirakit dari segitiga biasa. Dalam hal ini, orbital hibrida terletak di sepanjang sumbu tetrahedron seperti itu, sudut antara dua sumbu adalah 109°. Empat elektron valensi karbon terletak di orbital hibrid ini:
Partisipasi orbital dalam pembentukan ikatan kimia sederhana.
Sifat-sifat elektron yang terletak di empat orbital identik adalah setara, masing-masing, ikatan kimia yang terbentuk dengan partisipasi elektron ini ketika berinteraksi dengan atom dari jenis yang sama akan setara.
Interaksi atom karbon dengan empat atom hidrogen disertai dengan saling tumpang tindih orbital karbon hibrida memanjang dengan orbital hidrogen bulat. Ada satu elektron di setiap orbital, sebagai akibat dari tumpang tindih, setiap pasangan elektron mulai bergerak di sepanjang orbital molekul gabungan.
Hibridisasi hanya mengarah pada perubahan bentuk orbital dalam satu atom, dan tumpang tindih orbital dua atom (hibrida atau biasa) mengarah pada pembentukan ikatan kimia di antara mereka. Pada kasus ini ( cm. gambar di bawah) kerapatan elektron maksimum terletak di sepanjang garis yang menghubungkan dua atom. Ikatan seperti itu disebut ikatan-s.
Dalam ejaan tradisional struktur metana yang dihasilkan, simbol batang valensi digunakan sebagai pengganti orbital yang tumpang tindih. Untuk gambar tiga dimensi struktur, valensi yang diarahkan dari bidang gambar ke pemirsa ditampilkan sebagai garis padat berbentuk baji, dan valensi yang melampaui bidang gambar ditunjukkan sebagai baji putus-putus. berbentuk garis:
Dengan demikian, struktur molekul metana ditentukan oleh geometri orbital hibrid karbon:
Pembentukan molekul etana mirip dengan proses yang ditunjukkan di atas, perbedaannya adalah ketika orbital hibrida dari dua atom karbon tumpang tindih, ikatan C-C terbentuk:
Geometri molekul etana menyerupai metana, sudut ikatannya adalah 109°, yang ditentukan oleh pengaturan spasial orbital hibrid karbon:
Partisipasi orbital dalam pembentukan beberapa ikatan kimia.
Molekul etilen juga terbentuk dengan partisipasi orbital hibrid, namun, satu s-orbital dan hanya dua R-orbital ( p x dan RU), orbital ketiga adalah pz, diarahkan sepanjang sumbu z, tidak berpartisipasi dalam pembentukan hibrida. Dari tiga orbital awal, tiga orbital hibrida muncul, yang terletak di bidang yang sama, membentuk bintang tiga sinar, sudut antara sumbu adalah 120 °:
Dua atom karbon menempel empat atom hidrogen, dan juga terhubung satu sama lain, membentuk ikatan C-C s:
dua orbital pz, yang tidak berpartisipasi dalam hibridisasi, saling tumpang tindih, geometrinya sedemikian rupa sehingga tumpang tindih tidak terjadi di sepanjang garis ikatan C-C, tetapi di atas dan di bawahnya. Akibatnya, dua daerah dengan kerapatan elektron meningkat, di mana dua elektron (ditandai dengan warna biru dan merah) ditempatkan, berpartisipasi dalam pembentukan ikatan ini. Dengan demikian, satu orbital molekul terbentuk, yang terdiri dari dua wilayah yang dipisahkan dalam ruang. Ikatan di mana kerapatan elektron maksimum terletak di luar garis yang menghubungkan dua atom disebut ikatan-p:
Garis valensi kedua dalam penunjukan ikatan rangkap, yang telah banyak digunakan untuk menggambarkan senyawa tak jenuh selama lebih dari satu abad, dalam pengertian modern menyiratkan adanya dua daerah dengan peningkatan kerapatan elektron yang terletak di sisi berlawanan dari garis ikatan C-C. .
Struktur molekul etilen diberikan oleh geometri orbital hibrid, sudut ikatan H-C-H adalah 120°:
Dalam pembentukan asetilena, satu s-orbital dan satu p x-orbital (orbital py dan pz, tidak terlibat dalam pembentukan hibrida). Dua orbital hibrida yang dihasilkan terletak pada garis yang sama, sepanjang sumbu X:
Saling tumpang tindih orbital hibrid satu sama lain dan dengan orbital atom hidrogen mengarah pada pembentukan ikatan-s C-C dan C-H, digambarkan menggunakan garis valensi sederhana:
Dua pasang orbital yang tersisa py dan pz tumpang tindih. Pada gambar di bawah, panah berwarna menunjukkan bahwa, dari pertimbangan spasial murni, kemungkinan besar tumpang tindih orbital dengan indeks yang sama x-x dan wow. Akibatnya, dua ikatan-p terbentuk, mengelilingi ikatan-s sederhana C-C:
Akibatnya, molekul asetilena memiliki bentuk berbentuk batang:
Dalam benzena, tulang punggung molekul dirakit dari atom karbon yang memiliki orbital hibrid yang terdiri dari satu s- dan dua R orbital yang tersusun dalam bentuk bintang tiga sinar (seperti etilena), R-orbital yang tidak terlibat dalam hibridisasi ditampilkan sebagai tembus cahaya:
Kekosongan, yaitu orbital yang tidak mengandung elektron (), juga dapat berpartisipasi dalam pembentukan ikatan kimia.
orbital tingkat tinggi.
Mulai dari tingkat elektronik keempat, atom memiliki lima d-orbital, pengisiannya dengan elektron terjadi pada elemen transisi, dimulai dengan skandium. Empat d-orbital memiliki bentuk quatrefoils tebal, kadang-kadang disebut "daun semanggi", mereka hanya berbeda dalam orientasi di ruang angkasa, yang kelima d-orbital adalah sosok tiga dimensi delapan berulir menjadi sebuah cincin:
d Orbital dapat membentuk hibrida dengan s- dan p- orbital. Pilihan d-orbital biasanya digunakan dalam analisis struktur dan sifat spektral dalam kompleks logam transisi.
Mulai dari tingkat elektronik keenam, atom memiliki tujuh f-orbital, pengisiannya dengan elektron terjadi pada atom lantanida dan aktinida. f-Orbital memiliki konfigurasi yang agak kompleks, gambar di bawah menunjukkan bentuk tiga dari tujuh orbital tersebut, yang memiliki bentuk yang sama dan berorientasi dalam ruang dengan cara yang berbeda:
f-Orbital sangat jarang digunakan ketika membahas sifat-sifat berbagai senyawa, karena elektron yang terletak di atasnya praktis tidak mengambil bagian dalam transformasi kimia.
Perspektif.
Level elektronik kedelapan berisi sembilan g-orbital. Unsur-unsur yang mengandung elektron dalam orbital ini akan muncul pada periode kedelapan, sementara mereka tidak tersedia (elemen No. 118, elemen terakhir dari periode ketujuh Sistem Periodik, diharapkan akan diperoleh dalam waktu dekat, sintesisnya dilakukan di Institut Bersama untuk Penelitian Nuklir di Dubna).
Formulir g-orbital, dihitung dengan metode kimia kuantum, bahkan lebih kompleks daripada f-orbital, wilayah lokasi elektron yang paling mungkin dalam hal ini terlihat sangat aneh. Di bawah ini adalah penampilan salah satu dari sembilan orbital tersebut:
Dalam kimia modern, konsep orbital atom dan molekul banyak digunakan dalam menggambarkan struktur dan sifat reaksi senyawa, serta dalam menganalisis spektrum berbagai molekul, dan dalam beberapa kasus, untuk memprediksi kemungkinan reaksi.
Mikhail Levitsky
orbital atom- fungsi gelombang satu elektron diperoleh dengan memecahkan persamaan Schrödinger untuk atom tertentu; diberikan: n utama, orbital l, dan m magnetik - bilangan kuantum. Satu-satunya elektron dari atom hidrogen membentuk orbital bola di sekitar inti - awan elektron bulat, seperti bola wol berbulu atau bola kapas yang dililit longgar.
Para ilmuwan sepakat untuk menyebut orbital atom berbentuk bola s-orbital. Ini adalah yang paling stabil dan terletak cukup dekat dengan inti. Semakin besar energi elektron dalam suatu atom, semakin cepat putarannya, semakin meluas daerah tinggalnya dan akhirnya berubah menjadi berbentuk halter. orbital p:
Hibridisasi orbital- proses hipotetis pencampuran orbital yang berbeda (s, p, d, f) atom pusat dari molekul poliatomik dengan penampilan orbital identik, setara dalam karakteristiknya.
5.Model tetrahedral atom karbon. Teori struktur Butlerov
Teori struktur kimia zat organik dirumuskan oleh A. M. Butlerov pada tahun 1861.
Poin-poin penting teori struktural turun ke berikut:
1) dalam molekul, atom-atom terikat satu sama lain dalam urutan tertentu sesuai dengan valensinya. Urutan ikatan atom disebut struktur kimia;
2) sifat-sifat suatu zat tidak hanya bergantung pada atom mana dan dalam jumlah berapa yang merupakan bagian dari molekulnya, tetapi juga pada urutan keterkaitannya, yaitu pada struktur kimia molekul;
3) atom atau kelompok atom yang membentuk molekul saling mempengaruhi satu sama lain.
Gagasan dasar tentang struktur kimia yang ditetapkan oleh Butlerov dilengkapi oleh Van't Hoff dan Le Bel (1874), yang mengembangkan gagasan tentang pengaturan ruang atom dalam molekul organik. in-va dan mengangkat pertanyaan tentang konfigurasi spasial dan konformasi molekul. Karya van't Hoff meletakkan dasar bagi arah org. Kimia - stereokimia - studi tentang struktur spasial Van't Hoff mengusulkan model tetrahedral atom karbon - empat valensi atom dalam karbon dalam metana diarahkan ke empat sudut tetrahedron, di tengahnya adalah karbon atom, dan di atas adalah atom hidrogen.
Asam karboksilat tak jenuh
Sifat kimia.
Sifat kimia asam karboksilat tak jenuh disebabkan oleh sifat gugus karboksil dan sifat ikatan rangkap. Asam dengan ikatan rangkap yang terletak dekat dengan gugus karboksil - asam alfa, beta-tak jenuh - memiliki sifat spesifik. Untuk asam-asam ini, penambahan hidrogen halida dan hidrasi bertentangan dengan aturan Markovnikov:
CH 2 \u003d CH-COOH + HBr -> CH 2 Br-CH 2 -COOH
Dengan oksidasi hati-hati, asam dihidroksi terbentuk:
CH 2 \u003d CH-COOH + [O] + H 2 0 -> HO-CH 2 -CH (OH) -COOH
Dalam oksidasi yang kuat, ikatan rangkap terputus dan campuran produk yang berbeda terbentuk, dari mana posisi ikatan rangkap dapat ditentukan. Asam oleat C 17 H 33 COOH adalah salah satu asam tak jenuh tinggi yang paling penting. Ini adalah cairan tidak berwarna yang mengeras dalam dingin. Rumus strukturnya adalah: CH 3 -(CH 2) 7 -CH=CH-(CH 2) 7 -COOH.
Turunan dari asam karboksilat
Turunan dari asam karboksilat adalah senyawa yang gugus hidroksil asam karboksilatnya digantikan oleh gugus fungsi lain.
Eter- zat organik yang memiliki rumus R-O-R", di mana R dan R" adalah radikal hidrokarbon. Namun, harus diperhitungkan bahwa gugus tersebut mungkin merupakan bagian dari gugus fungsi lain dari senyawa yang bukan eter.
Ester(atau ester) - turunan asam okso (baik karboksilat maupun anorganik) dengan rumus umum R k E (= O) l (OH) m, di mana l 0, secara formal merupakan produk substitusi atom hidrogen dari hidroksil -OH asam berfungsi untuk residu hidrokarbon (alifatik, alkenil, aromatik atau heteroaromatik); juga dianggap sebagai turunan asil dari alkohol. Dalam tata nama IUPAC, ester juga termasuk turunan asil dari analog kalkogenida alkohol (tiol, selenol, dan tellurol).
Mereka berbeda dari eter (eter), di mana dua radikal hidrokarbon dihubungkan oleh atom oksigen (R 1 -O-R 2)
amida- turunan asam okso (baik karboksilat maupun mineral) R k E (= O) l (OH) m, (l 0), yang secara formal merupakan produk substitusi gugus hidroksil -OH dari fungsi asam oleh gugus amino ( tidak tersubstitusi dan tersubstitusi); juga dianggap sebagai turunan asil dari amina. Senyawa dengan satu, dua atau tiga substituen asil pada atom nitrogen disebut amida primer, sekunder dan tersier, amida sekunder juga disebut imida.
Amida dari asam karboksilat - karboksamida RCO-NR 1 R 2 (di mana R 1 dan R 2 adalah hidrogen, asil, atau alkil, aril atau radikal hidrokarbon lainnya) biasanya disebut sebagai amida, dalam kasus asam lain, sesuai dengan rekomendasi IUPAC, bila penamaan amida, nama residu asam ditunjukkan sebagai awalan, misalnya amida dari asam sulfonat RS(=O 2 NH 2 disebut sulfamid.
Asam karboksilat klorida(asil klorida) - turunan dari asam karboksilat di mana gugus hidroksil -OH dalam gugus karboksil -COOH digantikan oleh atom klor. Rumus umumnya adalah R-COCl. Perwakilan pertama dengan R=H (formil klorida) tidak ada, meskipun campuran CO dan HCl dalam reaksi Gattermann-Koch berperilaku seperti asam format klorida.
Resi
R-COOH + SOCl 2 → R-COCl + SO 2 + HCl
Nitril- senyawa organik dengan rumus umum R-C≡N, yang secara formal merupakan turunan asam hidrosianat tersubstitusi C HC≡N
kapron(poli-ε-kaproamida, nilon-6, poliamida 6) - serat poliamida sintetis yang diperoleh dari minyak bumi, produk polikondensasi kaprolaktam
[-HN(CH 2) 5 CO-] n
Dalam industri, itu diperoleh dengan polimerisasi turunan
Nilon(Bahasa inggris) nilon) adalah keluarga poliamida sintetis yang digunakan terutama dalam produksi serat.
Dua jenis nilon yang paling umum: polyhexamethylene adipamide ( anid(USSR/Rusia), nilon 66 (AS)), sering disebut sebagai nilon biasa, dan poli-ε-kaproamida ( capron(USSR/Rusia), nilon 6 (AS)). Spesies lain juga dikenal, seperti poli-ω-enanthoamide ( enant(USSR/Rusia), nilon 7 (AS)) dan poli-ω-undecanamide ( undecane(USSR/Rusia), nilon 11 (AS), rilsan (Prancis, Italia)
Rumus serat anida: [-HN(CH 2) 6 NHOC(CH 2) 4 CO-] n. Anida disintesis dengan polikondensasi asam adipat dan heksametilendiamin. Untuk memastikan rasio stoikiometrik 1:1 dari reagen yang diperlukan untuk mendapatkan polimer dengan berat molekul maksimum, digunakan garam asam adipat dan heksametilendiamin ( AG-garam):
R \u003d (CH 2) 4, R "\u003d (CH 2) 6
Rumus serat dari kapron (nilon-6): [-HN (CH 2) 5 CO-] n. Sintesis kapron dari kaprolaktam dilakukan dengan polimerisasi hidrolitik kaprolaktam sesuai dengan mekanisme "pembukaan cincin - penambahan":
Produk plastik dapat dibuat dari nilon kaku - ecolon, dengan menyuntikkan nilon cair ke dalam cetakan di bawah tekanan tinggi, yang menghasilkan kepadatan material yang lebih besar.
Klasifikasi
ASAM KETO- zat organik yang molekulnya termasuk gugus karboksil (COOH-) dan karbonil (-CO-); berfungsi sebagai prekursor untuk banyak senyawa yang melakukan fungsi biologis penting dalam tubuh. Gangguan metabolisme signifikan yang terjadi pada sejumlah kondisi patologis disertai dengan peningkatan konsentrasi asam keto tertentu dalam tubuh manusia.
tautomerisme keto enol
Metode untuk mendapatkan asam keto Alfa dan Beta
Asam -Keto diperoleh dengan oksidasi asam -hidroksi.
Asam -Keto, karena ketidakstabilannya, diperoleh dari ester dengan kondensasi Claisen.
Dalam kimia organik, istilah "reaksi oksidasi" menyiratkan bahwa itu tepat organik senyawa, sedangkan oksidator dalam banyak kasus adalah reagen anorganik.
Alkena
KMnO 4 dan H 2 O (medium netral)
3CH2 \u003d CH2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O \u003d 3C 2 H 4 (OH) 2 + 2MnO 2 + 2KOH - persamaan lengkap
(lingkungan asam)
ikatan rangkap putus:
R-CH 2 \u003d CH 2 -R + [O] → 2R-COOH - persamaan skematis
Alkylarene
Eitlbenzene-alkylarene
keton
Keton sangat tahan terhadap aksi agen pengoksidasi dan hanya dioksidasi oleh agen pengoksidasi kuat ketika dipanaskan. Selama proses oksidasi, ikatan C-C terputus di kedua sisi gugus karbonil dan, dalam kasus umum, campuran empat asam karboksilat diperoleh:
Oksidasi keton didahului oleh enolisasinya, yang dapat terjadi baik dalam suasana basa maupun asam:
asam anggur(asam dihidroksisuksinat, asam tartarat, asam 2,3-dihidroksibutanedioat) HOOC-CH(OH)-CH(OH)-COOH adalah asam hidroksi dibasa. Garam dan anion asam tartarat disebut tartrat.
Tiga bentuk stereoisomer asam tartarat diketahui: D-(-)-enansiomer (kiri atas), L-(+)-enansiomer (kanan atas) dan meso-bentuk (asam mesotartarat):
diastereomer- stereoisomer yang bukan bayangan cermin satu sama lain. Diastereomerisme terjadi ketika suatu senyawa memiliki banyak stereocenter. Jika dua stereoisomer memiliki konfigurasi yang berlawanan dari semua stereocenter masing-masing, maka mereka adalah enansiomer.
©2015-2019 situs
Semua hak milik penulisnya. Situs ini tidak mengklaim kepengarangan, tetapi menyediakan penggunaan gratis.
Tanggal pembuatan halaman: 13-07-2017
Fungsi gelombang dihitung menurut persamaan gelombang Schrödinger dalam aproksimasi satu elektron (metode Hartree-Fock) sebagai fungsi gelombang elektron dalam medan yang konsisten sendiri yang diciptakan oleh inti atom dengan semua elektron atom lainnya.
E. Schrodinger sendiri menganggap elektron dalam atom sebagai awan bermuatan negatif, yang kerapatannya sebanding dengan kuadrat dari nilai fungsi gelombang pada titik atom yang sesuai. Dalam bentuk ini, konsep awan elektron juga dirasakan dalam kimia teoretis.
Namun, sebagian besar fisikawan tidak memiliki keyakinan yang sama dengan E. Schrödinger - tidak ada bukti keberadaan elektron sebagai "awan bermuatan negatif". Max Born memperkuat interpretasi probabilistik kuadrat dari fungsi gelombang. Pada tahun 1950, E. Schrödinger dalam artikel “Apa itu partikel elementer?” terpaksa setuju dengan argumen M. Born, yang dianugerahi Hadiah Nobel Fisika pada tahun 1954 dengan kata-kata "Untuk penelitian mendasar di bidang mekanika kuantum, terutama untuk interpretasi statistik fungsi gelombang".
Bilangan kuantum dan tata nama orbital
Distribusi kerapatan probabilitas radial untuk orbital atom untuk berbagai n dan aku.
- Bilangan kuantum utama n dapat mengambil nilai bilangan bulat positif apa pun, mulai dari satu ( n= 1,2,3, … ) dan menentukan energi total elektron dalam orbital tertentu (tingkat energi):
- Bilangan kuantum orbital (juga disebut bilangan kuantum azimut atau komplementer) menentukan momentum sudut elektron dan dapat mengambil nilai bilangan bulat dari 0 hingga n - 1 (aku = 0,1, …, n- satu). Momentum sudut dalam hal ini diberikan oleh hubungan
Penyebutan huruf orbital atom berasal dari deskripsi garis spektrum dalam spektrum atom: s (tajam) adalah deret tajam dalam spektrum atom, p (Kepala Sekolah)- rumah, d (membaur) - menyebar, f (Mendasar) adalah mendasar.
- Bilangan kuantum magnetik saya menentukan proyeksi momentum sudut orbital pada arah medan magnet dan dapat mengambil nilai bilangan bulat dalam kisaran dari - aku sebelum aku, termasuk 0 ( saya = -aku … 0 … aku):
Dalam literatur, orbital dilambangkan dengan kombinasi bilangan kuantum, dengan bilangan kuantum utama dilambangkan dengan angka, bilangan kuantum orbital dengan huruf yang sesuai (lihat tabel di bawah) dan bilangan kuantum magnetik dengan ekspresi subskrip yang menunjukkan proyeksi orbital ke sumbu Cartesian x, y, z, Misalnya 2p x, 3d xy, 4f z(x²-y²). Untuk orbital dari kulit elektron terluar, yaitu, dalam kasus menggambarkan elektron valensi, nomor kuantum utama dalam catatan orbital, sebagai aturan, dihilangkan.
Representasi geometris
Representasi geometrik orbital atom adalah daerah ruang yang dibatasi oleh permukaan dengan kerapatan yang sama (permukaan kesetaraan) probabilitas atau muatan. Kerapatan probabilitas pada permukaan batas dipilih berdasarkan masalah yang dipecahkan, tetapi biasanya sedemikian rupa sehingga probabilitas menemukan elektron di area terbatas terletak pada kisaran 0,9-0,99.
Karena energi elektron ditentukan oleh interaksi Coulomb dan, akibatnya, oleh jarak dari nukleus, bilangan kuantum utama n menentukan ukuran orbital.
Bentuk dan simetri orbital diberikan oleh bilangan kuantum orbital aku dan m: s-Orbital berbentuk bola simetris, p, d dan f-orbital memiliki bentuk yang lebih kompleks, ditentukan oleh bagian sudut dari fungsi gelombang - fungsi sudut. Fungsi sudut Y lm (φ , ) - fungsi eigen dari operator momentum sudut kuadrat L², bergantung pada bilangan kuantum aku dan m(lihat Fungsi bola), kompleks dan menggambarkan dalam koordinat bola (φ, ) ketergantungan sudut dari kemungkinan menemukan elektron di bidang pusat atom. Kombinasi linier dari fungsi-fungsi ini menentukan posisi orbital relatif terhadap sumbu koordinat Cartesian.
Untuk kombinasi linier Y lm, notasi berikut diterima:
| Nilai bilangan kuantum orbital | 0 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Nilai bilangan kuantum magnetik | 0 | 0 | 0 | ||||||
| Kombinasi linear | |||||||||
| Penamaan |
Faktor tambahan, kadang-kadang diperhitungkan dalam representasi geometris, adalah tanda fungsi gelombang (fase). Faktor ini penting untuk orbital dengan bilangan kuantum orbital aku, berbeda dari nol, yaitu, tidak memiliki simetri bola: tanda fungsi gelombang "kelopak" mereka yang terletak di sisi berlawanan dari bidang nodal berlawanan. Tanda fungsi gelombang diperhitungkan dalam metode orbital molekul MO LCAO (orbital molekul sebagai kombinasi linier orbital atom). Saat ini, sains mengetahui persamaan matematika yang menggambarkan sosok geometris yang mewakili orbital (tergantung pada koordinat elektron dari waktu). Ini adalah persamaan osilasi harmonik yang mencerminkan rotasi partikel dalam semua derajat kebebasan yang tersedia - rotasi orbital, spin, ... Hibridisasi orbital direpresentasikan sebagai interferensi osilasi.
Pengisian orbital dengan elektron dan konfigurasi elektron atom
Setiap orbital dapat memiliki tidak lebih dari dua elektron, berbeda dalam nilai bilangan kuantum spin s(kembali). Larangan ini ditentukan oleh prinsip Pauli. Urutan elektron mengisi orbital dengan tingkat yang sama (orbital dengan nilai bilangan kuantum utama yang sama n) ditentukan oleh aturan Klechkovsky, urutan di mana elektron mengisi orbital dalam sublevel yang sama (orbital dengan nilai bilangan kuantum utama yang sama n dan bilangan kuantum orbital aku) ditentukan oleh Aturan Hund.
Catatan singkat tentang distribusi elektron dalam sebuah atom pada berbagai kulit elektron atom, dengan mempertimbangkan bilangan kuantum utama dan orbitalnya n dan aku ditelepon
Seperti yang telah dicatat, teori ikatan kimia modern didasarkan pada pertimbangan mekanika kuantum dari sebuah molekul sebagai sistem elektron dan inti atom.
Dari mata kuliah kimia dan fisika anorganik, diketahui bahwa elektron adalah jenis materi yang secara bersamaan memiliki sifat partikel dan gelombang elektromagnetik.
Menurut teori kuantum, keadaan elektron dalam atom dijelaskan menggunakan empat bilangan kuantum. n adalah bilangan kuantum utama, I adalah bilangan kuantum azimut, t
kwan yang mulia
maspitpoe
bilangan kuantum dan l
spin bilangan kuantum.
Elektron dalam atom berada dalam orbit atom tertentu
pinggang. Orbital atom (AO) adalah wilayah ruang di mana elektron paling mungkin ditemukan.
Keadaan elektron ditentukan oleh jarak awan elektron dari nukleus, bentuknya, orientasinya dalam ruang dan rotasi elektron di sekitar sumbunya sendiri.
Bergantung pada jarak elektron dari inti atom, lintasan pergerakannya berubah, yaitu, bentuk orbital atom (Gbr. 2.1). Ada l, p, d, / orbital atom, yang berbeda satu sama lain dalam jumlah energi, dan, akibatnya, dalam bentuk awan elektron, yaitu lintasan elektron.
di dalam orbit
/O-orbital
tentang<-орбиталь
±u^. 2.1. 1sym&1kekayaan^yl shimy d-, u- dan u-th!imp^1l uiii1^1&i
orbital atom tipe ^ dicirikan oleh simetri bola, untuk elektron tipe-p ada tiga orbital berbentuk halter dengan energi yang sama, yang berbeda
2. Ikatan kimia. Saling pengaruh atom dalam senyawa organik
dari satu sama lain hanya dengan orientasi dalam ruang. px, p_^, p^-atodata
orbital. Di masing-masing dari mereka ada daerah nodal dari orbit-p, di mana probabilitas menemukan elektron adalah nol. Untuk orbital n-atom, ada lima bentuk geometris yang lebih kompleks.
Elektron dari orbital 5 lebih dekat ke inti atom dan tertarik padanya dengan gaya yang lebih besar daripada elektron p, yang lebih jauh dan memiliki mobilitas yang lebih besar. Energi elektron turun di baris berikutnya.
/ > t > p > 5
Orbital atom yang tidak ditempati elektron disebut dalam orbital a-cant dan secara konvensional dilambangkan sebagai .
^іоggіdgіolіtsgіl /iv7iVII l igosh^іi
Menurut ide-ide kuantum-melapik tentang batas
Dalam ikatan tertentu, jumlah ikatan kovalen yang dibentuk oleh sebuah atom ditentukan oleh jumlah atom dan orbital satu-elektropil, yaitu, jumlah non-elektropil yang dapat dielektrop. Faktanya, pada kenyataannya, atom-atom unsur membentuk ikatan kovalen dalam jumlah yang lebih banyak daripada elektron-elektron yang tidak sejajar yang dikandungnya pada tingkat energi yang tinggi. Misalnya, atom karbon dalam keadaan basa (ne ^boizbuzhdepp) memiliki dua elektron non-paralel (I5 25 2p), dan membentuk empat ikatan kovalen. Ini dapat dijelaskan dengan kemungkinan
transisi dari satu 25 elektron ke sublevel 2p (І5 25 2p).
Jadi, pada tingkat energi atom yang tinggi
empat elektropas pespareppy pucat: satu - 5 dan tiga - r. Karena ikatan lymic dibentuk oleh elektropol valen, maka ikatan, misalnya, dalam molekul CI4 metapa, harus per rantai: satu ikatan C-H dibentuk oleh 5-elektrope, dan tiga lainnya adalah p. Faktanya, dalam molekul metap, semua ikatan adalah sama. Untuk menjelaskan fakta ini, konsep hibridisasi orbital atom dan debu diperkenalkan dalam melapik kuantum. Kata hibridisasi berarti interaksi,
2p 2p 2p 2p 2p 2p
tumpang tindih, pencampuran. Ketika satu awan 5-elektron tumpang tindih dengan tiga awan /-elektron, empat awan elektron hibridisasi kualitatif atau orbital atom terbentuk:
Jadi, dari beberapa AO yang berbeda bentuk dan energinya, dengan menggabungkan (mencampur, menggabungkan), terbentuk orbital atom hibridisasi energi yang sama jumlahnya:
Orbital hibridisasi lebih menguntungkan secara geometris daripada orbital non-hibridisasi, karena memungkinkan peningkatan area tumpang tindih dengan orbital atom lain, yang mengarah pada pembentukan ikatan yang lebih kuat. Hasil tumpang tindih fraksi yang lebih besar dari orbital hibrida dengan orbital atom lain adalah ikatan kovalen.
Sebuah atom karbon dapat menjalani tiga jenis hibridisasi yang melibatkan orbital s dan p, yang masing-masing sesuai dengan keadaan valensi atom tertentu.
Keadaan valensi pertama karbon adalah hibridisasi). Membentuk-
obligasi. Keadaan hibridisasi BP adalah hasil interaksi dari satu orbital B- dan tiga p-atom (Gbr. 2.2).
1v + 3p = 4v.
25 orbital 2p2 orbital 2p2 orbital 2p2
Beras. 2.2. Skema pembentukan dan penataan ruang orbital hibrid 5p3
empat orbital ep-hibrida
2. Ikatan kimia. Saling pengaruh atom dalam senyawa organik 21
Empat orbital ekivalen membentuk sudut 109 ° 28" satu sama lain dan berorientasi dalam ruang dari pusat tetrahedron beraturan ke simpulnya. Susunan ini dikaitkan dengan keinginan AO untuk saling menjauh secara maksimal karena elektrostatik timbal balik. tolakan Lokasi orbital atom menentukan nama keadaan hibridisasi 5p3 seperti tetrahedron.
Bagian s-cloud di masing-masing dari empat orbital sp3 hibrida adalah 7. Sebagai akibat dari tumpang tindih orbital tersebut dengan orbital lain,
bital (s, p, d dan hibrida sp, sp, sp) di sepanjang garis yang menghubungkan pusat atom, hanya kovalen sederhana, atau ikatan-st (Yunani "sigma") yang terbentuk. Tumpang tindih orbital atom di sepanjang garis yang menghubungkan pusat atom disebut tumpang tindih st-p, atau sumbu, karena kerapatan elektron maksimum terletak pada sumbu yang menghubungkan dua inti (Gbr. 2.3).
tumpang tindih
Beras. 2.3. Pembentukan ikatan-a dalam molekul etana
Keadaan hibridisasi 5p3 adalah karakteristik alkana. Pertimbangkan pembentukan ikatan-st menggunakan etana sebagai contoh.
Dalam molekul etana, sebagai akibat dari tumpang tindih aksial s-sp, enam ikatan st SPN terbentuk, dan karena tumpang tindih orbital sp-sp, satu ikatan SP C terbentuk.
st-ikatan dalam banyak senyawa organik terbentuk terutama karena tumpang tindih orbital hibridisasi.
Keadaan valensi kedua karbon (hibridisasi sp). pembentukan ikatan-P. Keadaan hibridisasi sp2 adalah hasil interaksi satu s- dan dua orbital p (Gbr. 2.4).
Tiga orbital sp-hibrida ekivalen yang terbentuk berada pada bidang yang sama dengan sudut 120°, sehingga hibridisasi sp disebut trigonal. Orbital p^-terhibridisasi
2s-orbital 2px-orbital 2/3^-orbital
tiga orbital hibrid sp dan orbital p2
tiga orbital hibrida ep
±u^. 2.4. ^1rispi d!imy carbon
dalam ^hibridisasi p2
susunan orbital hibrid. Jika proporsi awan-n di masing-masing dari tiga irbital n2-hibrida sama dengan 1 / y, hibridisasi ini khas untuk senyawa dengan ikatan rangkap, misalnya, untuk etilen (Gbr. 2.5).
yar-AO karbon
o-tumpang tindih (o-ikatan)
Pembentukan ikatan-n dalam molekul etilen
Atom karbon dalam sebuah milekula etilen berada dalam hiperhibridisasi. Karena tumpang tindih tiga AO hibrida dari masing-masing asli, ikatan-st terbentuk (empat C-H dan satu C-C); dan tumpang tindih dua orbital p yang tidak hibridisasi pada bidang yang tegak lurus terhadap bidang ikatan-st (tumpang tindih-p) menghasilkan pembentukan ikatan-p. Kepadatan elektron maksimumnya terkonsentrasi di dua wilayah - di atas dan di bawah sumbu yang menghubungkan pusat atom. p-ikatan kurang kuat dari st; itu terbentuk hanya antara atom yang berada di np2- atau np-hibridisasi.
2. Ikatan kimia. Saling pengaruh atom dalam senyawa organik 2
L;/-1IIRIDI^yTSIS disebut SSCH JIUneUnUU HU1UMJ, bukan dua
Orbital sp-hibrida terletak pada sudut 180°. Dua orbital p^- dan p^- nonhibridisasi yang tersisa terletak di dua bidang yang saling tegak lurus dan terletak tegak lurus terhadap AOs-hibrida sp. Bagian awan s di masing-masing dari dua orbital sp hibrid adalah 1/2. Jenis hibridisasi ini khas untuk senyawa dengan ikatan rangkap tiga, misalnya, untuk asetilena (Gbr. 2.7).
Dalam molekul asetilen, atom hibridisasi sp membentuk dua ikatan C-H st sederhana dan satu ikatan st antara dua atom karbon, sedangkan p-AO yang tidak terhibridisasi membentuk dua ikatan p yang terletak pada bidang yang saling tegak lurus.
Untuk menggambarkan ikatan kimia dari sudut pandang mekanika kuantum, dua metode utama digunakan: metode ikatan valensi (MVS) dan metode orbital molekul (MO).
Metode ikatan valensi diusulkan pada tahun 1927 oleh W. Heitler dan F. London. Ketentuan utama dari metode ini adalah sebagai berikut. Ikatan kimia direpresentasikan sebagai sepasang elektron dengan spin yang berlawanan. Ini terbentuk sebagai hasil dari orbital atom yang tumpang tindih.
l-tumpang tindih (i-ikatan)
tumpang tindih (a-ikatan)
transfer ikatan-n: zi dalam molekul asetilena
di uipu ^ acan ^ 1 ^ 1 milsAulsh atom uijuli u
berubah, dan sepasang elektron pengikat terlokalisasi di antara dua atom.
Berbeda dengan metode ikatan valensi, metode orbital molekul menganggap molekul bukan sebagai kumpulan atom yang mempertahankan individualitasnya, tetapi sebagai satu kesatuan. Diasumsikan bahwa setiap elektron dalam molekul bergerak dalam medan total yang diciptakan oleh elektron yang tersisa dan semua inti atom. Dengan kata lain, dalam sebuah molekul, AO yang berbeda berinteraksi satu sama lain untuk membentuk jenis oriital baru, yang disebut oriital molekuler.
Tumpang tindih dari dua asal atom menghasilkan pembentukan dua asal molekul (Gbr. 2.8).
"-melonggarkan MO
AO------AO^^)-
MO yang mengikat-a
st * - melonggarkan MO
MO yang mengikat-a
Salah satunya memiliki energi yang lebih rendah dari AO asli,
paoshoasі ^l yuloshoi ^ shsi i ^ ^ nshilnsh, diu_al iladasі i ^ lъ r> x> i-
2. Ikatan kimia. Saling pengaruh atom dalam senyawa organik 2 :
SHAiI LPS ^ IISI, ChSM membentuknya LL ^, DAN IyLMVySISI robek-
sup kubis, atau orbital antiikatan. Pengisian orbital molekul dengan elektron terjadi serupa dengan pengisian orbital atom, yaitu menurut prinsip Pauli dan sesuai dengan aturan Hund. Orbital anti ikatan molekul dalam keadaan dasar tetap kosong. Pengisiannya dengan elektron terjadi ketika molekul tereksitasi, yang menyebabkan lepasnya ikatan dan disintegrasi molekul menjadi atom.
Setelah menyelesaikan deskripsi formal gerak mekanika kuantum, menjadi jelas bahwa dalam ruang atom setiap benda memiliki karakteristik seperti orbital atom.
orbital atom(AO) - wilayah ruang di sekitar inti atom, di mana, menurut hukum mekanika kuantum, elektron dengan energi tertentu kemungkinan besar berada.
Keadaan energi elektron dijelaskan oleh fungsi tiga bilangan bulat parameter n ) Saya, m 1Y yang disebut bilangan kuantum. Untuk nilai bilangan kuantum tertentu, dimungkinkan untuk memperoleh karakteristik wilayah tempat elektron dapat ditemukan.
Bilangan kuantum memiliki: arti fisik:
- n adalah bilangan kuantum utama, mencirikan tingkat energi dan ukuran orbital;
- / - bilangan kuantum orbital, mencirikan sublevel energi dan bentuk orbital;
- m ( - bilangan kuantum magnetik, memperhitungkan pengaruh medan magnet luar pada keadaan energi elektron.
Bilangan kuantum utama n adalah alami dan sesuai dengan jumlah periode dalam tabel D. I. Mendeleev (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7). Bilangan kuantum utama menentukan fraksi utama energi elektron dalam orbital tertentu. Bilangan kuantum ini disebut juga nomor tingkat energi. Lebih P, semakin besar ukuran orbital.
Atom yang elektronnya berada pada orbital dengan nilai yang besar n(n> 8) disebut atom Rydberg. Data eksperimen pertama pada atom Rydberg dalam astronomi radio diperoleh pada tahun 1964 oleh staf FIAP (RS Sorochenko et al.) pada teleskop radio cermin 22 meter. Ketika teleskop diorientasikan ke Nebula Omega, dalam spektrum pancaran radionya, sebuah garis pancaran dengan panjang gelombang X= 3,4 cm Panjang gelombang ini sesuai dengan transisi antara keadaan Rydberg n = 90 dan n = 91 dalam spektrum atom hidrogen. Hari ini, atom Rydberg telah diperoleh di laboratorium dengan P~ 600! Ini adalah objek yang hampir makroskopik dengan ukuran sekitar 0,1 mm dan masa pakai ~1 detik. Studi tentang keadaan atom Rydberg ternyata berguna dalam pekerjaan penciptaan komputer kuantum.
Dalam hal ini, peningkatan ukuran tidak mengubah bentuk orbital. Lebih p y semakin besar energi elektron. Elektron dengan nilai bilangan kuantum utama yang sama berada pada tingkat energi yang sama. Nomor P tingkat energi menunjukkan jumlah sublevel yang membentuk tingkat ini.
Bilangan kuantum orbital I dapat mengambil nilai / = 0, 1,2,... hingga (P - 1), yaitu untuk bilangan kuantum utama yang diberikan P bilangan kuantum orbital / dapat mengambil P nilai-nilai. Bilangan kuantum orbital menentukan bentuk geometris orbital dan menentukan momentum sudut orbital (momentum) elektron, yaitu kontribusi sublevel tertentu terhadap energi elektron total. Selain nilai numerik, bilangan kuantum orbital / juga memiliki sebutan huruf:
Formulir 5, p-, (1-,/-orbital ditunjukkan pada gambar. 1.1. Tanda-tanda pada unsur geometri orbital bukanlah tanda muatan, tetapi mengacu pada nilai fungsi gelombang y untuk unsur-unsur tersebut. Karena perhitungan probabilitas dianggap | t/| 2 adalah kuadrat dari modulo besaran, maka daerah orbital dari fungsi gelombang y dengan tanda "+" dan "-" menjadi ekuivalen.
Beras. 1.1.
Bentuk kompleks dari sebagian besar orbital disebabkan oleh fakta bahwa fungsi gelombang elektron dalam koordinat polar memiliki dua komponen - radial dan sudut. Dalam hal ini, peluang menemukan elektron pada titik tertentu bergantung pada jaraknya dari nukleus dan arah dalam ruang vektor yang menghubungkan nukleus dengan titik ini. Fungsi-fungsi ini bergantung pada / (untuk orbital 5- dan p) dan pada t 1 (untuk c1 orbital - dan /-).
Misalnya, garis luar (kontur luar) dari semua 5-orbital adalah bola. Tetapi ternyata probabilitas menemukan elektron di dalam bola ini tidak seragam, tetapi secara langsung tergantung pada jarak orbital yang diberikan dari nukleus. pada gambar. 1.2 menunjukkan struktur internal orbital 15 dan 25. Dari gambar berikut, orbital 25 mirip dengan "bawang dua lapis" dengan kulit bagian dalam yang terletak pada jarak 1 dan 4 jari-jari orbital Bohr. Sebagai aturan, dalam kimia, fakta kompleksitas struktur internal orbital tidak memainkan peran penting dan tidak dipertimbangkan dalam kursus ini.
Beras. 1.2. Distribusi probabilitas menemukan elektron dalam atom hidrogen di negara bagianadalahdan2 detik G (\u003d 5,29 * 10 11 m - radius orbit Bohr pertama
Sumber: wvw.college.ru/enportal/physics/content/chapter9/section/paragraph3/theory.html
Bilangan kuantum magnetik orbital m t dapat mengambil nilai dari -/ hingga +/, termasuk nol. Bilangan kuantum ini menentukan orientasi orbital di ruang angkasa di bawah pengaruh medan magnet luar dan mencirikan perubahan energi elektron yang terletak di orbital ini di bawah pengaruh medan magnet eksternal. Jumlah orbital dengan nilai tertentu t 1 adalah (2/ + 1).
Tiga bilangan kuantum dipertimbangkan P, /, t ( adalah konsekuensi dari penyelesaian persamaan gelombang Schrödinger dan memungkinkan untuk menentukan energi elektron melalui deskripsi sifat gelombangnya. Pada saat yang sama, sifat ganda dari sifat partikel elementer, dualisme gelombang sel mereka dalam deskripsi keadaan energi elektron tidak diperhitungkan.
Nomor kuantum magnetik sendiri elektron m s (spin). bagaimana konsekuensi dari sifat sel dari elektron, nomor lain berperan dalam deskripsi keadaan energinya - bilangan kuantum sendiri m s elektron (spin). Bilangan kuantum ini tidak mencirikan orbital, tetapi properti elektron itu sendiri, yang terletak di orbital ini.
Putar (dari bahasa Inggris, putaran- memutar [-sya], rotasi) - momentum sudut intrinsik partikel elementer, yang memiliki sifat kuantum dan tidak terkait dengan pergerakan partikel secara keseluruhan. Analogi yang sering digunakan untuk menggambarkan spin sebagai properti yang terkait dengan rotasi elektron di sekitar sumbunya ternyata tidak dapat dipertahankan. Deskripsi seperti itu mengarah pada kontradiksi dengan teori relativitas khusus - kecepatan rotasi ekuator elektron dalam model ini melebihi kecepatan cahaya. Pengenalan spin adalah penerapan yang sukses dari ide fisik baru: dipostulasikan bahwa ada ruang keadaan yang tidak ada hubungannya dengan pergerakan partikel di ruang biasa. Kebutuhan untuk memperkenalkan ruang negara seperti itu menunjukkan perlunya mempertimbangkan pertanyaan yang lebih umum tentang realitas dunia fisik yang banyak.
Elektron menunjukkan magnet sendiri properti dalam medan listrik eksternal, momentum sudut intrinsik elektron berorientasi baik sepanjang medan atau melawan nol. Dalam kasus pertama, diasumsikan bahwa bilangan kuantum elektron itu sendiri MS= +1/2, dan di detik MS= -1/2. Perhatikan bahwa putaran bilangan pecahan tunggal antara satu set karakteristik kuantum yang menentukan keadaan elektron dalam atom.
