regiunea celei mai probabile locații a unui electron într-un atom (orbital atomic) sau într-o moleculă (orbital molecular).

Un electron nu se mișcă într-un atom în jurul nucleului de-a lungul unei linii orbitale fixe, ci ocupă o anumită regiune a spațiului. De exemplu, un electron dintr-un atom de hidrogen poate fi, cu o anumită probabilitate, fie foarte aproape de nucleu, fie la o distanță considerabilă, dar există o anumită regiune în care aspectul său este cel mai probabil. Grafic, orbitalul este reprezentat ca o suprafață care conturează regiunea în care probabilitatea de apariție a unui electron este cea mai mare, cu alte cuvinte, densitatea electronilor este maximă. Atomul de hidrogen are un orbital de electroni sferic (sferic):

Până în prezent, au fost descrise cinci tipuri de orbitali: s, p, d, fȘi g. Numele primelor trei s-au format istoric, apoi s-a ales principiul alfabetic. Formele orbitalilor sunt calculate folosind metode de chimie cuantică.

Orbitalii există indiferent dacă un electron este prezent în ei (orbitali ocupați) sau absent (orbitali vacante). Atomul fiecărui element, începând cu hidrogen și terminând cu ultimul element obținut astăzi, are un set complet de toți orbitalii la toate nivelurile electronice. Ele sunt umplute cu electroni pe măsură ce numărul atomic, adică sarcina nucleului, crește.

s-Orbitalii, așa cum se arată mai sus, au o formă sferică și, prin urmare, aceeași densitate de electroni în direcția fiecărei axe de coordonate tridimensionale:

La primul nivel electronic al fiecărui atom există doar unul s- orbital. Începând de la al doilea nivel electronic în plus față de s- apar și trei orbitali R-orbitali. Au forma unor opturi tridimensionale, așa arată zona locației cele mai probabile R-electronul din regiunea nucleului atomic. Fiecare R-orbitalul este situat de-a lungul uneia dintre cele trei axe reciproc perpendiculare, în conformitate cu aceasta din nume R-orbitalii indică, folosind indicele corespunzător, axa de-a lungul căreia se află densitatea sa maximă de electroni:

În chimia modernă, orbital este un concept definitoriu care ne permite să luăm în considerare procesele de formare a legăturilor chimice și să analizăm proprietățile acestora, în timp ce atenția este concentrată pe orbitalii acelor electroni care participă la formarea legăturilor chimice, adică electronii de valență. , de obicei electronii ultimului nivel.

Atomul de carbon în starea inițială are doi electroni în al doilea (ultimul) nivel electronic. s-orbitali (marcati cu albastru) si un electron din doi R-orbitale (marcate cu roșu și galben), al treilea orbital p z-vacant:

Minkin V.I., Simkin B.Ya., Minyaev R.M. Teoria structurii moleculare. Carcasi electronice. M., „Mir”, 1979
Buchachenko A.L. Chimia ca muzică, sau note chimice și melodii noi ale noului secol. Colecție de articole de știință populară, Moscova, 2002
Știința rusă: drumul vieții. Culegere de articole de știință populară. M., „Carcatiță”, 2002

Găsiți „ORBITAL” pe

Orbitalii există indiferent dacă un electron este prezent în ei (orbitali ocupați) sau absent (orbitali vacante). Atomul fiecărui element, începând cu hidrogen și terminând cu ultimul element obținut astăzi, are un set complet de toți orbitalii la toate nivelurile electronice. Ele sunt umplute cu electroni pe măsură ce numărul atomic, adică sarcina nucleului, crește.

s-Orbitalii, așa cum se arată mai sus, au o formă sferică și, prin urmare, aceeași densitate de electroni în direcția fiecărei axe de coordonate tridimensionale:

La primul nivel electronic al fiecărui atom există doar unul s- orbital. Începând de la al doilea nivel electronic în plus față de s- apar și trei orbitali R-orbitali. Au forma unor opturi tridimensionale, așa arată zona locației cele mai probabile R-electronul din regiunea nucleului atomic. Fiecare R-orbitalul este situat de-a lungul uneia dintre cele trei axe reciproc perpendiculare, în conformitate cu aceasta din nume R-orbitalii indică, folosind indicele corespunzător, axa de-a lungul căreia se află densitatea sa maximă de electroni:

În chimia modernă, un orbital este un concept definitoriu care ne permite să luăm în considerare procesele de formare a legăturilor chimice și să analizăm proprietățile acestora, în timp ce atenția este concentrată pe orbitalii acelor electroni care participă la formarea legăturilor chimice, adică valența. electroni, de obicei electronii ultimului nivel.

Atomul de carbon în starea inițială are doi electroni în al doilea (ultimul) nivel electronic. s-orbitali (marcati cu albastru) si un electron din doi R-orbitale (marcate cu roșu și galben), al treilea orbital este p z-vacant:

Hibridizare.

În cazul în care un atom de carbon participă la formarea compușilor saturați (care nu conțin legături multiple), un s- orbital și trei R-orbitalii se combină pentru a forma noi orbitali care sunt hibrizi ai orbitalilor originali (procesul se numește hibridizare). Numărul de orbitali hibrizi este întotdeauna egal cu numărul celor originali, în acest caz, patru. Orbitalii hibrizi rezultați sunt identici ca formă și seamănă în exterior cu figurile opt tridimensionale asimetrice:

Întreaga structură pare să fie înscrisă într-un tetraedru regulat - o prismă asamblată din triunghiuri regulate. În acest caz, orbitalii hibridi sunt localizați de-a lungul axelor unui astfel de tetraedru, unghiul dintre oricare două axe este de 109°. Cei patru electroni de valență ai carbonului sunt localizați în acești orbiti hibrizi:

Participarea orbitalilor la formarea legăturilor chimice simple.

Proprietățile electronilor aflați în patru orbitali identici sunt echivalente; în consecință, legăturile chimice formate cu participarea acestor electroni la interacțiunea cu atomi de același tip vor fi echivalente.

Interacțiunea unui atom de carbon cu patru atomi de hidrogen este însoțită de suprapunerea reciprocă a orbitalilor hibridi alungiți ai carbonului cu orbitalii sferici ai hidrogenului. Fiecare orbital conține un electron; ca urmare a suprapunerii, fiecare pereche de electroni începe să se miște de-a lungul orbitalului molecular unit.

Hibridizarea duce doar la o schimbare a formei orbitalilor dintr-un atom, iar suprapunerea orbitalilor a doi atomi (hibrizi sau obisnuiti) duce la formarea unei legaturi chimice intre ei. În acest caz ( cm. Figura de mai jos) densitatea maximă de electroni este situată de-a lungul liniei care leagă doi atomi. O astfel de conexiune se numește conexiune s.

Scrierea tradițională a structurii metanului rezultat folosește simbolul barei de valență în loc de orbitali suprapusi. Pentru o imagine tridimensională a unei structuri, valența direcționată de la planul de desen către vizualizator este afișată sub forma unei linii solide în formă de pană, iar valența care se extinde dincolo de planul de desen este afișată sub forma unei pane întrerupte. -linie in forma:

Astfel, structura moleculei de metan este determinată de geometria orbitalilor hibrizi ai carbonului:

Formarea unei molecule de etan este similară cu procesul prezentat mai sus, diferența este că atunci când orbitalii hibrizi ai doi atomi de carbon se suprapun, se formează o legătură C-C:

Geometria moleculei de etan seamănă cu metanul, unghiurile de legătură sunt de 109°, care este determinată de aranjarea spațială a orbitalilor hibrizi de carbon:

Participarea orbitalilor la formarea de legături chimice multiple.

Molecula de etilenă se formează și cu participarea orbitalilor hibrizi, dar numai unul este implicat în hibridizare s-orbitale si doar doua R-orbitali ( p xȘi RU), al treilea orbital - p z, îndreptată de-a lungul axei z, nu participă la formarea hibrizilor. Din cei trei orbitali inițiali iau naștere trei orbitali hibrizi, care sunt localizați în același plan, formând o stea cu trei raze, unghiurile dintre axe sunt de 120°:

Doi atomi de carbon atașează patru atomi de hidrogen și, de asemenea, se conectează unul la altul, formând o legătură C-C s:

Doi orbitali p z, care nu au participat la hibridizare, se suprapun reciproc, geometria lor este astfel încât suprapunerea nu are loc de-a lungul liniei de comunicație C-C, ci deasupra și dedesubtul acesteia. Ca urmare, se formează două regiuni cu densitate de electroni crescută, unde se află doi electroni (marcați cu albastru și roșu), participând la formarea acestei legături. Astfel, se formează un orbital molecular, format din două regiuni separate în spațiu. O legătură în care densitatea maximă de electroni este situată în afara liniei care leagă doi atomi se numește legătură p:

A doua caracteristică de valență în desemnarea unei duble legături, care a fost utilizată pe scară largă pentru a descrie compușii nesaturați de secole, în înțelegerea modernă implică prezența a două regiuni cu densitate de electroni crescută situate pe părțile opuse ale liniei de legătură C-C.

Structura moleculei de etilenă este determinată de geometria orbitalilor hibrizi, unghiul de legătură H-C-H este de 120°:

În timpul formării acetilenei, unul s-orbital si unul p x-orbitale (orbitali p yȘi p z, nu participă la formarea hibrizilor). Cei doi orbitali hibrizi rezultați sunt localizați pe aceeași linie, de-a lungul axei X:

Suprapunerea orbitalilor hibrizi între ei și cu orbitalii atomilor de hidrogen duce la formarea legăturilor s C-C și C-H, reprezentate printr-o linie de valență simplă:

Două perechi de orbitali rămași p yȘi p z suprapune. În figura de mai jos, săgețile colorate arată că, din considerente pur spațiale, cea mai probabilă suprapunere a orbitalilor cu aceiași indici x-xȘi ooh. Ca rezultat, se formează două legături p în jurul unei legături s simple C-C:

Ca rezultat, molecula de acetilenă are o formă de tijă:

În benzen, coloana vertebrală moleculară este asamblată din atomi de carbon având orbitali hibrizi alcătuiți dintr-un singur s- si doi R-orbitali dispusi in forma unei stele cu trei raze (cum ar fi etilena), R-orbitalii care nu sunt implicati in hibridizare sunt aratati semitransparenti:

Orbitalii liberi, adică cei care nu conțin electroni (), pot participa și la formarea legăturilor chimice.

Orbitali de nivel înalt.

Începând de la al patrulea nivel electronic, atomii au cinci d-orbitali, umplerea lor cu electroni are loc in elemente de tranzitie, incepand cu scandiu. Patru d-orbitalii au forma de quadrifoile tridimensionale, numite uneori „frunze de trifoi”, ele diferă doar prin orientarea în spațiu, a cincea d-orbital este o figură opt tridimensională filetată într-un inel:

d-Orbitalii pot forma hibrizi cu s-Și p- orbitali. Opțiuni d-orbitalii sunt de obicei utilizați în analiza structurii și proprietăților spectrale ale complexelor de metale tranziționale.

Începând de la al șaselea nivel electronic, atomii au șapte f-orbitali, umplerea lor cu electroni are loc in atomii lantanidelor si actinidelor. f-Orbitalii au o configurație destul de complexă; figura de mai jos arată forma a trei din șapte astfel de orbitali, care au aceeași formă și sunt orientați în spațiu în moduri diferite:

f-Orbitalii sunt foarte rar folosiți atunci când discutăm despre proprietățile diferiților compuși, deoarece electronii aflați pe ei practic nu participă la transformările chimice.

Perspective.

La al optulea nivel electronic sunt nouă g-orbitali. Elementele care conțin electroni în acești orbitali ar trebui să apară în a opta perioadă, în timp ce nu sunt disponibile (elementul nr. 118, ultimul element al perioadei a șaptea a Tabelului Periodic, este de așteptat să fie obținut în viitorul apropiat; sinteza sa este realizată la Institutul Comun pentru Cercetări Nucleare din Dubna).

Formă g-orbitalii, calculati prin metode de chimie cuantica, sunt chiar mai complexi decat cei de f-orbitali, regiunea celei mai probabile locații a electronului în acest caz arată foarte bizar. Mai jos este apariția unuia dintre cei nouă astfel de orbitali:

În chimia modernă, conceptele de orbitali atomici și moleculari sunt utilizate pe scară largă în descrierea structurii și proprietăților de reacție ale compușilor, de asemenea, în analiza spectrelor diferitelor molecule și, în unele cazuri, pentru a prezice posibilitatea apariției reacțiilor.

Mihail Levitsky

Când discutăm despre proprietățile chimice ale atomilor și moleculelor - structură și reactivitate - o idee despre forma spațială a orbitalilor atomici poate fi de mare ajutor în rezolvarea calitativă a unei anumite probleme. În cazul general, AO-urile sunt scrise în formă complexă, dar folosind combinații liniare de funcții complexe legate de același nivel de energie cu numărul cuantic principal Pși cu aceeași valoare a impulsului orbital /, se pot obține expresii în formă reală care pot fi reprezentate în spațiul real.

Să considerăm secvenţial o serie de AO în atomul de hidrogen.

Funcția de undă a stării fundamentale 4^ pare cea mai simplă. Are simetrie sferică

Valoarea lui a este determinată de expresia unde valoarea

numit raza Bohr. Raza Bohr indică dimensiunile caracteristice ale atomilor. Valoarea 1/oc determină scara dezintegrarii caracteristice a funcțiilor în atomii cu un electron

Din (EVL) este clar că dimensiunea atomilor cu un electron se micșorează pe măsură ce sarcina nucleară crește în proporție inversă cu valoarea lui Z. De exemplu, în atomul He + funcția de undă va scădea de două ori mai repede decât într-un hidrogen. atom cu o distanță caracteristică de 0,265 A.

Dependența lui *F ls de distanță este prezentată în Fig. 3.3. Maximul funcției *Fj este la zero. Găsirea unui electron în interiorul unui nucleu nu ar trebui să fie prea surprinzătoare, deoarece nucleul nu poate fi imaginat ca o sferă impenetrabilă.

Probabilitatea maximă de a detecta un electron la o anumită distanță de nucleu în starea fundamentală a unui atom de hidrogen are loc la r = a 0 = 0,529 A. Această valoare poate fi găsită după cum urmează. Probabilitatea de a găsi un electron într-un volum mic A V egal cu |*P| 2 DY. Volum AV presupunem atât de mică încât valoarea funcției de undă poate fi considerată constantă în acest volum mic. Suntem interesați de probabilitatea de a găsi un electron la distanță G din miez într-un strat subțire de grosimea A G. Deoarece probabilitatea de a găsi un electron la distanță G nu depinde de direcție și direcția specifică nu ne interesează, atunci trebuie să găsim probabilitatea ca un electron să rămână într-un strat sferic foarte subțire de grosimea A G. Deoarece valoarea | V F| 2 este ușor de calculat, avem nevoie

Orez. 3.3. Dependența *F 1s de distanță. Valorile funcției sunt normalizate la valoarea acesteia în r = O

Orez. 3.4.Schema de calcul al volumului unui strat sferic

găsiți volumul stratului sferic, pe care îl notăm cu A K. Este egal cu diferența de volume a două bile cu raze GȘi g + Ar(Fig. 3.4):

Din moment ce A G putin in comparatie cu G, apoi la calcularea valorii (g + Ar) 3 ne putem limita la primii doi termeni. Apoi pentru volumul stratului sferic obținem

Ultima expresie poate fi obținută într-un mod mai simplu. Din moment ce A G putin in comparatie cu G, atunci volumul stratului sferic poate fi luat egal cu produsul dintre suprafața stratului sferic și grosimea acestuia (a se vedea Fig. 3.4). Aria sferei este 4 kg 2, si grosimea A G. Produsul acestor două mărimi dă aceeași expresie (3.11).

Deci probabilitatea W găsiți că electronul din acest strat este egal cu

Expresia pentru *P ls este preluată din Anexa 3.1. Dacă luăm în considerare valoarea lui A G constantă, atunci maximul funcției reduse se observă la G = a 0 .

Dacă vrei să știi care este probabilitatea W detectează electronii în volum V, atunci este necesar să se integreze densitatea de probabilitate a detectării unui electron în această regiune a spațiului în conformitate cu expresia (3.6).

De exemplu, care este probabilitatea de a detecta un electron într-un atom de hidrogen într-o regiune sferică a spațiului cu un centru la nucleu și cu o rază x 0. Apoi

Aici valoarea d Vîn timpul calculelor a fost înlocuit cu 4 kg 1 dr prin analogie cu (3.11), deoarece funcția de undă depinde doar de distanță și, prin urmare, nu este necesară integrarea peste unghiuri din cauza absenței dependenței unghiulare a funcției integrabile.

O idee calitativă a distribuției funcției de undă în spațiu este dată de imaginea orbitalilor atomici sub formă de nori, iar cu cât culoarea este mai intensă, cu atât valoarea funcției H este mai mare. Orbitalul va arăta ca aceasta (Fig. 3.5):

Orez. 3.5.

Orbitală 2p z B forma unui nor este prezentată în fig. 3.6.

Orez. 3.6. Imagine a orbitalului 2p g al unui atom de hidrogen sub formă de nor

Într-un mod similar, distribuția densității de electroni va arăta ca un nor, care poate fi găsită prin înmulțirea densității de probabilitate I"Fj 2 cu sarcina electronilor. În acest caz, se vorbește uneori despre pete de electroni. Cu toate acestea, aceasta în niciun caz. înseamnă că avem de-a face cu un electron de-a lungul spațiului - nu are loc nicio întindere reală a electronului în spațiu și, prin urmare, atomul de hidrogen nu poate fi reprezentat ca un nucleu scufundat într-un nor real de sarcină negativă.

Cu toate acestea, astfel de imagini sub formă de nori sunt rareori folosite și, mult mai des, liniile sunt folosite pentru a crea o idee despre dependența unghiulară a funcțiilor H". Pentru a face acest lucru, calculați valorile H" funcționează pe o sferă desenată la o anumită distanță de nucleu. Apoi, valorile calculate sunt trasate pe raze, indicând semnul funcțiilor Ch" pentru cea mai informativă secțiune plană pentru o anumită funcție Ch". De exemplu, orbitalul Is este de obicei descris ca un cerc (Fig. 3.7).

Orez.

În fig. 3.8 2/> r-orbital este construit pe o sferă cu o anumită rază. Pentru a obține o imagine spațială, este necesar să rotiți figura în raport cu axa z. Indicele „z” atunci când scrieți o funcție indică orientarea funcției de-a lungul axei „z”. Semnele „+” și „-” corespund semnelor funcțiilor H". Valorile funcției 2/? z sunt pozitive în regiunea spațiului unde coordonata ^ este pozitivă și negativă în regiunea în care coordonata ^ este negativă.

Orez. 3.8. Formă 2p z-orbitali. Construit pe o sferă de o anumită rază

Situația este similară și în cazul /orbitalilor rămași. De exemplu, 2/? Orbitalul x este orientat de-a lungul axei x și este pozitiv în acea parte a spațiului în care coordonata x este pozitivă, iar valorile sale sunt negative unde valorile coordonatei x sunt negative (Fig. 3.9).

Imaginea funcțiilor de undă care indică semnul este importantă pentru o descriere calitativă a reactivității compușilor chimici și, prin urmare, imagini precum cele prezentate în Fig. 3.9 se găsesc cel mai des în literatura de specialitate chimică.

Să luăm acum în considerare orbitalii d (Fig. 3.10). Orbitali dxy, dxz, dyz, arata echivalent. Orientarea și semnele lor sunt determinate de indicele: index X y spectacole

Orez. 3.9. Formă 2p x - orbitali. Construit pe o sferă de o anumită rază

că orbitalul este orientat la unghiuri de 45° față de axele x și lași că semnul funcției Y este pozitiv unde produsul indicilor x și la pozitiv.

Orez. 3.10.

Situația este similară cu restul ^/-orbitalii. Imaginea orbitalilor ^/- prezentată în Fig. 3.10, se găsește cel mai des în literatură. Se poate observa că orbitalii d , d x2 _ y2 , d z2 nu sunt echivalente. Doar orbitalii sunt echivalenti d , d xz , d yz . Dacă sunt necesari cinci orbitali ^/-echivalenți pentru a descrie structura unei molecule, atunci aceștia pot fi construiți folosind combinații liniare de orbitali.

Pentru a înțelege acest lucru, trebuie să cunoașteți principiile construcției shell-urilor electronice. Electronii care înconjoară nucleele nu sunt sarcini punctuale, ci reprezintă un fel de „nor” de sarcină negativă. Zona spațiului ocupată de norul de electroni se numește „ orbital" Fiecare orbital este descris matematic funcția de undăψ (funcția psi). Pătratul acestei funcții ψ 2 are o semnificație fizică: reflectă probabilitatea de a găsi un nor de electroni în volumul luat în considerare. Fiecare electron corespunde unui anumit nivel de energie (cuantizat). Funcțiile de undă ale fiecărui orbital diferă unele de altele printr-un set de trei numere cuantice n, lȘi m.

Numărul cuantic principal n – acceptă numai valori întregi ( n= 1, 2, 3...) și caracterizează energia stării electronice.

Numărul cuantic orbital l – caracterizează geometria norului de electroni. Acceptă valori l = 0, 1, 2, 3… (n- 1). În funcție de valoarea numărului se schimbă față de număr l distinge:

s-orbitali ( l = 0),

p-orbitali ( l = 1),

d-orbitali ( l = 2),

f-orbitali ( l = 3).

La o valoare constantă a numărului cuantic principal ( n = const) modificarea valorii este asociată cu o uşoară modificare a stării energetice.

Numărul cuantic magnetic m– determină orientarea orbitalului în spațiu. Ia valori = 0, ±1, ±2, … ± l. Schimbarea valorii m la constantă nȘi l nu este asociat cu o modificare a nivelului de energie al orbitalului.

Alături de aceste trei numere cuantice n, l Și m există un așa-zis număr cuantic de spin m S, care corespunde la două direcții posibile de orientare a momentului magnetic propriu al electronului. Numărul cuantic magnetic ia valorile m S = +1/2 și –1/2.

Umplerea orbitalilor are loc în conformitate cu principiul Pauli 3, conform căruia un atom nu poate avea doi electroni cu un set identic de numere cuantice. Adică, într-un atom, doar electronii care diferă în cel puțin un număr cuantic au voie să coexiste. Ținând cont de principiul Pauli, numărul maxim de electroni din înveliș ( n= const) este egal cu 2 n 2 (vezi Tabelul 1).

tabelul 1

Umplerea orbitalilor de electroni conform principiului Pauli

Numerele cuantice

Despre scoici

K

L

M

Sensul numerelor cuantice

n

l

m

m s

Numărul de electroni

1. Orbitali moleculari (mo)

Formarea unei legături chimice covalente are loc prin suprapunerea orbitalilor de electroni. Există două tipuri principale de suprapunere:

- legătura σ– suprapunerea orbitalilor atomici pe axa care leagă ambii nuclei

s s p p

- π-bond – suprapunerea unor orbitali ale căror axe sunt paralele

pp

Când se formează o legătură chimică, electronii atomilor care ocupau anterior orbitali atomici (AO) se mută la noi orbitali moleculari (MO). Matematic, un orbital molecular este descris de o nouă funcție de undă, care este o combinație liniară a funcțiilor de undă ale orbitalilor atomici:

ψ s = A 1 .ψ 1 + A 2. ψ 2

Când orbitalii atomici (AO) se suprapun, apare același număr de orbitali moleculari (MO). Într-o legătură localizată, doi orbitali atomici se suprapun, rezultând doi orbitali moleculari. Unul dintre MO are o energie mai mică decât energia originalului AO ( conectarea orbital), iar celălalt MO are o energie mai mare decât energia AO ( antilegare sau slăbirea orbital):

Educaţie S– comunicatii

S* – orbital antibondant

- - - - - - - - - - -

- - - - - - - - - - - - - - σ S– orbital de legătură

Educație π R– comunicatii

- - - - - - - - - - - - - - - π R z * – orbital antibondant

-- - - - - - - -

p z p z - - - - - - - - - - - - - - - - - π R z – orbital de legătură

Pentru elementele primelor trei perioade, nivelurile de energie ale MO sunt de obicei completate în următoarea secvență:

σ 1s < σ 1s * < σ 2s < σ 2s * < σ 2px < π 2py = π 2pz < π 2py * = π 2pz * < σ 2px * < …

Ca exemplu, în conformitate cu această secvență, să umplem „rafturile” de energie ale moleculelor MO de azot N2 și monoxid de carbon CO:

O moleculă de azot este formată din doi atomi de azot:

N(1s 2 2s 2 2p 3)+ N(1s 2 2s 2 2p 3) → N 2 [(σ 1s) 2 (σ 1s*) 2 (σ 2s) 2 (σ 2s*) 2 (σ 2p) 2 (π 2py) 2 (π 2pz) 2 ],

7 electroni 7 electroni 14 electroni

O moleculă de monoxid de carbon constă dintr-un atom de carbon și un atom de oxigen

C(1s 2 2s 2 2p 2)+ O(1s 2 s 2 2p 4) → CO[(σ 1s) 2 (σ 1s*) 2 (σ 2s) 2 (σ 2s*) 2 (σ 2p) 2 (π 2py) 2 (π 2pz) 2 ]

6 electroni 8 electroni 14 electroni

Orbitalii moleculari ai N 2 și CO conțin fiecare câte 14 electroni. După cum se poate vedea din diagramele de mai sus, conținutul parantezelor pătrate (MO) pentru aceste molecule este identic. Compușii de acest fel cu aceeași structură MO se numesc compuși cu structura izoelectronica. Astfel de compuși au proprietăți fizice destul de asemănătoare (vezi Tabelul 2).

masa 2

Proprietățile fizice ale azotului N 2 și ale monoxidului de carbon CO

Ordinea comunicării o luăm egală cu jumătatea diferenței dintre numărul de electroni localizați în orbitalii de legătură și numărul de electroni aflați în orbitalii de antilegături:

n = ½ . (N Sf. – N rezoluţie )

Unde: n – ordine de comunicare,

N Sf. – numărul de electroni în orbitalii de legătură

N rezoluţie – numărul de electroni localizați în orbitalii antilegători.

Pe baza construcției orbitalilor moleculari ai moleculei de CO, constatăm că ordinea legăturilor dintre atomii de C și O este n= 3, care a fost presupus teoria octetului(A se vedea secțiunea 1.1).

Criteriile experimentale pentru comanda obligațiunilor sunt:

energie de comunicare,

Lungimea link-ului,

Parametrii spectrului IR (constanta de putere).

Tema 6 Configurații electronice ale atomilor elementelor chimice.

1. Conceptul de orbitali. s-, R- Și d-orbitali.

2. Configurații electronice ale atomilor elementelor chimice.

Conceptul de orbitali. orbitalii s-, p- și d

Un atom este o particulă neutră din punct de vedere electric care constă dintr-un nucleu încărcat pozitiv și electroni încărcați negativ.

Electronii sunt localizați în jurul nucleului la niveluri de energie, al căror număr este egal cu numărul perioadei.

Un orbital atomic este o imagine geometrică care corespunde volumului spațiului din jurul nucleului atomic, care corespunde cu probabilitatea de 90% de a găsi un electron în acest volum (sub formă de particulă) și, în același timp, cu densitatea de sarcină de 90% a electronul (sub formă de undă).

O examinare atentă a spectrelor atomice arată că liniile „groase” cauzate de tranzițiile între nivelurile de energie sunt de fapt împărțite în linii mai subțiri. Aceasta înseamnă că învelișurile de electroni sunt de fapt împărțite în subînvelișuri. Subshell-urile electronice sunt desemnate prin tipurile de linii care le corespund în spectre atomice:

s-subshell este numit pentru „ascuțit” s-linii - ascuțit;
p-subshell este numit după „principal” p-linii - principal;
d-subshell este numit după „difuză” d-linii - difuz;
f-subshell este numit după „fundamental” f-linii - fundamental.

Nivelurile de energie, subnivelurile și orbitalii unui atom multielectron

Nivel energetic n	Subnivelul energetic	Desemnarea orbitală	Numărul de orbitali n	Numărul de electroni 2n
l	tip de orbital
		s	1s
		s p	2s 2p	1 3 4	2 8
		s p d	3s 3p 3d	1 3 9	2 6 18
		s p d f	4s 4p 4d 4f	1 3 16	2 6 32

Principiul Pauli: un atom nu poate avea doi electroni în stări identice.

În conformitate cu principiul Pauli, se poate argumenta că fiecare electron dintr-un atom este caracterizat în mod unic de propriul său set de patru numere cuantice - principalul n, orbital l, magnetic mși spin s.

Populația nivelurilor energetice, subnivelurilor și orbitalilor atomici de către electroni este supusă următoarei reguli (principiul energiei minime): în stare neexcitată, toți electronii au cea mai mică energie.

Aceasta înseamnă că fiecare dintre electronii care umple învelișul unui atom ocupă un astfel de orbital încât atomul în ansamblu are o energie minimă. Creșterea cuantică constantă a energiei subnivelurilor are loc în următoarea ordine:

1s – 2s – 2p - 3s – 3p - 4s – 3d – 4p - 5s-…..

Umplerea orbitalilor atomici în cadrul unui subnivel energetic are loc în conformitate cu regula formulată de fizicianul german F. Hund (1927).

Regula lui Hund: orbitalii atomici aparținând aceluiași subnivel sunt fiecare umplut mai întâi cu un electron, apoi sunt umpluți cu al doilea electroni.

Regula lui Hund se mai numește și principiul multiplicității maxime, adică. direcția paralelă maximă posibilă a spinilor electronilor dintr-un subnivel de energie.

Un atom liber nu poate avea mai mult de opt electroni la cel mai înalt nivel de energie.

Se numesc electronii situati la cel mai inalt nivel de energie al unui atom (in stratul exterior de electroni). extern; Numărul de electroni exteriori dintr-un atom al oricărui element nu este niciodată mai mare de opt. Pentru multe elemente, numărul de electroni externi (cu subniveluri interne pline) este cel care determină în mare măsură proprietățile lor chimice. Pentru alți electroni ai căror atomi au un subnivel intern neumplut, de exemplu 3 d- subnivelul atomilor elementelor precum Sc, Ti, Cr, Mn etc., proprietățile chimice depind de numărul de electroni interni și externi. Toți acești electroni sunt numiți valenţă; în formulele electronice prescurtate ale atomilor se scriu după simbolul scheletului atomic, adică după expresia dintre paranteze drepte.