Химияда жана физикада атомдук орбитальдар – молекуладагыдай атомдук ядронун же ядролор системасынын жанында экиден ашпаган электронго мүнөздүү болгон касиеттерди сүрөттөгөн толкун функциясы деп аталган функция. Орбитал көбүнчө үч өлчөмдүү аймак катары сүрөттөлөт, анын ичинде электронду табуу мүмкүнчүлүгү 95% болот.
Орбитальдар жана орбиталар
Планета Күндү айланып жүргөндө орбита деп аталган жолду кармайт. Ошо сыяктуу эле, атом ядронун айланасындагы орбиталарда айланып электрондор катары көрсөтүлүшү мүмкүн. Чынында, нерселер ар кандай жана электрондор атомдук орбитальдар деп аталган мейкиндиктин аймактарында. Химия Шредингер толкун теңдемесин эсептөө үчүн атомдун жөнөкөйлөштүрүлгөн модели менен канааттанат жана ошого жараша электрондун мүмкүн болгон абалын аныктайт.
Орбиталар менен орбитальдар окшош угулат, бирок алардын мааниси такыр башка. Алардын ортосундагы айырманы түшүнүү абдан маанилүү.
Орбиталарды көрсөтүү мүмкүн эмес
Бир нерсенин траекториясын түзүү үчүн объект кайда экенин так билишиңиз керекжайгашкан жана анын кайсы жерде болоорун бир аздан кийин аныктай алат. Бул электрон үчүн мүмкүн эмес.
Гейзенбергдин белгисиздик принцибине ылайык, бөлүкчө учурда кайда жана кийин кайда болорун так билүү мүмкүн эмес. (Чынында, принцип анын импульсун жана импульсун бир эле учурда жана абсолюттук тактык менен аныктоо мүмкүн эмес деп айтылат).
Ошондуктан, ядронун айланасында электрондун орбитасын куруу мүмкүн эмес. Бул чоң көйгөйбү? Жок. Эгер бир нерсе мүмкүн болбосо, аны кабыл алып, аны чечүүнүн жолдорун табуу керек.
Суутек электрону – 1s-орбитал
Бир суутек атому бар дейли жана белгилүү бир убакта бир электрондун абалы графикалык түрдө чагылдырылган. Андан көп узабай процедура кайталанат жана байкоочу бөлүкчө жаңы абалда экенин табат. Ал биринчи орундан экинчи орунга кантип жеткени белгисиз.
Ушинтип улантсаңыз, бара-бара бөлүкчө болушу мүмкүн болгон 3D картасын түзөсүз.
Суутек атому болгон учурда, электрон ядрону курчап турган сфералык мейкиндиктин каалаган жеринде болушу мүмкүн. Диаграммада бул сфералык мейкиндиктин кесилиши көрсөтүлгөн.
Убакыттын
95% (же башка пайыз, анткени ааламдын өлчөмү гана жүз пайыз ишенимди камсыздай алат) электрон мейкиндиктин оңой аныкталган аймагында, ядрого жетиштүү жакын жерде болот. Мындай аймак орбитал деп аталат. Атомдук орбитальдарэлектрон бар мейкиндик аймактары.
Ал жерде эмне кылып жүрөт? Биз билбейбиз, биле албайбыз, ошондуктан бул көйгөйгө көңүл бурбайбыз! Эгерде электрон белгилүү бир орбиталда болсо, анда ал белгилүү бир энергияга ээ болот деп гана айта алабыз.
Ар бир орбиталдын аты бар.
Суутек электрону ээлеген мейкиндик 1s-орбитал деп аталат. Бул жердеги бирдик бөлүкчөнүн ядрого эң жакын энергия деңгээлинде экенин билдирет. S орбитанын формасы жөнүндө айтып берет. S-орбиталдары ядрого карата сфералык симметриялуу - жок дегенде борборунда ядросу бар кыйла тыгыз материалдан турган көңдөй шар сыяктуу.
2сек
Кийинки орбитал 2сек. Ал 1ге окшош, бирок электрондун эң ыктымалдуу жайгашкан жери ядродон алысыраак. Бул экинчи энергетикалык деңгээлдеги орбитал.
Эгер жакшылап карасаңыз, ядрого жакыныраак жерде электрон тыгыздыгы бир аз жогорураак болгон дагы бир аймак бар экенин байкайсыз («тығыздык» бул бөлүкчөнүн белгилүү бир жерде болуу ыктымалдыгын көрсөтүүнүн дагы бир жолу).
2s электрондору (жана 3с, 4с, ж.б.) убактысынын бир бөлүгүн атомдун борборуна күткөндөн алда канча жакыныраак өткөрүшөт. Мунун натыйжасы s-орбитальдарда алардын энергиясынын бир аз төмөндөшү. Электрондор ядрого жакындаган сайын алардын энергиясы азаят.
3s-, 4s-орбитальдар (ж.б.у.с.) атомдун борборунан алыстап баратышат.
P-орбитальдар
Бардык электрондор s орбиталда жашай бербейт (чындыгында алардын өтө азы жашайт). Биринчи энергия деңгээлинде алар үчүн бир гана жеткиликтүү жер 1сек, экинчисинде 2сек жана 2p кошулат.
Бул түрдөгү орбитальдар өзөктө бири-бирине туташкан 2 окшош шарга окшош. Диаграмма мейкиндиктин 3 өлчөмдүү аймагынын кесилишин көрсөтөт. Дагы бир жолу, орбитал жалгыз электронду табуу 95 пайыздык шансы бар аймакты гана көрсөтөт.
Эгерде орбитанын бир бөлүгү тегиздиктин үстүндө, экинчи бөлүгү анын астында боло тургандай кылып ядро аркылуу өткөн горизонталдык тегиздикти элестетсек, анда бул тегиздикте электронду табуу ыктымалдыгы нөлгө барабар болот.. Анда бөлүкчө ядронун тегиздигинен эч качан өтө албаса, бир бөлүктөн экинчи бөлүккө кантип өтөт? Бул анын толкундуу мүнөзүнө байланыштуу.
s-дан айырмаланып, p-орбитал белгилүү бир багытка ээ.
Энергиянын каалаган деңгээлинде бири-бирине туура бурчта жайгашкан үч абсолюттук эквиваленттүү p-орбиталга ээ боло аласыз. Алар px, py жана pz символдору менен каалагандай белгиленет. Бул ыңгайлуулук үчүн кабыл алынган - атом мейкиндикте туш келди кыймылдагандыктан, X, Y же Z багыттары тынымсыз өзгөрүп турат.
Экинчи энергетикалык деңгээлдеги P-орбитальдар 2px, 2py жана 2pz деп аталат.. Кийинкилерде окшош орбитальдар бар - 3px, 3py, 3pz, 4px, 4py,4pz жана башкалар.
Биринчиден башка бардык деңгээлдер p-орбиталдарына ээ. Жогорку деңгээлдеги "желекчелер" узунураак болуп, электрондун ядродон көбүрөөк аралыкта жайгашуусу мүмкүн.
d- жана f-орбиталдары
s жана p орбиталдарынан тышкары, жогорку энергетикалык деңгээлдеги электрондор үчүн дагы эки орбитал топтому бар. Үчүнчүсүндө, беш d-орбитал (татаал формалар жана аталыштар менен), ошондой эле 3s- жана 3p-орбитальдар (3px, 3py болушу мүмкүн., 3pz). Бул жерде жалпысынан 9 бар.
Төртүнчүдө, 4s жана 4p жана 4d менен бирге 7 кошумча f-орбитал пайда болот - бардыгы 16, ошондой эле бардык жогорку энергия деңгээлдеринде жеткиликтүү.
Электрондордун орбиталдарда жайгашуусу
Атомду эң кооз үй (төңкөрүлгөн пирамида сыяктуу) катары кароого болот, биринчи кабатта ядросу жана жогорку кабаттарында электрондор ээлеген ар кандай бөлмөлөр бар:
- биринчи кабатта 1 гана бөлмө бар (1s);
- экинчи бөлмөдө мурунтан эле 4 (2s, 2px, 2py жана 2pz);
- үчүнчү кабатта 9 бөлмө (бир 3с, үч 3p жана беш 3d орбитал) жана башкалар бар.
Бирок бөлмөлөр анча чоң эмес. Алардын ар бири 2 гана электронду кармай алат.
Бул бөлүкчөлөрдүн атомдук орбиталарын көрсөтүүнүн ыңгайлуу жолу - бул "кванттык клеткаларды" тартуу.
Кванттык клеткалар
ЯдролукОрбиталдарды төрт бурчтуктар түрүндө көрсөтсө болот, аларда электрондор жебелер түрүндө көрсөтүлөт. Көбүнчө жогору жана ылдый жебелер бул бөлүкчөлөрдүн ар башка экенин көрсөтүү үчүн колдонулат.
Атомдун ар кандай электрондорго болгон муктаждыгы кванттык теориянын натыйжасы. Эгерде алар ар башка орбиталарда болсо, бул жакшы, бирок алар бир орбитада болсо, анда алардын ортосунда кандайдыр бир тымызын айырма болушу керек. Кванттык теория бөлүкчөлөргө "спин" деп аталган касиетти берет, бул жебелердин багытын билдирет.
Эки электрону бар
1s орбиталы өйдө жана ылдый караган эки жебе менен квадрат түрүндө көрсөтүлгөн, бирок аны 1s2 катары да тезирээк жазууга болот. Анда "бирдин экиси" эмес, "бирдин экиси" деп жазылган. Бул белгилердеги сандарды чаташтырбоо керек. Биринчиси - энергия деңгээли, экинчиси - орбиталдагы бөлүкчөлөрдүн саны.
Гибриддөө
Химияда гибриддештирүү – атомдук орбитальдарды химиялык байланыштарды түзүү үчүн электрондорду жупташтыра алган жаңы гибриддик орбиталдарга аралаштыруу түшүнүгү. Sp гибриддештирүү алкиндер сыяктуу кошулмалардын химиялык байланыштарын түшүндүрөт. Бул моделде 2s жана 2p көмүртек атомдук орбиталдары аралашып, эки sp орбиталын түзөт. Ацетилен C2H2 σ-байланыш жана эки кошумча π-байланыш түзүү менен эки көмүртек атомунун sp-sp чырмалышынан турат.
Каныккан углеводороддордогу көмүртектин атомдук орбиталдары барокшош гибрид sp3 - гантелге окшош орбитальдар, алардын бир бөлүгү экинчисинен алда канча чоңураак.
Sp2-гибриддештирүү мурункуларына окшош жана бир s жана эки p-орбиталды аралаштыруу менен түзүлөт. Мисалы, этилен молекуласында үч sp2- жана бир p-орбитал пайда болот.
Атомдук орбитальдар: толтуруу принциби
Химиялык элементтердин мезгилдик системасында бир атомдон экинчи атомго өтүүнү элестетүү менен, кийинки жеткиликтүү орбитага кошумча бөлүкчө коюу менен кийинки атомдун электрондук түзүлүшүн түзүүгө болот.
Электрондор, жогорку энергетикалык деңгээлдерди толтурганга чейин, ядрого жакын жайгашкан төмөнкү катмарларды ээлейт. Тандоо бар жерде алар орбиталдарды өзүнчө толтурат.
Бул толтуруу тартиби Хунд эрежеси катары белгилүү. Ал атомдук орбитальдардын энергиясы бирдей болгондо гана колдонулат, ошондой эле электрондордун ортосундагы түртүүнү азайтып, атомду туруктуураак кылууга жардам берет.
Көңүл буруңуз: s-орбитал ар дайым бирдей энергетикалык деңгээлдеги p орбиталынан бир аз азыраак энергияга ээ, андыктан биринчиси ар дайым экинчисинен мурда толот.
Чындыгында таң калыштуусу - 3d орбиталдарынын абалы. Алар 4s караганда жогорураак деңгээлде, андыктан адегенде 4s орбиталдары, андан кийин бардык 3d жана 4p орбитальдары толтурат.
Ошол башаламандык жогорку деңгээлде пайда болуп, ортосу көбүрөөк өрүлгөн. Ошондуктан, мисалы, 4f атомдук орбитальдар бетиндеги бардык жерлерге чейин толтурулбайт6сек.
Толтуруу тартибин билүү электрондук түзүлүштөрдү кантип сүрөттөш керек экенин түшүнүү үчүн маанилүү.
