orbitals เลวเป็นผู้ที่อยู่ในระดับพลังงานเดียวกัน ตามคำจำกัดความนี้ต้องมีเลขควอนตัมหลัก n เหมือนกัน ดังนั้นวงโคจร 2s และ 2p จึงเสื่อมลงเนื่องจากอยู่ในระดับพลังงาน 2 อย่างไรก็ตามเป็นที่ทราบกันดีว่าฟังก์ชันคลื่นเชิงมุมและแนวรัศมีต่างกัน
เมื่อค่าของ n เพิ่มขึ้นอิเล็กตรอนจะเริ่มครอบครองระดับพลังงานอื่น ๆ เช่นวงโคจร d และ f แต่ละวงโคจรเหล่านี้มีลักษณะเฉพาะของตัวเองซึ่งเมื่อมองแวบแรกสามารถมองเห็นได้ในรูปทรงเชิงมุม เหล่านี้คือรูปทรงกลมดัมเบลล์ (p) โคลเวอร์ลีฟ (d) และทรงกลม (f)
ที่มา: Gabriel Bolívar
ระหว่างพวกเขามีความแตกต่างกันอย่างมากแม้จะอยู่ในระดับเดียวกัน n
ตัวอย่างเช่นภาพด้านบนแสดงโครงร่างพลังงานที่วงโคจรถูกครอบครองโดยอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ (กรณีผิดปกติ) จะเห็นได้ว่าสิ่งที่เสถียรที่สุดทั้งหมด (อันที่มีพลังงานต่ำสุด) คือ ns ออร์บิทัล (1s, 2s, … ) ในขณะที่ nf ไม่เสถียรที่สุด (อันที่มีพลังงานสูงสุด)
ออร์บิทัลที่เสื่อมสภาพของอะตอมที่แยกได้
ออร์บิทัลที่เสื่อมสภาพโดยมีค่า n เท่ากันอยู่ในแนวเดียวกันในโครงการพลังงาน ด้วยเหตุนี้แถบสีแดงสามแถบที่เป็นสัญลักษณ์ของวงโคจรจึงอยู่บนเส้นเดียวกัน เช่นเดียวกับแถบสีม่วงและสีเหลืองในลักษณะเดียวกัน
แผนภาพในภาพละเมิดกฎของ Hund: วงโคจรที่มีพลังงานสูงกว่าจะเต็มไปด้วยอิเล็กตรอนโดยไม่ได้จับคู่ก่อนในวงโคจรที่มีพลังงานต่ำกว่า เมื่ออิเล็กตรอนเข้าคู่กันวงโคจรจะสูญเสียพลังงานและออกแรงผลักไฟฟ้าสถิตมากขึ้นกับอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ของวงโคจรอื่น
อย่างไรก็ตามผลกระทบดังกล่าวไม่ได้รับการพิจารณาในแผนภาพพลังงานจำนวนมาก ถ้าเป็นเช่นนั้นและปฏิบัติตามกฎของฮันด์โดยไม่เติม d ออร์บิทัลให้สมบูรณ์จะเห็นได้ว่าพวกมันหยุดการเสื่อมสภาพ
ตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้แต่ละออร์บิทัลมีลักษณะเฉพาะของตัวเอง อะตอมที่แยกได้ซึ่งมีโครงสร้างแบบอิเล็กทรอนิกส์มีอิเล็กตรอนจัดเรียงตามจำนวนออร์บิทัลที่แม่นยำเพื่อรองรับพวกมัน เฉพาะผู้ที่มีพลังงานเท่ากันเท่านั้นที่จะถือว่าเสื่อมถอย
วงโคจรน
แถบสีแดงสามแถบสำหรับวงโคจร p ที่เสื่อมสภาพในภาพแสดงว่า p x , p และ p zมีพลังงานเท่ากัน มีอิเล็กตรอนที่ไม่ได้จับคู่ในแต่ละตัวซึ่งอธิบายด้วยตัวเลขควอนตัมสี่ตัว (n, l, ml และ ms) ในขณะที่สามตัวแรกอธิบายถึงวงโคจร
ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวระหว่างพวกเขาแสดงโดยโมเมนต์แม่เหล็ก ml ซึ่งวาดเส้นทางของ p xบนแกน x, p yบนแกน y และ p zบนแกน z ทั้งสามเหมือนกัน แต่แตกต่างกันในการวางแนวเชิงพื้นที่เท่านั้น ด้วยเหตุนี้พวกมันจึงถูกดึงให้อยู่ในแนวเดียวกันเสมอนั่นคือความเสื่อมถอย
เนื่องจากมีค่าเท่ากันอะตอมของไนโตรเจนที่แยกได้ (ที่มีการกำหนดค่า 1s 2 2s 2 2p 3 ) จะต้องรักษาการเสื่อมสภาพทั้งสาม p อย่างไรก็ตามสถานการณ์ด้านพลังงานจะเปลี่ยนไปทันทีหากพิจารณาอะตอม N ภายในโมเลกุลหรือสารประกอบทางเคมี
ทำไม? เนื่องจากแม้ว่า p x , p และและ p zจะมีพลังงานเท่ากัน แต่ก็อาจแตกต่างกันไปในแต่ละชนิดหากมีสภาพแวดล้อมทางเคมีที่แตกต่างกัน นั่นคือถ้าพวกมันจับกับอะตอมต่างกัน
วงโคจรง
มีแถบสีม่วงห้าแถบที่แสดงถึงวงโคจร d ในอะตอมที่แยกตัวออกมาแม้ว่าจะมีอิเล็กตรอนที่จับคู่อยู่ก็ตามวงโคจรทั้งห้านี้ถือว่าเสื่อมถอย อย่างไรก็ตามแตกต่างจากวงโคจร p คราวนี้มีความแตกต่างอย่างเห็นได้ชัดในรูปทรงเชิงมุมของพวกมัน
ดังนั้นอิเล็กตรอนของมันจึงเดินทางไปในอวกาศที่แตกต่างกันไปในแต่ละออร์บิทัล สาเหตุนี้ตามทฤษฎีของสนามผลึกที่การรบกวนน้อยที่สุดทำให้วงโคจรเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า นั่นคือแถบสีม่วงห้าแถบแยกออกจากกันทำให้เกิดช่องว่างระหว่างพลังงาน:
ที่มา: Gabriel Bolívar
วงโคจรด้านบนคืออะไรและวงโคจรด้านล่างคืออะไร? ผู้ที่ดังกล่าวข้างต้นเป็นสัญลักษณ์อีกรัมและผู้ที่อยู่ด้านล่างเสื้อ2g หมายเหตุวิธีแรกทุกลายเส้นสีม่วงถูกจัดชิดและตอนนี้ชุดของสองอีกรัม orbitals มีพลังมากขึ้นกว่าชุดอื่น ๆ ของสามที2g orbitals ที่ถูกสร้างขึ้น
ทฤษฎีนี้ช่วยให้เราสามารถอธิบายการเปลี่ยน dd ซึ่งมีหลายสีที่สังเกตได้ในสารประกอบของโลหะทรานซิชัน (Cr, Mn, Fe ฯลฯ ) และการรบกวนทางอิเล็กทรอนิกส์นี้เกิดจากอะไร? กับปฏิสัมพันธ์ประสานงานของศูนย์โลหะกับโมเลกุลอื่น ๆ ที่เรียกว่าลิแกนด์
วงโคจรฉ
และด้วยวงโคจร f แถบสีเหลืองสักหลาดทำให้สถานการณ์ซับซ้อนยิ่งขึ้น ทิศทางเชิงพื้นที่ของพวกเขาแตกต่างกันอย่างมากระหว่างพวกเขาและการแสดงภาพลิงก์ของพวกเขาจะซับซ้อนเกินไป
ในความเป็นจริง f ออร์บิทัลถือได้ว่ามีการหุ้มภายในมากจนพวกมันไม่“ มีส่วนร่วมอย่างน่าชื่นชม” ในการสร้างพันธะ
เมื่ออะตอมที่แยกได้ซึ่งมีวงโคจร f ล้อมรอบตัวเองกับอะตอมอื่น ๆ การโต้ตอบเริ่มต้นและการคลี่ออกจะเกิดขึ้น (การสูญเสียความเสื่อม):
ที่มา: Gabriel Bolívar
สังเกตว่าตอนนี้แถบสีเหลืองประกอบกันเป็นสามชุด: t 1g , t 2gและ1gและจะไม่เสื่อมอีกต่อไป
วงโคจรไฮบริดที่เสื่อมโทรม
ได้เห็นแล้วว่าวงโคจรสามารถคลี่ออกและสูญเสียความเสื่อมได้ อย่างไรก็ตามแม้ว่าสิ่งนี้จะอธิบายถึงการเปลี่ยนผ่านทางอิเล็กทรอนิกส์ แต่ก็มีการอธิบายว่าทำไมจึงมีรูปทรงโมเลกุลที่แตกต่างกัน นี่คือที่มาของวงโคจรแบบไฮบริด
ลักษณะสำคัญคืออะไร? ว่าจะเสื่อม ดังนั้นพวกมันจึงเกิดขึ้นจากการผสมอักขระของ s, p, d และ f ออร์บิทัลเพื่อให้กำเนิดลูกผสมที่เสื่อมสภาพ
ยกตัวอย่างเช่นสาม orbitals พีผสมกับอย่างใดอย่างหนึ่งเพื่อให้สี่ SP 3 orbitals ออร์บิทัล sp 3ทั้งหมดเสื่อมลงดังนั้นจึงมีพลังงานเท่ากัน
ถ้าในนอกจากนี้สอง d orbitals จะผสมกับสี่ SP 3เราจะได้รับหก SP 3 d 2 orbitals
และพวกเขาอธิบายรูปทรงโมเลกุลอย่างไร? เนื่องจากมีพลังงานหกตัวที่มีพลังงานเท่ากันดังนั้นจึงต้องวางแนวสมมาตรในอวกาศเพื่อสร้างสภาพแวดล้อมทางเคมีที่เท่าเทียมกัน (ตัวอย่างเช่นในสารประกอบ MF 6 )
เมื่อทำเช่นนั้นจะมีการสร้างรูปแปดเหลี่ยมประสานซึ่งเท่ากับรูปทรงแปดเหลี่ยมรอบจุดศูนย์กลาง (M)
อย่างไรก็ตามรูปทรงเรขาคณิตมักจะบิดเบี้ยวซึ่งหมายความว่าแม้แต่วงโคจรแบบไฮบริดก็ยังไม่เสื่อมสภาพอย่างสมบูรณ์ ดังนั้นโดยสรุปแล้วออร์บิทัลที่เสื่อมสภาพจะมีอยู่ในอะตอมที่แยกได้หรือในสภาพแวดล้อมที่สมมาตรสูงเท่านั้น
อ้างอิง
- พจนานุกรม Chemicool (2017) ความหมายของ Degenerate ดึงมาจาก: chemicool.com
- SparkNotes LLC. (2018) อะตอมและวงโคจรของอะตอม ดึงมาจาก: sparknotes.com
- เคมีบริสุทธิ์ (เอสเอฟ) การกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์ สืบค้นจาก: es-puraquimica.weebly.com
- Whitten, Davis, Peck & Stanley (2008) เคมี. (ฉบับที่ 8) CENGAGE การเรียนรู้
- โมเรโนอาร์เอสปาร์ซา (2009) หลักสูตรเคมีประสานงาน: เขตข้อมูลและวงโคจร . กู้คืนจาก: depa.fquim.unam.mx
- ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์. (พิมพ์ครั้งที่สี่). Mc Graw Hill