Chemija · Pamoka
Orbitalės – kvantiniai aprašai, o ne planetų trajektorijos
Interpretuokite orbitales kaip kvantinius elektronų būsenų aprašus. Skaitykite tikimybės sritis, posluoksnių žymenis ir sukinio simbolius, nelaikydami jų trajektorijomis ar griežtas ribas turinčiomis talpyklomis.
Grįžti į chemijos planąBaigę pamoką, galėsite
- Atskirti banginę funkciją nuo tikimybės tankio.
- Suskaičiuoti posluoksnio orbitales ir nustatyti didžiausią jose galintį būti elektronų skaičių.
- Paaiškinti debesies kontūrų ir sukinio rodyklių vaizdavimo ribotumus.
Orbitalė aprašo būseną, o ne trajektoriją
Atominė orbitalė yra kvantinis aprašas, naudojamame modelyje susietas su vieno elektrono bangine funkcija. Normuotos banginės funkcijos modulio kvadratas nusako tikimybės tankį. Norint gauti tikimybę tam tikroje srityje, šį tankį reikia integruoti toje srityje. Didelio tikimybės tankio sritis yra vieta, kurioje, esant nurodytai būsenai ir atliekant nurodytą matavimą, elektroną aptikti labiau tikėtina.
Debesies piešinys nėra išplaukusia orbita skriejančio elektrono judėjimo įrašas. Jis taip pat nėra vientisas elektronų pripildytas indas. Piešinys perteikia tikimybės pasiskirstymą arba pasirinktą jo kontūrą. Kontūras, apgaubiantis sritį su nurodyta tikimybe, yra vaizdavimui pasirinkta riba; už jos tikimybė nebūtinai staiga sumažėja iki nulio.
Sluoksnių ir posluoksnių žymenys sistemina būsenas
Įvadiniuose atomo modeliuose n žymi pagrindinį elektronų sluoksnį, o l – posluoksnį. Vertės l = 0, 1, 2 ir 3 atitinka s, p, d ir f posluoksnius. Sluoksnyje, kurio pagrindinis kvantinis skaičius yra n, l gali įgyti vertes nuo 0 iki n − 1. Taigi žymuo 2p reiškia n = 2 ir l = 1; pagal šias taisykles 1p posluoksnis negalimas.
Posluoksnyje yra 2l + 1 orbitalių: viena s, trys p, penkios d arba septynios f orbitalės. Magnetinis kvantinis skaičius žymi to posluoksnio orbitalines būsenas. Šie žymenys yra kvantinio modelio dalis, o ne mažos adresų vietos, nepriklausančios nuo fizikinės sistemos ar aplinkos.
Sukinio rodyklės žymi projekcijas
Elektronų sukinio kvantinis skaičius yra 1/2, o sukinio projekcija pasirinktos ašies kryptimi turi du leistinus žymenis. Įvadinėse orbitalių užpildymo diagramose jie vaizduojami aukštyn ir žemyn nukreiptomis rodyklėmis. Rodyklės nereiškia, kad elektronas yra mechaniškai besisukantis rutulys arba kad nupiešta rodyklė nurodo jo trajektoriją erdvėje.
Pagal Paulio principą vienoje erdvinėje orbitalėje gali būti ne daugiau kaip du elektronai su priešingomis sukinio projekcijomis. Derinant šią ribą su orbitalių skaičiumi, s, p, d ir f posluoksniuose gali būti atitinkamai ne daugiau kaip 2, 6, 10 ir 14 elektronų. Tai yra viršutinė elektronų skaičiaus riba, o ne garantija, kad posluoksnyje yra elektronų ar kad jis užpildytas.
| Posluoksnio tipas | l | Orbitalių skaičius, 2l + 1 | Didžiausias elektronų skaičius |
|---|---|---|---|
| s | 0 | 1 | 2 |
| p | 1 | 3 | 6 |
| d | 2 | 5 | 10 |
| f | 3 | 7 | 14 |
Posluoksnių tipų talpos pagal Paulio principą. Kiekvienoje erdvinėje orbitalėje gali būti daugiausia du elektronai su priešingomis sukinio projekcijomis; lentelė nerodo faktinio užpildymo.
Perskaitykite formos brėžinio legendą
Tinkamame izoliuoto atomo modelyje s orbitalės tankis yra sferiškai simetriškas. Įprastuose p orbitalių brėžiniuose dažnai vaizduojamos dvi skiltys. Spalvos, kuriomis atskiriami banginės funkcijos ženklai ar fazės, nereiškia teigiamo ir neigiamo elektrinio krūvio skiltyse. Skirtingose srityse elektrono krūvio ženklas nesikeičia.
Orbitalių brėžiniai priklauso nuo vaizduojamo dydžio ir pasirinkto kontūro. Daugiaelektronių atomų ir molekulių atveju orbitalės yra artutinio aprašymo dalis, o jame reikia atsižvelgti į sąveikas ir simetriją. Naudokitės forma su žymėjimais, kad atsakytumėte į konkretų klausimą, ir venkite vien iš paveikslo spręsti apie tikslų atomo dydį, trajektoriją ar griežtą ribą.
Išnagrinėti pavyzdžiai
Apskaičiuokite p posluoksnio talpą
Kodėl p posluoksnyje gali būti daugiausia šeši elektronai?
- p posluoksniui l = 1.
- Orbitalių skaičius yra 2l + 1 = 3.
- Kiekvienoje erdvinėje orbitalėje gali būti daugiausia du elektronai, taigi 3 × 2 = 6.
Šeši elektronai yra didžiausia talpa, bet nebūtinai elektronų skaičius konkretaus atomo pagrindinėje būsenoje.
Pabandykite patys
Ar orbitalė yra elektrono planetinė trajektorija?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Tai kvantinės būsenos aprašas, naudojamas tikimybinei informacijai gauti.
Ar pagal nurodytas atomo kvantinių skaičių taisykles leidžiamas 1p posluoksnis?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Kai n = 1, leidžiama tik l = 0 vertė; tai 1s posluoksnis.
Kiek orbitalių yra d posluoksnyje ir kiek daugiausia elektronų jame telpa?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Penkios orbitalės ir dešimt elektronų.
Kai l = 2, gauname 2l + 1 = 5; pagal Paulio principą elektronų telpa dvigubai daugiau.
Ar priešingos p orbitalės skilčių spalvos reiškia, kad elektronas jose turi priešingus elektros krūvius?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Jomis paprastai atskiriamas banginės funkcijos ženklas arba fazė. Patikrinkite brėžinio legendą.
Ką verta įsidėmėti
- Orbitalės apibūdina būsenas ir tikimybinę informaciją, o ne trajektorijas.
- Nubrėžtas tikimybės kontūras yra vaizdavimo pasirinkimas.
- Posluoksnyje yra 2l + 1 orbitalių.
- Sukinio rodyklės žymi projekcijas; priešingoms skilčių spalvoms būtina nurodyti vaizdavimo susitarimą.
Šaltiniai
Mokomoji medžiaga ir žinynai, kuriais remiasi pamokos paaiškinimai ir pavyzdžiai.