Хими, физикийн шинжлэх ухаанд атомын орбиталууд нь молекул дахь нэгэн адил атомын цөм эсвэл цөмийн системийн ойр орчмын хоёроос илүүгүй электроны шинж чанарыг тодорхойлдог долгионы функц гэж нэрлэгддэг функц юм. Орбиталыг ихэвчлэн гурван хэмжээст бүс гэж дүрсэлдэг бөгөөд дотор нь электрон олох магадлал 95 хувьтай байдаг.
Орбитал ба тойрог зам
Гараг нарны эргэн тойронд эргэлдэхдээ тойрог зам гэж нэрлэгддэг замыг туулдаг. Үүний нэгэн адил атомыг цөмийн эргэн тойрон дахь тойрог замд эргэлдэж буй электронуудаар төлөөлж болно. Үнэн хэрэгтээ бүх зүйл өөр бөгөөд электронууд нь атомын тойрог зам гэж нэрлэгддэг орон зайн бүсэд байдаг. Хими нь Шредингерийн долгионы тэгшитгэлийг тооцоолох, үүний дагуу электроны боломжит төлөвийг тодорхойлох атомын хялбаршуулсан загварт сэтгэл хангалуун байдаг.
Орбитууд болон тойрог замууд нь адилхан сонсогддог боловч огт өөр утгатай. Тэдгээрийн ялгааг ойлгох нь туйлын чухал юм.
Орбитыг харуулах боломжгүй
Аливаа зүйлийн зам мөрийг зурахын тулд тухайн объект яг хаана байгааг мэдэх хэрэгтэйбайгаа бөгөөд энэ нь агшин зуур хаана болохыг тогтоох боломжтой. Энэ нь электроны хувьд боломжгүй зүйл.
Гейзенбергийн тодорхойгүй байдлын зарчмын дагуу бөөмс яг одоо хаана байгааг, дараа нь хаана байхыг мэдэх боломжгүй юм. (Үнэндээ түүний импульс, импульсийг нэгэн зэрэг, үнэмлэхүй нарийвчлалтайгаар тодорхойлох боломжгүй гэсэн зарчим байдаг).
Тиймээс цөмийн эргэн тойронд электрон тойрог зам барих боломжгүй. Энэ том асуудал мөн үү? Үгүй Хэрэв ямар нэг зүйл боломжгүй бол түүнийг хүлээн зөвшөөрч, түүнийг тойрон гарах арга замыг хайж олох хэрэгтэй.
Устөрөгчийн электрон – 1с-орбитал
Нэг устөрөгчийн атом байгаа бөгөөд тодорхой цаг хугацааны хувьд нэг электроны байрлалыг графикаар дүрсэлсэн гэж бодъё. Үүний дараа удалгүй процедур давтагдаж, ажиглагч бөөмс шинэ байрлалд байгааг олж мэдэв. Тэр хэрхэн нэгдүгээр байрнаас хоёрдугаар байрт хүрсэн нь тодорхойгүй байна.
Хэрэв та энэ байдлаараа үргэлжлүүлбэл бөөмс хаана байх магадлалтайг харуулсан 3D газрын зургийг аажмаар үүсгэх болно.
Устөрөгчийн атомын хувьд электрон нь цөмийг тойрсон бөмбөрцөг орон зайн аль ч хэсэгт байж болно. Диаграмм нь энэ бөмбөрцөг орон зайн хөндлөн огтлолыг харуулж байна.
Цагийн
95% (эсвэл өөр ямар ч хувь нь, зөвхөн орчлон ертөнцийн хэмжээ 100 хувь итгэлтэй байж чадна) электрон нь сансар огторгуйн нэлээн хялбар тодорхойлогдсон бүсэд, цөмд хангалттай ойрхон байх болно. Ийм бүсийг тойрог зам гэж нэрлэдэг. Атомын тойрог замууд ньэлектрон байгаа орон зайн мужууд.
Тэр тэнд юу хийж байгаа юм бэ? Бид мэдэхгүй, мэдэхгүй, тиймээс бид энэ асуудлыг үл тоомсорлодог! Хэрэв электрон тодорхой тойрог замд байвал тодорхой энергитэй болно гэж бид хэлж чадна.
Орбитал бүр нэртэй.
Устөрөгчийн электрон эзэлсэн орон зайг 1s-орбитал гэнэ. Энд байгаа нэгж нь бөөмс нь цөмд хамгийн ойр энергийн түвшинд байна гэсэн үг юм. S нь тойрог замын хэлбэрийн талаар өгүүлдэг. S-орбиталууд нь цөмийг тойрон бөмбөрцөг хэлбэртэй тэгш хэмтэй байдаг - наад зах нь төвдөө цөмтэй нэлээд нягт материалаас бүрдсэн хөндий бөмбөг шиг.
2с
Дараагийн тойрог зам нь 2 секунд байна. Энэ нь 1-тэй төстэй бөгөөд электроны хамгийн их магадлалтай байрлал нь цөмөөс хол байдаг. Энэ бол хоёр дахь энергийн түвшний тойрог зам юм.
Хэрэв та нар сайн ажиглавал цөмд ойртвол бага зэрэг өндөр электрон нягттай өөр муж байгааг анзаарах болно ("нягтрал" гэдэг нь энэ бөөмс тодорхой газар байх магадлалыг илтгэх өөр нэг арга юм).
2s электронууд (мөн 3s, 4s гэх мэт) зарим цагаа атомын төвд төсөөлж байснаас хамаагүй илүү ойртуулдаг. Үүний үр дүнд s-орбитал дахь энерги бага зэрэг буурч байна. Электронууд цөмд ойртох тусам тэдний энерги багасна.
3s-, 4s-орбиталууд (гэх мэт) атомын төвөөс урагшилж байна.
P-орбитал
Бүх электронууд s тойрог замд амьдардаггүй (үнэндээ тэдний маш цөөхөн нь амьдардаг). Эхний эрчим хүчний түвшинд тэдний цорын ганц боломжтой байршил нь 1 секунд, хоёрдугаарт 2с болон 2p нэмэгдсэн байна.
Энэ төрлийн тойрог замууд нь хоорондоо цөмөөрөө холбогдсон 2 ижил бөмбөлөгтэй төстэй. Диаграмм нь орон зайн 3 хэмжээст бүсийн хөндлөн огтлолыг харуулж байна. Дахин хэлэхэд тойрог зам нь зөвхөн нэг электрон олох 95 хувийн магадлалтай хэсгийг л харуулж байна.
Хэрэв бид цөмөөр дамжин өнгөрөх хэвтээ хавтгайг тойрог замын нэг хэсэг нь хавтгайн дээгүүр, нөгөө хэсэг нь доор байхаар төсөөлвөл энэ хавтгайд электрон олох магадлал тэг болно.. Хэрэв бөөмс цөмийн хавтгайг хэзээ ч дайрч чадахгүй бол нэг хэсгээс нөгөө хэсэг рүү яаж орох вэ? Энэ нь долгионы шинж чанартай холбоотой.
S-ээс ялгаатай нь p-орбитал нь тодорхой чиглэлтэй байдаг.
Энергийн аль ч түвшинд та өөр хоорондоо зөв өнцгөөр байрлах туйлын тэнцүү гурван p-орбиталтай байж болно. Тэдгээрийг px, py болон pz тэмдгээр дур мэдэн тэмдэглэдэг. Атом орон зайд санамсаргүй байдлаар хөдөлдөг тул X, Y эсвэл Z чиглэлүүд нь байнга өөрчлөгддөг гэсэн үг юм.
Хоёр дахь энергийн түвшний
Р-орбиталуудыг 2px, 2py ба 2pz гэж нэрлэдэг.. Дараагийнх нь ижил төстэй тойрог замууд байдаг - 3px, 3py, 3pz, 4px, 4py,4pz гэх мэт.
Эхнийхээс бусад бүх түвшин p-орбиталтай. Илүү өндөр түвшинд "дэлбээ" нь илүү сунадаг бөгөөд электроны байрлал нь цөмөөс илүү хол байх магадлалтай.
d- ба f-орбитал
s ба p орбиталуудаас гадна илүү өндөр энергийн түвшинд электронуудад үйлчлэх өөр хоёр орбитал байдаг. Гурав дахь нь таван d-орбитал (нарийн төвөгтэй хэлбэр, нэртэй), мөн 3s- ба 3p-орбитал (3px, 3py байж болно., 3pz). Энд нийт 9 байна.
Дөрөвдүгээрт, 4s, 4p, 4d-ийн хамт 7 нэмэлт f-орбитал гарч ирнэ - нийт 16, мөн бүх дээд энергийн түвшинд боломжтой.
Орбитал дахь электронуудыг байрлуулах
Атомыг нэг давхарт цөм нь амьдардаг, дээд давхарт нь электронууд байрладаг янз бүрийн өрөөнүүдтэй маш гоёмсог байшин (урвуутай пирамид шиг) гэж ойлгож болно:
- 1 давхарт ердөө 1 өрөө байна (1с);
- хоёрдахь өрөөнд аль хэдийн 4 (2s, 2px, 2py болон 2pz);
- гуравдугаар давхарт 9 өрөө (нэг 3с, гурван 3p, таван 3d орбитал) гэх мэт.
Гэхдээ өрөөнүүд нь тийм ч том биш. Тус бүр нь зөвхөн 2 электрон багтаах чадвартай.
Эдгээр бөөмсийн атомын тойрог замыг харуулах тохиромжтой арга бол "квант эс" зурах явдал юм.
Квант эс
ЦөмийнОрбиталуудыг дөрвөлжин хэлбэрээр, тэдгээрийн доторх электронуудыг сумаар дүрсэлж болно. Ихэнхдээ дээш доош сумнууд нь эдгээр хэсгүүд өөр байгааг харуулахын тулд ашиглагддаг.
Атомд өөр өөр электрон байх шаардлага нь квант онолын үр дагавар юм. Хэрэв тэд өөр тойрог замд байгаа бол зүгээр, гэхдээ нэг тойрог замд байгаа бол тэдгээрийн хооронд ямар нэгэн нарийн ялгаа байх ёстой. Квантын онол нь бөөмсүүдэд "эргэх" хэмээх шинж чанарыг өгдөг бөгөөд энэ нь сумны чиглэлийг илэрхийлдэг.
Хоёр электронтой
1s орбиталыг дээш доош чиглэсэн хоёр сумтай дөрвөлжин хэлбэрээр харуулсан боловч 1s2 гэж бүр ч хурдан бичиж болно. Энэ нь "нэг хоёрын квадрат" биш "нэг хоёр" гэж уншдаг. Эдгээр тэмдэглэгээн дэх тоонуудыг андуурч болохгүй. Эхнийх нь энергийн түвшин, хоёр дахь нь тойрог замд ногдох бөөмсийн тоо юм.
Эрлийзжүүлэлт
Химийн шинжлэх ухаанд эрлийзжилт гэдэг нь атомын орбиталуудыг электронуудыг хослуулан химийн холбоо үүсгэх чадвартай шинэ эрлийз орбитал болгон холих тухай ойлголт юм. Sp гибридизаци нь алкин зэрэг нэгдлүүдийн химийн холбоог тайлбарладаг. Энэ загварт 2s ба 2p нүүрстөрөгчийн атомын орбиталууд холилдон хоёр sp орбитал үүсгэдэг. Ацетилен C2H2 нь σ-бонд болон нэмэлт хоёр π-бонд үүсгэсэн хоёр нүүрстөрөгчийн атомын sp-sp орооцолдолоос бүрдэнэ.
Ханасан нүүрсустөрөгчид нүүрстөрөгчийн атомын орбиталууд байдагижил эрлийз sp3 - нэг хэсэг нь нөгөөгөөсөө хамаагүй том гантель хэлбэртэй тойрог замууд.
Sp2-гибридизаци нь өмнөхтэй төстэй бөгөөд нэг s ба хоёр p-орбитал холилдсоноор үүсдэг. Жишээлбэл, этилений молекулд гурван sp2- ба нэг p-орбитал үүсдэг.
Атомын тойрог замууд: дүүргэх зарчим
Химийн элементүүдийн үелэх систем дэх нэг атомаас нөгөөд шилжих шилжилтийг төсөөлөхөд дараагийн боломжтой тойрог замд нэмэлт бөөмсийг байрлуулснаар дараагийн атомын электрон бүтцийг бий болгож чадна.
Электронууд дээд энергийн түвшинг дүүргэхийн өмнө цөмд ойр байрлах доод түвшнийг эзэлдэг. Сонголт байгаа газар тус тусад нь тойрог замыг дүүргэдэг.
Энэ бөглөх дарааллыг Хундын дүрэм гэж нэрлэдэг. Энэ нь атомын орбиталууд ижил энергитэй үед л хэрэглэгдэх ба электронуудын хоорондох түлхэлтийг багасгаж, атомыг илүү тогтвортой болгоход тусалдаг.
s-орбитал нь ижил энергийн түвшинд p орбиталаас ямагт арай бага энергитэй байдаг тул эхнийх нь сүүлийнхээсээ өмнө дүүрдэг гэдгийг анхаарна уу.
Үнэхээр хачирхалтай нь 3d орбиталуудын байрлал юм. Тэдгээр нь 4s-ээс өндөр түвшинд байгаа тул эхлээд 4s орбиталууд, дараа нь бүх 3d болон 4p орбиталууд дүүрдэг.
Ижил төөрөгдөл нь дээд түвшинд, хооронд нь илүү олон сүлжмэл байдаг. Тиймээс, жишээлбэл, 4f атомын орбиталууд дээрх бүх газрууд хүртэл дүүрдэггүй6 секунд.
Бөглөх дарааллыг мэдэх нь цахим бүтцийг хэрхэн дүрслэхийг ойлгоход чухал ач холбогдолтой.
