VAD ÄR DEGENERERADE ORBITALER? - KEMI - 2025

De degenererade orbitalerna är de som har samma energinivå. Enligt denna definition måste de ha samma huvudkvantantal n. Således degenereras 2s och 2p orbitalerna, eftersom de tillhör energinivå 2. Det är emellertid känt att deras vinkel- och radiella vågfunktioner är olika.

När värdena på n ökar börjar elektronerna ockupera andra energinivåer, såsom d- och f-orbitalerna. Var och en av dessa orbitaler har sina egna egenskaper, som vid första anblicken kan ses i deras vinklade former; Dessa är de sfäriska (s), hanteln (p), klöverbladet (d) och kulaformat (f) figurerna.

Källa: Gabriel Bolívar

Mellan dem finns det en energisk skillnad, till och med tillhör samma nivå n.

Till exempel visar bilden ovan ett energischema med orbitalerna upptagna av oparade elektroner (ett onormalt fall). Det kan ses att av alla de mest stabila (den med den lägsta energin) är ns orbital (1s, 2s, …), medan nf är den mest instabila (den med den högsta energin).

Degenerera orbitaler i en isolerad atom

Degenererade orbitaler, med samma värde på n, ligger i samma linje i ett energischema. Av denna anledning finns de tre röda ränderna som symboliserar p-orbitalerna på samma linje; liksom de lila och gula ränderna på samma sätt.

Diagrammet i bilden bryter mot Hunds regel: orbitalerna med högre energi är fyllda med elektroner utan att först koppla dem i de lägre energin. När elektroner parar sig förlorar orbitalen energi och utövar en större elektrostatisk avstötning på de oparade elektronerna i de andra orbitalerna.

Sådana effekter beaktas emellertid inte i många energidiagram. Om så är fallet och att lyda Hunds regel utan att helt fylla d-orbitalerna, såg man att de slutar bli degenererade.

Som tidigare nämnts har varje omlopp sina egna egenskaper. En isolerad atom, med sin elektroniska konfiguration, har sina elektroner anordnade i det exakta antalet orbitaler för att rymma dem. Endast de som är lika med energi kan betraktas som degenererade.

Orbitaler p

De tre röda ränderna för de degenererade p-orbitalerna i bilden indikerar att både p _x , p _och p _z har samma energi. Det finns en oparad elektron i vardera, beskrivet av fyra kvantantal (n, l, ml och ms), medan de första tre beskriver orbitalerna.

Den enda skillnaden mellan dem betecknas av det magnetiska momentet ml, som drar vägen för p _x på en x-axel, p _y på y-axeln och p _z på z-axeln. Alla tre är desamma, men skiljer sig bara i sina rumsliga orienteringar. Av denna anledning dras de alltid i linje i energi, det vill säga degenererade.

Eftersom de är lika måste en isolerad kväveatom (med konfiguration 1s ² 2s ² 2p ³ ) bibehålla sina tre p-orbitaler degenererade. Energiscenariot ändras plötsligt om man betraktar en N-atom i en molekyl eller kemisk förening.

Varför? Eftersom p _x , p _{och och} p _z är lika i energi, kan det variera i var och en av dem om de har olika kemiska miljöer; det vill säga om de binder till olika atomer.

Orbitaler d

Det finns fem lila ränder som betecknar d-orbitalerna. I en isolerad atom, även om de har parade elektroner, betraktas dessa fem orbitaler som degenererade. Till skillnad från p orbitalerna är det emellertid en markant skillnad i deras vinkelformer.

Därför reser dess elektroner riktningar i rymden som varierar från en orbital till en annan. Detta orsakar, enligt teorin för det kristallina fältet, att en minimal störning orsakar en energisk fördubbling av orbitalerna; det vill säga de fem purpurfärgade ränderna skiljer sig åt, vilket lämnar ett energigap mellan dem

Källa: Gabriel Bolívar

Vilka är de bästa orbitalerna och vad är de nedre orbitalerna? Ovanstående symboliseras som _eg , och de under t _2g . Notera hur initialt alla lila ränder inpassades, och nu en uppsättning av två e _g orbitaler mer energiska än den andra uppsättningen av tre t _2g orbitaler bildades .

Denna teori tillåter oss att förklara dd-övergångarna, till vilka många av de färger som observeras i föreningarna i övergångsmetallerna (Cr, Mn, Fe, etc.) tillskrivs. Och vad beror den elektroniska störningen på? Till koordinationsinteraktioner mellan metallcentret och andra molekyler som kallas ligander.

Orbitaler f

Och med f orbitalerna, de filta gula ränderna blir situationen ännu mer komplicerad. Deras rumsliga riktningar varierar mycket mellan dem, och visualiseringen av deras länkar blir för komplicerad.

I själva verket anses f orbitalerna vara så inre höljet att de inte "deltar märkbart" i bondbildningen.

När den isolerade atomen med f orbitaler omger sig med andra atomer, börjar interaktioner och utspelar sig (förlusten av degeneration):

Källa: Gabriel Bolívar

Observera att de gula ränderna nu bildar tre uppsättningar: t _1g , t _2g och en _1g , och att de inte längre är degenererade.

Degenerera hybridorbitaler

Man har sett att orbitalerna kan utvecklas och förlora degeneration. Men medan detta förklarar elektroniska övergångar, försvinner det att klargöra hur och varför det finns olika molekylära geometrier. Det är här som hybridorbitaler kommer in.

Vilka är dess huvudsakliga egenskaper? Att de är degenererade. Således uppstår de från blandningen av tecken i s, p, d och f orbitaler, för att komma från degenererade hybrider.

Till exempel blandas tre p orbitaler med en s för att ge fyra sp ³ orbitaler . Alla sp ^3- orbitaler är degenererade och har därför samma energi.

Om två d orbitaler dessutom blandas med de fyra sp ³ , kommer vi att få sex sp ³ d ² orbital .

Och hur förklarar de molekylära geometrier? Eftersom det finns sex, med lika energier, måste de därför orienteras symmetriskt i rymden för att generera lika kemiska miljöer (till exempel i en MF _6- förening ).

När de gör det, bildas en koordination oktaedron, vilket är lika med en oktaedrisk geometri runt ett centrum (M).

Geometrier är dock ofta förvrängda, vilket innebär att även hybridbana inte riktigt är helt degenererade. Av slutsatsen finns därför degenererade orbitaler endast i isolerade atomer eller i mycket symmetriska miljöer.

referenser

1. Chemicool Dictionary. (2017). Definition av Degenerate. Återställd från: chemicool.com
2. SparkNotes LLC. (2018). Atomer och atoombitaler. Återställd från: sparknotes.com
3. Ren kemi. (Sf). Elektronisk konfiguration. Återställd från: es-puraquimica.weebly.com
4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. (8: e upplagan). CENGAGE Learning.
5. Moreno R. Esparza. (2009). Koordineringskemi: Fält och orbitaler. . Återställs från: depa.fquim.unam.mx
6. Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi. (Fjärde upplagan). Mc Graw Hill.