Σχήματα των s, p και d – Τροχιακά, Ηλεκτρονική Σπιν και Κβαντικός Αριθμός Σπιν

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Υπάρχουν τέσσερα είδη τροχιακών, που σημειώνονται ως s, p, d και f το καθένα με ένα συγκεκριμένο σχήμα. Από τα τέσσερα, τα τροχιακά s και p εξετάζονται επειδή αυτά τα τροχιακά είναι τα πιο συνηθισμένα στην οργανική χημεία. Ένα τροχιακό s είναι σφαιρικό με τον πυρήνα στη μέση του, ένα τροχιακό p έχει σχήμα αλτήρα και τα d τροχιακά έχουν σχήμα τριφυλλιού. Το πέμπτο τροχιακό d έχει σχήμα επιμήκους αλτήρα με ένα κουλούρι γύρω από το κέντρο του. Τα τροχιακά σε ένα άτομο είναι διατεταγμένα σε διαφορετικά κελύφη φύλλων ή ηλεκτρονίων.

S- ROBITAL

●     Η μορφή του τροχιακού s είναι σφαιρική με τον πυρήνα στη μέση.

●     Το τροχιακό σχήματος s σχετίζεται με μια σφαίρα με έναν πυρήνα στη μέση της. Στο 2-D, μπορεί να προβληθεί ως κύκλος.

●     Ως εκ τούτου, τα τροχιακά μπορούν να ειπωθούν ότι έχουν σφαιρικό σχήμα.

●     Λόγω του σχήματός τους, έχουν την ευκαιρία να βρουν ένα ηλεκτρόνιο σε ίσες αποστάσεις από τον πυρήνα.

●     Το μέγεθος του τροχιακού s αυξάνεται με την αύξηση της τιμής του κύριου κβαντικού αριθμού (n). Επομένως, 4s> 3s> 2s> 1s.

Ρ-ΤΡΟΧΙΚΟ

●     Όλα τα τροχιακά p φέρουν δύο τμήματα που ονομάζονται λοβοί και βρίσκονται σε κάθε πλευρά του επιπέδου που διέρχεται από τον πυρήνα του ατόμου.

●     Τα τρία τροχιακά p είναι παρόμοια σε σχήμα, μέγεθος και ενέργεια. Όμως, διαφέρουν ως προς τον προσανατολισμό των λοβών.

●     Εφόσον οι λοβοί βρίσκονται σε έναν από τους τρεις άξονες, δηλαδή x, y και z, τα τρία τροχιακά επιλέγονται ως 2px, 2py και 2pz. Μπορούμε να πούμε ότι υπάρχουν 3 τροχιακά p με συλλογικούς κάθετους άξονες.

●     Όπως στα τροχιακά s, η ενέργεια και το μέγεθος των τροχιακών p αυξάνονται επίσης με την αύξηση του κβαντικού αριθμού, δηλαδή 4p> 3p> 2p.

D- ORBITAL

●     Ο μαγνητικός τροχιακός κβαντικός αριθμός για d τροχιακά εκφράζεται ως (-2, -1, 0, 1, 2). Επομένως, υπάρχουν πέντε d τροχιακά.

●     Στα τροχιακά d δίνεται η θέση ως dxy, dyz, dxz, dx-y και dz.

●     Η δομή των πρώτων τεσσάρων d τροχιακών είναι παρόμοια μεταξύ τους ενώ διαφέρει από το τροχιακό dz2.

●     Η ενέργεια και των πέντε d τροχιακών είναι παρόμοια ή ίδια.

F- ORBITAL

●     Τα τροχιακά f έχουν συσχετισμένους μαγνητικούς κβαντικούς αριθμούς m1 (-3, -2, -1, 0, 1,  2 3).

●     Υπάρχει  δευτερεύων κβαντικός αριθμός I =3.

●     Κρύβονται βαθιά κάτω από το κέλυφος σθένους για τα στοιχεία που βρίσκονται ακόμη και πίσω από το δημήτριο. δεν εμπλέκονται στη βασική κατάσταση μέχρι το στοιχείο δημήτριο.

●     Στα τροχιακά f δίνεται η θέση και fz.

●     Κάθε τροχιακό f έχει πολυλοβώδες και σύνθετο σχήμα με πολλά κομβικά σημεία

ELECTRON SPIN

Μεταξύ των τριών χαρακτηριστικών ιδιοτήτων των ηλεκτρονίων. τα άλλα είναι μάζα και φορτίο του ηλεκτρονίου. Το σπιν του ηλεκτρονίου εξηγείται ως η περιστροφή του ηλεκτρονίου γύρω από τον άξονά του.

Εκφράζεται ως:IIS II =√s (s +1)h

Πού,

●     s ισοδυναμεί με ένα εκτιμώμενο διάνυσμα σπιν

●     Το διάνυσμα spin εκφράζεται ως s

●     Ο κβαντικός αριθμός σπιν σχετίζεται με τη γωνιακή ορμή του σπιν και το h είναι η σταθερά του Πλανκ.

Ο κβαντικός αριθμός σπιν μπορεί να προσδιοριστεί ως:S =n/2

●     Οποιοσδήποτε θετικός ακέραιος αριθμός μπορεί να συμβολιστεί ως  n.

●     Οι επιτρεπόμενες τιμές των περιστροφών είναι 0, 1/2, 1, 3/2, 2, κ.λπ.

●     Η σταθερή γωνιακή ορμή ενός ηλεκτρονίου συμβολίζεται με τον κβαντικό αριθμό ½.

Η συνολική γωνιακή ορμή s εκφράζεται με :

s =√n(n+a)h

s =√0,5(0,5 +1)h

s =√3/4h¯

Πού,

Η μειωμένη σταθερά του planck είναι h¯

Επομένως h-=h/2𝛑.

ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΗΣ

Το ηλεκτρόνιο μπορεί να περιστρέφεται προς δύο κατευθύνσεις

●     Spin up

●     Γύρισμα προς τα κάτω

Η κατεύθυνση του στυψίματος προς τα κάτω και του στυψίματος προς τα πάνω κοινοποιούνται στο στύψιμο προς την κατεύθυνση +z ή –z. Αυτά τα σπιν είναι τα μόρια που έχουν σπιν ίσο με 1/2, δηλαδή για ηλεκτρόνια.

Στην κβαντική θεωρία, το ηλεκτρόνιο πιστεύεται ότι είναι μια μικρή μαγνητική ράβδος και το σπιν του δείχνει προς τον βόρειο πόλο της μικρής ράβδου. Εάν δύο ηλεκτρόνια που πλησιάζουν έχουν την ίδια κατεύθυνση σπιν, το μαγνητικό πεδίο που αναπτύσσεται από αυτά συσσωρεύεται το ένα το άλλο και έτσι επιτυγχάνεται ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Εάν τα ηλεκτρόνια που πλησιάζουν έχουν αντίθετη κατεύθυνση σπιν, το μαγνητικό πεδίο που αναπτύσσεται από αυτά αποσπά το ένα το άλλο και δεν σχηματίζεται μαγνητικό πεδίο.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ

Σε άτομα ή ιόντα με ένα μόνο ηλεκτρόνιο, όλα τα τροχιακά με την ίδια τιμή n έχουν την ίδια ενέργεια και οι ενέργειες των κύριων κελυφών αυξάνονται ομαλά καθώς το n αυξάνεται. Ένα άτομο ή ιόν με το ηλεκτρόνιο στο τροχιακό χαμηλότερης ενέργειας καλείται να βρίσκεται στη θεμελιώδη του κατάσταση, ενώ ένα άτομο ή ιόν στο οποίο ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν τροχιακά υψηλότερης ενέργειας καλείται να βρίσκεται σε διεγερμένη κατάσταση. Τα Spin παίζουν έναν αξιοσημείωτο ρόλο στους κβαντικούς μηχανισμούς στον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών στοιχειωδών μονάδων όπως τα ηλεκτρόνια. Η κατεύθυνση του σπιν του σωματιδίου ελέγχει πολλά πράγματα όπως τον κβαντικό αριθμό σπιν, τη γωνιακή ορμή, τον βαθμό ελευθερίας κ.λπ.