Πρωτοβάθμια Δευτεροβάθμια και Τριτογενή Αλκοόλ

Στην Κβαντομηχανική και Χημεία, ένα τροχιακό είναι μια μαθηματική συνάρτηση που απεικονίζει την κυματική συμπεριφορά ενός ζεύγους ηλεκτρονίων, ηλεκτρονίου ή νουκλεονίου. Τα τροχιακά μπορούν επίσης να είναι γνωστά ως τροχιακά ηλεκτρονίων ή ατομικά τροχιακά.

Τα ατομικά τροχιακά είναι τρισδιάστατες περιοχές του χώρου που περιβάλλουν τον πυρήνα ενός ατόμου. Τα άτομα μπορούν να σχηματίσουν ομοιοπολικούς δεσμούς χάρη στα ατομικά τροχιακά. Τα πιο συχνά γεμάτα τροχιακά είναι τα τροχιακά s, p, d και f. Μόνο δύο ηλεκτρόνια μπορούν να βρεθούν σε οποιοδήποτε τροχιακό χώρο, σύμφωνα με την Αρχή Αποκλεισμού Pauli.

Όλα τα ηλεκτρόνια στο ίδιο κέλυφος έχουν την ίδια τιμή για το n, δηλαδή τον πρωτεύοντα κβαντικό αριθμό. Όταν τα ηλεκτρόνια έχουν τα ίδια n, l και m, λέγεται ότι βρίσκονται στο ίδιο τροχιακό, πράγμα που σημαίνει ότι έχουν το ίδιο επίπεδο ενέργειας και διαφέρουν μόνο ως προς τον κβαντικό αριθμό σπιν.

Κόμβοι:

Ένας κόμβος είναι μια τοποθεσία όπου οι πιθανότητες να βρεθεί ένα ηλεκτρόνιο είναι μηδενικές. Το κομβικό επίπεδο είναι το επίπεδο που διατρέχει τον πυρήνα και δεν έχει καμία πιθανότητα να εντοπίσει ένα ηλεκτρόνιο. Ο αζιμουθιακός κβαντικός αριθμός είναι ίσος με τον αριθμό των κομβικών επιπέδων σε ένα τροχιακό.

Υπάρχουν δύο είδη κόμβων:οι γωνιακοί και οι ακτινωτοί κόμβοι. Οι γωνιακοί κόμβοι είναι συχνά επίπεδοι σε σταθερές γωνίες. Καθώς αυξάνεται ο κύριος κβαντικός αριθμός, οι ακτινωτοί κόμβοι εμφανίζονται ως σφαίρες σταθερής ακτίνας.

Ο συνολικός αριθμός των κόμβων σε ένα τροχιακό είναι ίσος με το άθροισμα των γωνιακών και ακτινικών κόμβων και εκφράζεται ως προς τους κβαντικούς αριθμούς n και l ως εξής:

N =n – l – 1

Τύποι τροχιακών και τα σχήματά τους

Υπάρχουν αρκετοί διαφορετικοί τύποι ατομικών τροχιακών, όπως s, p, d, f, g και h. Στη βασική κατάσταση ενός ατόμου, ωστόσο, μόνο τα τέσσερα πρώτα από τα καθορισμένα τροχιακά θα είναι κατειλημμένα. Τα τροχιακά και οι μορφές τους εξηγούνται ως εξής:

Ο αριθμός των τροχιακών ενός τύπου μέσα σε ένα υποκέλυφος καθορίζεται από τις συνολικές επιτρεπόμενες τιμές για μια δεδομένη τιμή του I. Οι τέσσερις τύποι ατομικών τροχιακών αντιστοιχούν στις τιμές l=0, 1, 2 και 3. Τα τροχιακά s έχουν μορφή που είναι σφαιρικά συμμετρική και έχει την τιμή l =0. Έχει την καλύτερη πιθανότητα να βρει το ηλεκτρόνιο στον πυρήνα.

Τα τροχιακά p με την τιμή l=1 αποτελούν ένα κομβικό επίπεδο που περιλαμβάνει τον πυρήνα, με αποτέλεσμα ένα σχήμα αλτήρα.

Τα d τροχιακά, τα οποία έχουν σύνθετες γεωμετρίες με δύο τουλάχιστον κομβικές επιφάνειες, έχουν l=2 τροχιακά. Τα τροχιακά με l=3 είναι γνωστά ως τα πιο περίπλοκα τροχιακά f.

Επειδή η ενέργεια ενός ηλεκτρονίου καθορίζεται από τη μέση απόστασή του από τον πυρήνα, κάθε ατομικό τροχιακό με ένα δεδομένο σύνολο κβαντικών αριθμών θα έχει μια ορισμένη ενέργεια που σχετίζεται με αυτό, γνωστή ως τροχιακή ενέργεια.

E =Z2/ n2 Rhc

Η διείσδυση των τροχιακών είναι η κατανομή των τροχιακών στον εσωτερικό ηλεκτρονικό πυρήνα τους. Η ακτινική πυκνότητα του τροχιακού 2s διασκορπίζεται σε όλη την καμπύλη του τροχιακού 1s. Με τον ίδιο τρόπο, το τροχιακό 3s θα χωριστεί στα τροχιακά 1s και 2s. Δεν θα ελεγχθεί πλήρως από τα εσωτερικά ηλεκτρόνια 1s από τον πυρήνα λόγω της εξάπλωσης των ηλεκτρονίων σε τροχιακά 2s ή 3s. Το επίπεδο διείσδυσης μειώνεται καθώς φτάνετε από s σε f τροχιακά.

s> p> d> f

Καθώς η ακτινική κατανομή κοντά στον πυρήνα για τα τροχιακά s είναι μεγαλύτερη από τα τροχιακά p, η διείσδυση μειώνεται από τα τροχιακά s σε p.

Όταν ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν τροχιακά υψηλότερης ενέργειας, το ιόν ή το άτομο λέγεται ότι βρίσκεται σε διεγερμένη κατάσταση, ενώ όταν ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν τροχιακά χαμηλότερης ενέργειας, το ιόν ή το άτομο λέγεται ότι βρίσκεται στη θεμελιώδη του κατάσταση.

s τροχιακό

Γύρω από τον ατομικό πυρήνα, το τροχιακό S είναι σφαιρικά συμμετρικό. Καθώς ταξιδεύουμε έξω από τον πυρήνα, το επίπεδο ενέργειας αυξάνεται και τα τροχιακά μεγαλώνουν. Τα μεγέθη έχουν την εξής σειρά:1s 2s 3s.

Οι πιθανότητες ανίχνευσης ενός ηλεκτρονίου είναι υψηλότερες σε 1 δευτερόλεπτα και μειώνονται γρήγορα καθώς απομακρυνόμαστε από αυτό. Στην περίπτωση του τροχιακού 2s, η πυκνότητα πιθανότητας πέφτει γρήγορα στο μηδέν πριν ανέβει ξανά. Πέφτει αφού φτάσει σε ένα μικροσκοπικό μέγιστο και τελικά μηδενίζεται εάν η τιμή του r αυξηθεί περαιτέρω.

p Τροχιακό

Τα τροχιακά p σχηματίζονται σαν αλτήρες. Ο τροχιακός κόμβος p του πυρήνα βρίσκεται στο κέντρο του πυρήνα. Το τροχιακό p μπορεί να φιλοξενήσει το πολύ έξι ηλεκτρόνια λόγω της παρουσίας τριών τροχιακών. Τα τρία p τροχιακά είναι ορθογώνια μεταξύ τους. Το μέγεθος των τροχιακών p καθορίζεται από τον πρωτεύοντα κβαντικό αριθμό n, με το 4p> 3p> 2p να είναι το πιο κοινό.

d τροχιακό

Τριφυλλόφυλλο ή δύο αλτήρες σε ένα επίπεδο είναι το d τροχιακό. Επειδή η τιμή l=2 στο d τροχιακό, η ελάχιστη τιμή του πρωτεύοντος κβαντικού αριθμού n είναι 3. Το l πρέπει να είναι μικρότερο ή ίσο με n-1 σε τιμή. Για l =2, οι τιμές των ml που αντιστοιχούν σε d τροχιακά είναι (–2, –1, 0, +1 και +2), με αποτέλεσμα πέντε d τροχιακά.

f Τροχιακά

Η μορφή του f τροχιακού είναι διασκορπισμένη. Επειδή η τιμή του l=3 στο τροχιακό f, η ελάχιστη τιμή του πρωτεύοντος κβαντικού αριθμού n είναι 4. (-3,–2, –1, 0, +1, +2, +3) είναι οι τιμές των ml που αντιστοιχούν στο τροχιακό f. Ως αποτέλεσμα, υπάρχουν επτά f τροχιακά για l =3.

Εκφυλισμένα τροχιακά

Οι ενέργειες των εκφυλισμένων τροχιακών είναι ίδιες. Αυτά τα τροχιακά είναι διακριτά (στο ότι μπορεί να προσανατολίζονται διαφορετικά στο διάστημα γύρω από τον ατομικό πυρήνα), αλλά έχουν όλα την ίδια ενέργεια. Παρουσία εξωτερικού πεδίου, ο εκφυλισμός του τροχιακού p δεν επηρεάζεται, αλλά ο εκφυλισμός των τροχιακών f και d μπορεί να σπάσει παρέχοντας ένα εξωτερικό πεδίο στο σύστημα (ηλεκτρικό ή μαγνητικό πεδίο).

Συμπέρασμα

Τα S, p, d και f είναι οι τέσσερις βασικοί τύποι τροχιακών. Ένα σφαιρικό τροχιακό μπορεί να φιλοξενεί δύο ηλεκτρόνια και έχει σφαιρική μορφή. Καθένα από τα τρία τροχιακά p έχει την ίδια θεμελιώδη δομή αλτήρα αλλά διαφέρει ως προς τον χωρικό προσανατολισμό του. Με βάση την ενέργεια των ηλεκτρονίων του, κάθε τροχιακός τύπος έχει ξεχωριστό σχήμα. Η μορφή του τροχιακού s είναι σφαιρική. Το τροχιακό p έχει σχήμα αλτήρα. Υπάρχουν τρία τροχιακά p, το καθένα με διαφορετικό προσανατολισμό κατά μήκος ενός τρισδιάστατου άξονα.