それらが構成するもの、それらがどのように象徴されるか、そしてタイプにおける原子軌道



の 原子軌道 電子の波動関数によって定義される原子の領域です。波動関数はシュレディンガー方程式の解から得られる数式です。これらは、空間内の1つまたは複数の電子のエネルギー状態と、それが見つかる確率を表します。.

リンクと周期律表の理解のために化学者によって適用されるこの物理的概念は、電子を波と粒子として同時に考える。したがって、太陽系の画像は破棄されます。ここで、電子は原子核または太陽の周りを周回する惑星です。.

この時代遅れの視覚化は、原子のエネルギー準位を説明するときに実用的です。例えば、軌道を表す同心円に囲まれた円とそれらの静的電子。実際、これは原子が子供や若者に紹介されているイメージです。.

しかし、真の原子構造は複雑すぎてそれを近似的に表すことさえできません。.

それから電子を波動粒子として考えて、シュレディンガーの水素原子の微分方程式（最も単純な系）を解くと、有名な量子数が得られました。.

これらの数字は、電子が原子のどの場所にも占有できないことを示していますが、あるレベルの慎重で量子化されたエネルギーに従うもののみです。上記の数式は波動関数として知られています.

このように、水素原子から、量子数によって支配される一連のエネルギー状態が推定された。これらのエネルギー状態は原子軌道と名付けられました.

しかし、これらは水素原子内の電子の行方を説明しただけです。他の原子、ヘリウム以降のポリエレクトロニクスについては、軌道近似が行われた。なんで？ 2つ以上の電子を持つ原子に対するシュレディンガー方程式の解答は非常に複雑であるため（現在の技術でさえ）.

索引

  • 1原子軌道とは?
    • 1.1ラジアル波動関数
    • 1.2角波関数
    • 1.3電子と化学結合を見出す確率
  • 2それらはどのように象徴されていますか?
  • 3種類
    • 3.1軌道
    • 3.2軌道p
    • 3.3軌道d
    • 3.4軌道
  • 4参考文献

原子軌道とは?

原子軌道は、2つの要素からなる波動関数です。半径方向と角度方向です。この数式は次のように書かれています。

ΨNML = Rnl（r）・Ylml（θφ）

最初は複雑に見えるかもしれませんが、量子数 n, l そして ml それらは小文字で示されています。これは、これら3つの数字が軌道を表すことを意味します。 Rnl（r）は、放射状関数としてよく知られていますが、に依存します。 n そして l;しながらlml（θφ）、角度関数、は l そして ml.

数式には、変数r、核までの距離、θとφもあります。この一連の方程式すべての結果は、軌道の物理的表現です。なに？上の画像に見られるもの。以下の節で説明する一連の軌道があります.

その形とデザイン（色ではない）は、波動関数とそれらの動径成分と角度成分を空間にプロットすることからきています。.

ラジアル波動関数

式に見られるように、Rnl（r）それはとても依存します n のように l. 次に、放射状波動関数は主エネルギー準位とその副準位によって記述される。.

電子の方向を考慮せずに電子の写真を撮ることができれば、無限に小さな点を観察することができます。次に、何百万もの写真を撮って、核までの距離に基づいて点群がどのように変化するかを詳しく説明できます。.

このように、雲の密度は核の距離と近さで比較することができます。同じ操作を別のエネルギーレベルまたはサブレベルで繰り返した場合、前のものを囲む別の雲が形成されます。両者の間には、電子が決して存在しない小さな空間があります。これはとして知られているものです ラジアルノード.

また、雲の中には電子密度の高い地域と低い地域があります。それらが大きくなり、核から遠ざかるにつれて、それらはより放射状の節を持つ。そしてまた、距離 r 電子がより頻繁に周回し、それを見つける可能性が高い場所.

角波関数

繰り返しますが、この式から、lml（θφ）は主に量子数で表される l そして ml. 今度はそれが磁気量子数に関与しているので、空間内の電子の方向が定義されます。そしてこのアドレスは、変数θとφを含む数式からプロットすることができます。.

さて、私たちは写真を撮るのではなく、原子の中の電子の経路のビデオを記録することに進みました。前の実験とは異なり、正確にどこに電子があるのか​​、どこに行くのかは不明です。.

移動すると、電子はより明確な雲を描きます。実際には、球形、またはローブのあるものが、画像に表示されているものと同じです。図の種類とそれらの空間における方向は、 l そして ml.

核の近くに、電子が通過せずに姿が消える領域があります。そのような地域は 角ノード.

例えば、もし最初の球面軌道が観測されれば、それは全方向に対称であるとすぐに結論づけられます。ただし、これは他の軌道の場合には当てはまりません。他の軌道では、その形状から空のスペースが見えます。これらはデカルト平面の原点で、そしてローブの間の架空の平面で観察することができます。.

電子および化学結合を見出す確率

軌道内で電子を見つける真の確率を決定するには、2つの関数、半径方向と角度方向を考慮する必要があります。したがって、角度成分、すなわち軌道の図示された形を仮定するだけでは十分ではなく、その電子密度が原子核の距離に対してどのように変化するかについても十分ではありません。.

しかし、ml1つの軌道を他の軌道と区別するために、それの形状のみを考慮することは実用的です（おそらく完全に正しいわけではありませんが）。このように、化学結合の説明はこれらの図の重複によって説明される。.

例えば、3つの軌道の比較画像が上に表示されています：1秒、2秒、3秒。内側の放射状の節に注目してください。 1s軌道には節点がありませんが、他の2つには1つと2つの節点があります.

化学結合を考えるとき、これらの軌道の球形だけを覚えておくほうが簡単です。このようにして、ns軌道は別​​のものに接近し、そして距離をおいて r, 電子は隣接原子の電子と結合を形成します。ここからこのリンクを説明するいくつかの理論的（TEVとTOM）が発生します.

それらはどのように象徴されていますか?

原子軌道は、明示的に次のように表されます。 nlml.

量子数は0、1、2などの整数値を取りますが、軌道を象徴するためだけに残されます。 n 数値の間 l, 整数は対応する文字（s、p、d、f）に置き換えられます。そして ml, 変数または数式（を除く） ml= 0）.

たとえば、1秒軌道の場合： n= 1、s = 0、 ml= 0同じことがすべてのns軌道（2秒、3秒、4秒など）にも当てはまります。.

残りの軌道を象徴するためには、それらのタイプを、それぞれエネルギーレベルとそれ自身の特徴を持って扱うことが必要です。.

タイプ

軌道

量子数 l= 0、そして ml= 0（半径成分と角度成分に加えて）は、球形の軌道を表します。これは最初の画像の軌道のピラミッドを率いるものです。また、ラジアルノードのイメージに見られるように、4s、5s、6sの軌道は3、4、5のノードを持つことが期待できます。.

それらは対称的であることを特徴とし、そしてそれらの電子はより大きな実効核電荷を経験する。これは、それらの電子が内層を貫通して核に非常に接近してホバリングすることができ、それがそれらにポジティブな引力を及ぼすためです.

したがって、3s電子が2sと1sの軌道を通り抜けて核に近づく可能性があります。この事実は、なぜｓｐ混成軌道をもつ原子がｓｐ混成軌道をもつ原子よりも電気陰性度が大きい（その隣接原子の電子密度を引き付ける傾向が大きい）のかを説明している。3.

したがって、軌道の電子は最も核の電荷を帯びるものであり、エネルギー的により安定しています。一緒に、それらは他の下位準位または軌道の電子に対して遮蔽効果を発揮します。すなわち、それらは最も外部の電子によって経験される本当の核電荷Zを減少させる.

軌道p

p軌道は量子数を持つ l= 1、およびの値 ml＝ −１、０、＋ １。つまり、これらの軌道の電子は3つの方向をとることができ、それは黄色のダンベルとして表されます（上の画像によると）.

各ダンベルは直交軸に沿って配置されていることに注意してください。 ×, そして そして z. したがって、x軸上にある軌道pはpと表されます。×; y軸上のもの、pそして;そしてそれがxy平面に垂直に、すなわちz軸に向いていれば、それはpz.

すべての軌道は互いに垂直です。つまり、それらは90°の角度をなしています。また、角度関数は核（デカルト軸の原点）で消え、ローブの中に電子が見つかる確率だけがあります（その電子密度は動径関数に依存します）。.

シールド効果が低い

これらの軌道の電子は、sの軌道と同じように容易に内部層を貫通することはできません。それらの形を比較すると、p軌道は核に近いように見えます。しかし、ns電子は核の周りに最も頻繁に見られる.

上記の結果は何ですか？ NP電子がより低い実効核電荷を経験すること。さらに、後者はs軌道の遮蔽効果によってさらに減少します。これは、例えばなぜ混成軌道spを持つ原子が説明する3 それはsp軌道のそれより電気陰性度が低い2 またはsp.

また、各ダンベルには角度のある節点平面がありますが、放射状の節はありません（2p軌道は他には何もありません）。つまり、スライスした場合、その内部には2s軌道のような層はありません。しかし3p軌道以降では、半径方向の節が観測され始めるでしょう。.

これらの角節は、最も外側の電子が不十分な遮蔽効果を経験するという事実の原因である。例えば、2s電子は2p軌道のものを2p電子よりも3s軌道のものよりも大きい程度まで遮蔽する。.

Px、Py、Pz

の値は ml は-1、0、+ 1で、それぞれ1つはPx、Py、またはPz軌道を表します。合計で、それらは6個の電子（各軌道に2個）を収容することができます。この事実は、電子配置、周期表、およびいわゆるブロックpを構成する元素を理解するために不可欠です。.

軌道

d軌道の値は l= 2、そして ml＝ −２、−１、０、＋ １、＋ ２。したがって、合計で10個の電子を保持できる軌道は5つあります。 d軌道の5つの角度関数は上の画像で表されています.

最初のもの、3d軌道は放射状の節を欠いています、しかし軌道dを除いて他のすべてz2, 2つの節平面があります。なぜならこれらはオレンジの葉がどの軸にクローバーの葉の形で配置されているかを示すだけだからです。 2つの節平面は、灰色の平面に垂直に二等分する平面です。.

それらの形態は、実効的な核負荷を遮蔽することにおいてそれらをさらに効果的でなくする。なんで？それらがより多くの節を持っているので、それによって核は外部の電子を引き付けることができます.

したがって、すべてのd軌道は、あるエネルギー準位から別のエネルギー準位へのそれほど顕著ではない原子半径の増加に寄与する.

軌道

最後に、f軌道は以下の値を持つ量子数を持ちます。 l= 3、そして ml＝ −３、−２、−１、０、＋ １、＋ ２、＋ ３。合計14個の電子に対して7個のf軌道があります。これらの軌道は期間6から利用可能になり始め、4fとして表面的に象徴される.

各角度関数は、複雑な形状といくつかの節点平面を持つローブを表します。したがって、それらは外部電子をさらに少なく遮蔽し、この現象はとして知られていることを説明します。 ランタニド収縮.

重い原子のためのその理由のためにレベルのそれらの原子半径の明白な変化はありません。 n 別の n + 1 （6nから7nなど）現在までに、5f軌道は天然または人工の原子で最後に見つかったものです。.

これらすべてを念頭に置いて、深淵は軌道として知られているものと軌道の間に開きます。逐語的には似ていますが、実際には非常に異なります。.

原子軌道の概念と軌道アプローチは、化学結合と、これがどういうわけか分子構造にどのように影響するかについての説明を可能にしました.

参考文献

  1. シヴァー＆アトキンス。 （2008）。無機化学（第4版、13-8ページ）。マックグローヒル.
  2. ハリー・B・グレイ。 （1965）電子と化学結合W.A.ベンジャミン社ニューヨーク.
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  5. Clark J.（2012）。原子軌道取得元：chemguide.co.uk
  6. 量子物語（2011年8月26日）。原子軌道、高校の嘘。以下から回復しました：cuentos-cuanticos.com