Katika kemia na fizikia, obiti za atomiki ni chaguo la kukokotoa linaloitwa utendakazi wa wimbi ambalo hufafanua sifa za si zaidi ya elektroni mbili karibu na kiini cha atomiki au mfumo wa viini, kama ilivyo katika molekuli. Obitali mara nyingi huonyeshwa kama eneo la pande tatu ambalo ndani yake kuna uwezekano wa asilimia 95 wa kupata elektroni.
Mizunguko na mizunguko
Sayari inapozunguka Jua, hufuata njia inayoitwa obiti. Vile vile, atomi inaweza kuwakilishwa kama elektroni zinazozunguka katika obiti kuzunguka kiini. Kwa kweli, mambo ni tofauti, na elektroni ziko katika sehemu za anga zinazojulikana kama obiti za atomiki. Kemia imeridhika na muundo uliorahisishwa wa atomi ili kukokotoa mlinganyo wa wimbi la Schrödinger na, ipasavyo, kubainisha hali zinazowezekana za elektroni.
Mizunguko na obiti zinasikika sawa, lakini zina maana tofauti kabisa. Ni muhimu sana kuelewa tofauti kati yao.
Haiwezekani kuonyesha mizunguko
Ili kupanga mwelekeo wa kitu, unahitaji kujua ni wapi kitu kilipoiko, na kuweza kujua ni wapi itakuwa baada ya muda mfupi. Hili haliwezekani kwa elektroni.
Kulingana na kanuni ya kutokuwa na uhakika ya Heisenberg, haiwezekani kujua ni wapi hasa chembe iko kwa sasa na itakuwa wapi baadaye. (Kwa hakika, kanuni inasema kwamba haiwezekani kubainisha kwa wakati mmoja na kwa usahihi kabisa kasi na kasi yake).
Kwa hivyo, haiwezekani kujenga obiti ya elektroni kuzunguka kiini. Je, hili ni tatizo kubwa? Hapana. Ikiwa jambo haliwezekani, linapaswa kukubaliwa na njia za kulizunguka zinapaswa kupatikana.
Elektroni ya hidrojeni – 1s-orbital
Tuseme kuna atomi moja ya hidrojeni na kwa wakati fulani nafasi ya elektroni moja imechorwa kwa michoro. Muda mfupi baadaye, utaratibu unarudiwa na mwangalizi hupata kwamba chembe iko katika nafasi mpya. Jinsi alivyotoka nafasi ya kwanza hadi ya pili haijulikani.
Ukiendelea kwa njia hii, taratibu utaunda aina ya ramani ya 3D ya mahali ambapo chembe inaweza kuwa.
Kwa upande wa atomi ya hidrojeni, elektroni inaweza kuwa popote ndani ya nafasi ya duara inayozunguka kiini. Mchoro unaonyesha sehemu ya msalaba ya nafasi hii ya duara.
95% ya wakati (au asilimia nyingine yoyote, kwa kuwa ni saizi ya ulimwengu pekee ndiyo inaweza kutoa uhakika wa asilimia mia moja) elektroni itakuwa ndani ya eneo linalofafanuliwa kwa urahisi sana la nafasi, karibu vya kutosha na kiini. Eneo kama hilo linaitwa orbital. Obiti za atomiki nimaeneo ya nafasi ambapo elektroni ipo.
Anafanya nini huko? Hatujui, hatuwezi kujua, na kwa hivyo tunapuuza shida hii! Tunaweza tu kusema kwamba ikiwa elektroni iko katika obiti fulani, basi itakuwa na nishati fulani.
Kila obiti ina jina.
Nafasi inayokaliwa na elektroni ya hidrojeni inaitwa 1s-orbital. Kitengo hapa kinamaanisha kuwa chembe iko kwenye kiwango cha nishati karibu na kiini. S inaelezea juu ya umbo la obiti. S-orbitals zina ulinganifu wa duara kuhusu kiini - angalau kama mpira usio na mashimo wa nyenzo mnene kiasi na katikati yake kuna kiini.
sekunde 2
Obitali inayofuata ni sekunde 2. Ni sawa na sekunde 1, isipokuwa kwamba eneo linalowezekana la elektroni liko mbali zaidi na kiini. Huu ni mzunguko wa kiwango cha pili cha nishati.
Ukitazama kwa makini, utagundua kuwa karibu na kiini kuna eneo jingine la msongamano wa elektroni ulio juu kidogo ("density" ni njia nyingine ya kuonyesha uwezekano kwamba chembe hii iko mahali fulani).
Elektroni
2s (na 3, 4, n.k.) hutumia baadhi ya muda wao karibu zaidi na kitovu cha atomi kuliko mtu anavyoweza kutarajia. Matokeo ya hii ni kupungua kidogo kwa nishati yao katika s-orbitals. Kadiri elektroni zinavyokaribia kwenye kiini ndivyo nishati yake inavyopungua.
3s-, 4s-orbitals (na kadhalika) zinasonga mbele kutoka katikati ya atomi.
P-orbitals
Si elektroni zote zinaishi katika obiti s (kwa kweli, ni chache sana kati yazo zinazoishi). Katika kiwango cha kwanza cha nishati, eneo pekee linalopatikana kwao ni sekunde 1, ya pili, sekunde 2 na 2p huongezwa.
Obiti za aina hii ni kama puto 2 zinazofanana, zilizounganishwa kwenye sehemu ya msingi. Mchoro unaonyesha sehemu ya msalaba ya eneo la 3-dimensional ya nafasi. Tena, obiti huonyesha tu eneo lenye nafasi ya asilimia 95 ya kupata elektroni moja.
Tukifikiria ndege ya mlalo ambayo inapita kwenye kiini kwa namna ambayo sehemu moja ya obiti itakuwa juu ya ndege na nyingine chini yake, basi kuna uwezekano wa sifuri kupata elektroni kwenye ndege hii.. Kwa hivyo chembe hutokaje sehemu moja hadi nyingine ikiwa haiwezi kamwe kupita kwenye ndege ya kiini? Hii ni kutokana na asili yake ya wimbi.
Tofauti na s-, p-orbital ina mwelekeo fulani.
Katika kiwango chochote cha nishati, unaweza kuwa na obiti tatu zinazolingana kabisa ziko katika pembe za kulia kwa kila moja. Zinaashiriwa kiholela kwa alama px, py na pz. Hii inakubaliwa kwa urahisi - kile kinachomaanishwa na maelekezo ya X, Y au Z kinabadilika kila mara, kwani atomi husogea bila mpangilio angani.
P-orbitals katika kiwango cha pili cha nishati huitwa 2px, 2py na 2pz. Kuna obiti zinazofanana kwenye zinazofuata - 3px, 3py, 3pz, 4px, 4py,4pz na kadhalika.
Ngazi zote, isipokuwa ile ya kwanza, zina p-orbitali. Katika viwango vya juu, "petali" hurefushwa zaidi, na mahali panapo uwezekano wa elektroni katika umbali mkubwa kutoka kwa kiini.
d- na f-orbital
Mbali na s na p orbitali, kuna seti nyingine mbili za obiti zinazopatikana kwa elektroni katika viwango vya juu vya nishati. Kwenye ya tatu, kunaweza kuwa na obitali tano (zenye maumbo na majina changamano), pamoja na 3s- na 3p-orbitali (3px, 3py, 3pz). Kuna jumla ya 9 hapa.
Katika ya nne, pamoja na 4s na 4p na 4d, f-orbital 7 za ziada zinaonekana - 16 kwa jumla, zinapatikana pia katika viwango vyote vya juu vya nishati.
Uwekaji wa elektroni kwenye obiti
Atomu inaweza kudhaniwa kuwa ni nyumba ya kifahari sana (kama piramidi iliyogeuzwa) yenye kiini kinachoishi kwenye ghorofa ya chini na vyumba mbalimbali kwenye orofa ya juu vinavyokaliwa na elektroni:
- kuna chumba 1 pekee kwenye ghorofa ya kwanza (s1);
- kwenye chumba cha pili tayari kuna 4 (sekunde 2, 2px, 2py na 2pz);
- ghorofa ya tatu kuna vyumba 9 (moja 3s, tatu 3p na tano 3d orbitals) na kadhalika.
Lakini vyumba si vikubwa sana. Kila moja inaweza kushikilia elektroni 2 pekee.
Njia rahisi ya kuonyesha njia za atomiki ambazo chembe hizi zimo ni kuchora "seli za quantum".
Seli za Quantum
NyukliaOrbitals inaweza kuwakilishwa kama miraba na elektroni ndani yao kuonyeshwa kama mishale. Mara nyingi, mishale ya juu na chini hutumiwa kuonyesha kwamba chembe hizi ni tofauti.
Haja ya elektroni tofauti katika atomi ni tokeo la nadharia ya quantum. Ikiwa ziko katika obiti tofauti, ni sawa, lakini ikiwa ziko kwenye obiti sawa, basi lazima kuwe na tofauti ndogo kati yao. Nadharia ya quantum huweka chembe chembe sifa inayoitwa "spin", ambayo ndiyo mwelekeo wa mishale hurejelea.
Obiti ya
1s yenye elektroni mbili inaonyeshwa kama mraba yenye mishale miwili inayoelekeza juu na chini, lakini inaweza pia kuandikwa kwa kasi zaidi kama 1s2. Inasomeka "one s two", sio "one s squared". Nambari katika nukuu hizi hazipaswi kuchanganyikiwa. Ya kwanza ni kiwango cha nishati, na ya pili ni idadi ya chembe kwa kila obiti.
Mseto
Katika kemia, mseto ni dhana ya kuchanganya obiti za atomiki katika obiti mpya mseto zenye uwezo wa kuoanisha elektroni ili kuunda vifungo vya kemikali. Sp hybridization inaelezea vifungo vya kemikali vya misombo kama vile alkynes. Katika muundo huu, obiti za atomiki za kaboni za 2 na 2p huchanganyika na kuunda obiti mbili za sp. Asetilini C2H2 inajumuisha mshikamano wa sp-sp wa atomi mbili za kaboni na uundaji wa σ-bondi na π-bondi mbili za ziada.
Mizunguko ya atomiki ya kaboni katika hidrokaboni iliyojaa inaidentical hybrid sp3-orbitali zenye umbo la dumbbell, sehemu moja ambayo ni kubwa zaidi kuliko nyingine.
Sp2-mseto ni sawa na zile za awali na huundwa kwa kuchanganya s moja na p-obiti mbili. Kwa mfano, katika molekuli ya ethilini, sp tatu2- na p-orbital moja huundwa.
Mizunguko ya atomiki: kanuni ya kujaza
Kwa kufikiria mabadiliko kutoka atomi moja hadi nyingine katika jedwali la upimaji la elementi za kemikali, mtu anaweza kuanzisha muundo wa kielektroniki wa atomi inayofuata kwa kuweka chembe ya ziada katika obiti inayofuata inayopatikana.
Elektroni, kabla ya kujaza viwango vya juu vya nishati, huchukua zile za chini zilizo karibu na kiini. Pale ambapo kuna chaguo, wao hujaza obiti mmoja mmoja.
Agizo hili la kujaza linajulikana kama sheria ya Hund. Inatumika tu wakati obiti za atomiki zina nguvu sawa, na pia husaidia kupunguza msukosuko kati ya elektroni, na kufanya atomi kuwa thabiti zaidi.
Kumbuka kwamba s-orbital daima huwa na nishati kidogo kidogo kuliko p obiti iliyo katika kiwango sawa cha nishati, kwa hivyo ya kwanza kila wakati hujaa kabla ya mwisho.
Cha ajabu sana ni nafasi ya obiti za 3d. Ziko katika kiwango cha juu kuliko zile za 4, na kwa hivyo obiti za 4s hujaa kwanza, na kufuatiwa na obiti zote za 3d na 4p.
Mkanganyiko sawa hutokea katika viwango vya juu na weaves zaidi katikati. Kwa hivyo, kwa mfano, obiti za atomiki za 4f hazijazwa hadi sehemu zote kwenyeSekunde 6
Kujua mpangilio wa kujaza ni msingi wa kuelewa jinsi ya kuelezea miundo ya kielektroniki.
