Tyto degenerované orbitaly jsou ti, kteří jsou na stejné úrovni energie. Podle této definice musí mít stejné hlavní kvantové číslo n. Orbitaly 2s a 2p jsou tedy degenerované, protože patří do energetické úrovně 2. Je však známo, že jejich funkce úhlové a radiální vlny jsou odlišné.
Jak hodnoty n rostou, elektrony začnou zabírat další energetické úrovně, jako jsou d or f orbitaly. Každý z těchto orbitálů má své vlastní charakteristiky, které lze na první pohled vidět v jejich úhlových tvarech; Jedná se o kulové (s), činky (p), jetele (d) a kulové (f) postavy.
Zdroj: Gabriel Bolívar
Mezi nimi existuje energetický rozdíl, dokonce patřící do stejné úrovně n.
Například výše uvedený obrázek ukazuje energetické schéma s orbity obsazenými nepárovými elektrony (abnormální případ). Je vidět, že ze všech nejstabilnějších (ten s nejnižší energií) je orbitální ns (1s, 2s,…), zatímco nf je nejstabilnější (ten s nejvyšší energií).
Degenerované orbity izolovaného atomu
Degenerované orbity, se stejnou hodnotou n, jsou na stejném řádku energetického schématu. Z tohoto důvodu jsou tři červené pruhy, které symbolizují orbitaly, umístěny na stejné linii; stejně jako fialové a žluté pruhy stejným způsobem.
Schéma na obrázku porušuje Hundovo pravidlo: orbitaly s vyšší energií jsou naplněny elektrony, aniž by byly nejprve spárovány v těch s nižší energií. Jak elektrony se spojí, orbitál ztrácí energii a projevuje větší elektrostatický odpor na nepárových elektronech ostatních orbitálů.
V mnoha energetických diagramech však takové účinky nejsou brány v úvahu. Pokud ano, a podřídili se Hundově vládě, aniž by zcela vyplnily orbitaly, bylo by vidět, že přestanou být degenerovaní.
Jak již bylo zmíněno, každý orbitál má své vlastní charakteristiky. Izolovaný atom, s jeho elektronickou konfigurací, má své elektrony uspořádány v přesném počtu orbitálů, aby je mohly pojmout. Za degenerované lze považovat pouze ty, které mají stejnou energii.
Orbitaly
Tři červené pruhy pro degenerovaných p orbitalů v obrázku ukazují, že oba p x, p, a p Z mají stejnou energii. V každém je nepárový elektron, který je popsán čtyřmi kvantovými čísly (n, l, ml a ms), zatímco první tři popisují oběžné dráhy.
Jediný rozdíl mezi nimi je označen magnetickým momentem ml, který nakreslí dráhu p x na ose x, p y na ose y a p z na ose z. Všechny tři jsou stejné, ale liší se pouze svou prostorovou orientací. Z tohoto důvodu jsou vždy přitahovány k energii, tj. K degeneraci.
Vzhledem k tomu, že jsou si rovny, musí izolovaný atom dusíku (s konfigurací 1s 2 2s 2 2p 3) udržovat svůj degenerát svých tří orbitálů. Energetický scénář se však náhle změní, pokud uvažujeme atom dusíku v molekule nebo chemické sloučenině.
Proč? Vzhledem k tomu, i když p x, p a a p z jsou stejné energie, může se lišit podle toho, zda mají různé chemické prostředí; to znamená, pokud se vážou na různé atomy.
Orbitaly d
Existuje pět fialových pruhů, které označují orbitaly. V izolovaném atomu, i když mají spárované elektrony, je těchto pět orbitálů považováno za degenerované. Na rozdíl od orbitálů se však tentokrát výrazně liší jejich úhlové tvary.
Proto se jeho elektrony pohybují ve vesmíru, které se liší od jednoho orbitálního k druhému. To podle teorie krystalického pole způsobuje, že minimální rušení způsobuje energetické zdvojnásobení orbitálů; to znamená, že pět fialových pruhů se odděluje a mezi nimi zanechává mezeru v energii:
Zdroj: Gabriel Bolívar
Jaké jsou nejvyšší orbitaly a jaké jsou spodní orbitaly? Výše jsou symbolizovány jako e g a hodnoty pod t 2g. Poznámka, jak byly původně všechny fialové pruhy vyrovnány, a nyní sadu dvou e g orbitalů aktivnější než druhé sady tří t 2g orbitalů byla vytvořena.
Tato teorie nám umožňuje vysvětlit dd přechody, kterým je přiřazena řada barev pozorovaných ve sloučeninách přechodných kovů (Cr, Mn, Fe atd.). A k čemu je toto elektronické rušení způsobeno? K koordinační interakci kovového centra s jinými molekulami nazývanými ligandy.
F
A s orbitaly, cítil žluté pruhy, situace se stává ještě složitější. Jejich prostorové směry se mezi nimi velmi liší a vizualizace jejich vazeb je příliš složitá.
Ve skutečnosti jsou orbitaly považovány za tak vnitřní skořepiny, že se „významně nezúčastňují“ na tvorbě vazeb.
Když se izolovaný atom s orbitaly obklopí jinými atomy, začnou interakce a dochází k rozvíjení (ztráta degenerace):
Zdroj: Gabriel Bolívar
Všimněte si, že nyní žluté pruhy tvoří tři sady: t 1 g, t 2 g a 1 g, a že již ne degenerují.
Degenerovat hybridní orbitaly
Bylo vidět, že se oběžné dráhy mohou rozvinout a ztratit degeneraci. Přestože to vysvětluje elektronické přechody, bledne to v objasnění toho, jak a proč existují různé molekulární geometrie. Zde přicházejí hybridní orbity.
Jaké jsou jeho hlavní vlastnosti? Že jsou zvrhlí. Vznikají tak ze kombinace postav orbitálů s, p, d a f, aby vznikly degenerované hybridy.
Například tři orbitaly se smíchají s jednou s, čímž se získají čtyři orbitaly sp 3. Všechny orbitály sp 3 jsou degenerované, a proto mají stejnou energii.
Jestliže se navíc, dva d orbitalů se smísí se čtyřmi sp 3, se získáme šest sp 3 d 2 orbitaly.
A jak vysvětlují molekulární geometrie? Protože existuje šest, se stejnými energiemi, musí být proto orientovány symetricky v prostoru, aby vytvořily stejné chemické prostředí (například ve směsi MF 6).
Když tak učiní, vytvoří se koordinační osmiúhelník, který se rovná osmiúhelníkové geometrii kolem středu (M).
Geometrie jsou však často zkreslené, což znamená, že ani hybridní orbity nejsou opravdu úplně degenerované. Na závěr tedy degenerované orbity existují pouze v izolovaných atomech nebo ve vysoce symetrických prostředích.
Reference
- Chemicool Dictionary. (2017). Definice degenerátu. Obnoveno z: chemicool.com
- SparkNotes LLC. (2018). Atomy a atomové orbitaly. Obnoveno z: sparknotes.com
- Čistá chemie. (sf). Elektronická konfigurace. Obnoveno z: es-puraquimica.weebly.com
- Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chemie. (8. ed.). CENGAGE Učení.
- Moreno R. Esparza. (2009). Kurz koordinační chemie: Pole a orbitály.. Obnoveno z: depa.fquim.unam.mx
- Shiver & Atkins. (2008). Anorganická chemie. (Čtvrté vydání). Mc Graw Hill.