አቶሚክ ምህዋሮች ምንድናቸው?

2024 ደራሲ ደራሲ: Angel Austin | [email protected]. ለመጨረሻ ጊዜ የተሻሻለው: 2023-12-17 05:15

በኬሚስትሪ እና ፊዚክስ፣ አቶሚክ ምህዋሮች በሞለኪውል ውስጥ እንዳሉት በአቶሚክ ኒዩክሊየስ ወይም በኒውክሊየስ አካባቢ የሚገኙ ከሁለት ኤሌክትሮኖች የማይበልጡ ባህሪያትን የሚገልፅ ሞገድ ተግባር የሚባል ተግባር ነው። ምህዋር ብዙውን ጊዜ ኤሌክትሮን የማግኘት እድል 95 በመቶ የሆነበት ባለ ሶስት አቅጣጫዊ ክልል ሆኖ ይታያል።

ኦርቢታሎች እና ምህዋሮች

ፕላኔት በፀሐይ ዙሪያ ስትንቀሳቀስ ምህዋር የሚባል መንገድ ይከታተላል። በተመሳሳይ፣ አቶም በኒውክሊየስ ዙሪያ በሚዞሩ ምህዋር ውስጥ እንደ ኤሌክትሮኖች ሊወከል ይችላል። እንደ እውነቱ ከሆነ ነገሮች የተለያዩ ናቸው, እና ኤሌክትሮኖች በአቶሚክ ምህዋር በሚታወቁ የጠፈር ክልሎች ውስጥ ናቸው. የኬሚስትሪ የ Schrödinger wave equationን ለማስላት እና በዚህ መሰረት የኤሌክትሮኑን ሊሆኑ የሚችሉ ሁኔታዎችን ለመወሰን በቀላል የአተሙ ሞዴል ረክቷል።

ምህዋሮች እና ምህዋሮች ይመሳሰላሉ፣ነገር ግን ፍፁም የተለያየ ትርጉም አላቸው። በመካከላቸው ያለውን ልዩነት መረዳት እጅግ በጣም አስፈላጊ ነው።

ምህዋሮችን ለማሳየት የማይቻል

የአንድን ነገር አቅጣጫ ለማቀድ ነገሩ የት እንዳለ በትክክል ማወቅ ያስፈልግዎታልየሚገኝ ሲሆን በአንድ አፍታ ውስጥ የት እንደሚገኝ ማረጋገጥ ይችላል። ይህ ለኤሌክትሮን የማይቻል ነው።

በሃይዘንበርግ እርግጠኛ አለመሆን መርህ መሰረት አንድ ቅንጣት በአሁኑ ጊዜ የት እንዳለ እና በኋላ የት እንደሚሆን በትክክል ማወቅ አይቻልም። (በእውነቱ፣ መርሆው በአንድ ጊዜ እና በፍፁም ትክክለኛነት ፍጥነቱን እና ፍጥነቱን ለመወሰን የማይቻል ነው ይላል።)

ስለዚህ በኒውክሊየስ ዙሪያ የኤሌክትሮን ምህዋር መገንባት አይቻልም። ይህ ትልቅ ችግር ነው? አይ. አንድ ነገር የማይቻል ከሆነ መቀበል እና በዙሪያው ያሉ መንገዶች መገኘት አለባቸው።

ሃይድሮጅን ኤሌክትሮን - 1s-orbital

አንድ ሃይድሮጂን አቶም አለ እና በተወሰነ ጊዜ የአንድ ኤሌክትሮን አቀማመጥ በግራፊክ ታትሟል እንበል። ብዙም ሳይቆይ, አሰራሩ ይደገማል እና ተመልካቹ ቅንጣቱ በአዲስ ቦታ ላይ እንዳለ ይገነዘባል. ከመጀመሪያው ቦታ ወደ ሁለተኛው እንዴት እንደደረሰች አይታወቅም።

በዚህ መንገድ ከቀጠልክ፣ ቅንጣቱ ሊኖር የሚችልበትን ቦታ ቀስ በቀስ አንድ ዓይነት 3D ካርታ ትሰራለህ።

በሃይድሮጂን አቶም ሁኔታ ኤሌክትሮን በኒውክሊየስ ዙሪያ ባለው ሉላዊ ቦታ ውስጥ በማንኛውም ቦታ ሊኖር ይችላል። ስዕሉ የዚህን ሉላዊ ቦታ መስቀለኛ ክፍል ያሳያል።

በጊዜው

95% (ወይም ሌላ ማንኛውም መቶኛ፣ የአጽናፈ ዓለሙን መጠን ብቻ መቶ በመቶ እርግጠኝነት ሊሰጥ ስለሚችል) ኤሌክትሮን በቀላሉ በቀላሉ በተገለጸው የጠፈር ክልል ውስጥ፣ ለኒውክሊየስ የሚጠጋ ይሆናል። እንዲህ ዓይነቱ ክልል ምህዋር ተብሎ ይጠራል. አቶሚክ ምህዋር ናቸው።ኤሌክትሮን የሚገኝባቸው የጠፈር ክልሎች።

እዚያ ምን እያደረገ ነው? አናውቅም ፣ አናውቅም ፣ እና ስለዚህ ይህንን ችግር በቀላሉ ችላ እንላለን! ልንለው የምንችለው ኤሌክትሮን በተወሰነ ምህዋር ውስጥ ከሆነ የተወሰነ ጉልበት ይኖረዋል ማለት ነው።

እያንዳንዱ ምህዋር ስም አለው።

በሃይድሮጂን ኤሌክትሮን የተያዘው ቦታ 1s-orbital ይባላል። እዚህ ያለው ክፍል ማለት ቅንጣቱ ወደ ኒውክሊየስ ቅርብ ባለው የኃይል ደረጃ ላይ ነው ማለት ነው. ኤስ ስለ ምህዋር ቅርጽ ይናገራል. S-orbitals ስለ ኒውክሊየስ ክብ ቅርጽ ያላቸው ናቸው -ቢያንስ ልክ እንደ ባዶ ኳስ ልክ እንደ ጥቅጥቅ ያሉ ነገሮች መሃል ላይ ኒውክሊየስ ያለው።

2s

የሚቀጥለው ምህዋር 2ሴ ነው። ከ 1 ዎች ጋር ይመሳሰላል፣ የኤሌክትሮኖች በጣም ሊከሰት የሚችል ቦታ ከኒውክሊየስ በጣም ርቆ ካልሆነ በስተቀር። ይህ የሁለተኛው የኃይል ደረጃ ምህዋር ነው።

በቅርብ ካየህ ወደ ኒውክሊየስ በቀረበበት ቦታ ትንሽ ከፍ ያለ የኤሌክትሮን ጥግግት ያለው ሌላ ክልል እንዳለ ትገነዘባለህ ("density" ይህ ቅንጣት በተወሰነ ቦታ ላይ የመገኘቱን እድል የሚያመለክት ሌላው መንገድ ነው)

2s ኤሌክትሮኖች (እና 3ሴ፣ 4ሰ፣ወዘተ) ጊዜያቸውን አንድ ሰው ከሚጠብቀው በላይ ወደ አቶም መሃል በጣም ቅርብ ያሳልፋሉ። የዚህ ውጤት በ s-orbitals ውስጥ ጉልበታቸው ትንሽ ይቀንሳል. ኤሌክትሮኖች ወደ ኒውክሊየስ በቀረቡ መጠን ጉልበታቸው ይቀንሳል።

3s-፣ 4s-orbitals (እና የመሳሰሉት) ከአቶም መሃል እየጨመሩ ነው።

P-orbitals

ሁሉም ኤሌክትሮኖች በ s orbitals ውስጥ የሚኖሩ አይደሉም (በእርግጥ ጥቂቶቹ ናቸው)። በመጀመሪያው የኢነርጂ ደረጃ፣ ለእነሱ ያለው ብቸኛ ቦታ 1 ሴ ነው፣ በሁለተኛው ላይ 2 ሴ እና 2 ፒ ተጨምረዋል።

የዚህ አይነት ኦርቢትሎች ልክ እንደ 2 ተመሳሳይ ፊኛዎች ናቸው፣ በዋናው ላይ እርስ በርስ የተያያዙ። ስዕሉ ባለ 3-ልኬት የጠፈር ክልል መስቀለኛ ክፍል ያሳያል። እንደገና፣ ምህዋር የሚያሳየው ቦታውን አንድ ኤሌክትሮን የማግኘት 95 በመቶ እድል ብቻ ነው።

በኒውክሊየስ ውስጥ የሚያልፈው አግድም አውሮፕላን አንዱ የምህዋር ክፍል ከአውሮፕላኑ በላይ ሌላው ከሱ በታች እንዲሆን ብለን ካሰብን በዚህ አውሮፕላን ውስጥ ኤሌክትሮን የማግኘት እድሉ ዜሮ ነው።. ስለዚህ አንድ ቅንጣት በኒውክሊየስ አውሮፕላን ውስጥ ፈጽሞ ማለፍ ካልቻለ ከአንዱ ክፍል ወደ ሌላው እንዴት ይወጣል? ይህ በማዕበል ተፈጥሮው ምክንያት ነው።

ከs- በተቃራኒ p-orbital የተወሰነ አቅጣጫ አለው።

በማንኛውም የኢነርጂ ደረጃ፣ በትክክለኛ ማዕዘኖች የሚገኙ ሶስት ፍፁም አቻ p-orbitals ሊኖራችሁ ይችላል። በዘፈቀደ የሚወክሉት p_x፣ p_y እና p_z ባሉት ምልክቶች ነው። ይህ ለምቾት ተቀባይነት አለው - አቶም በዘፈቀደ ህዋ ውስጥ ስለሚንቀሳቀስ በ X፣ Y ወይም Z አቅጣጫዎች ምን ማለት ነው የሚለው በየጊዜው እየተቀየረ ነው።

P-orbitals በሁለተኛው የኢነርጂ ደረጃ 2p_x፣ 2p_y እና 2p_{z ይባላሉ። በቀጣዮቹ ላይ ተመሳሳይ ምህዋሮች አሉ - 3p}x_{፣ 3p}y_{፣ 3p}z_{፣ 4px}፣ 4p_y፣4p_z እና የመሳሰሉት።

ከመጀመሪያው በስተቀር ሁሉም ደረጃዎች p-orbitals አላቸው። ከፍ ባለ ደረጃ ላይ፣ "ፔትሎች" የበለጠ ይረዝማሉ፣ የኤሌክትሮኖች መገኛ ቦታ ከኒውክሊየስ የበለጠ ርቀት ላይ ነው።

d- እና f-orbitals

ከs እና p orbitals በተጨማሪ ለኤሌክትሮኖች በከፍተኛ የሃይል ደረጃ የሚገኙ ሁለት ሌሎች የምሕዋር ስብስቦች አሉ። በሦስተኛው ላይ፣ አምስት d-orbitals (ውስብስብ ቅርጾች እና ስሞች ያሉት) እንዲሁም 3s- እና 3p-orbitals (3p_x፣ 3p_{y ሊኖሩ ይችላሉ። ፣ 3p}z_{)። እዚህ በአጠቃላይ 9 አሉ።}

በአራተኛው ላይ፣ ከ4s እና 4p እና 4d ጋር፣ 7 ተጨማሪ f-orbitals ይታያሉ - በአጠቃላይ 16፣ እንዲሁም በሁሉም ከፍተኛ የሃይል ደረጃዎች ይገኛሉ።

የኤሌክትሮኖች አቀማመጥ በምህዋር ውስጥ

አንድ አቶም በጣም የሚያምር ቤት ነው ተብሎ ሊታሰብ ይችላል (እንደ ተገለበጠ ፒራሚድ) ኒውክሊየስ መሬት ላይ የሚኖር እና በላይኛው ፎቅ ላይ የተለያዩ ክፍሎች ያሉት በኤሌክትሮኖች የተያዙ ናቸው፡

• በአንደኛ ፎቅ (1ኛ) ክፍል 1 ክፍል ብቻ ነው ያለው፤
• በሁለተኛው ክፍል ላይ ቀድሞውኑ 4 (2ሰ፣ 2p_x፣ 2p_y እና 2p_z);
• በሦስተኛው ፎቅ ላይ 9 ክፍሎች (አንድ 3ሰ፣ ሶስት 3ፒ እና አምስት ባለ 3 ዲ ምህዋር) እና የመሳሰሉት አሉ።

ነገር ግን ክፍሎቹ በጣም ትልቅ አይደሉም። እያንዳንዳቸው 2 ኤሌክትሮኖችን ብቻ ነው መያዝ የሚችሉት።

እነዚህ ቅንጣቶች ያሉበትን የአቶሚክ ምህዋር ለማሳየት አመቺው መንገድ "ኳንተም ሴሎች" መሳል ነው።

የኳንተም ሴሎች

ኑክሌርኦርቢታሎች እንደ ቀስቶች በሚታዩ ኤሌክትሮኖች ውስጥ እንደ ካሬዎች ሊወከሉ ይችላሉ. ብዙውን ጊዜ እነዚህ ቅንጣቶች የተለያዩ መሆናቸውን ለማሳየት የላይ እና የታች ቀስቶች ጥቅም ላይ ይውላሉ።

በአተም ውስጥ የተለያዩ ኤሌክትሮኖች አስፈላጊነት የኳንተም ቲዎሪ ውጤት ነው። በተለያዩ ምህዋሮች ውስጥ ካሉ፣ ጥሩ ነው፣ ነገር ግን በአንድ ምህዋር ውስጥ ከሆኑ፣ በመካከላቸው የሆነ ስውር ልዩነት ሊኖር ይገባል። የኳንተም ቲዎሪ ቅንጣቶችን "ስፒን" የሚባል ንብረት ይሰጣል ይህም የቀስቶቹ አቅጣጫ የሚያመለክተው ነው።

የ

1s ምህዋር ከሁለት ኤሌክትሮኖች ጋር እንደ ካሬ ሆኖ ሁለት ቀስቶች ወደ ላይ እና ወደ ታች የሚያመለክቱ ናቸው፣ነገር ግን በፍጥነት በ1s² ሊፃፍ ይችላል። "አንድ ሰ ሁለት" እንጂ "አንድ ሰ ስኩዌር" አይነበብም። በእነዚህ ማስታወሻዎች ውስጥ ያሉት ቁጥሮች ግራ ሊጋቡ አይገባም. የመጀመሪያው የኢነርጂ ደረጃ ሲሆን ሁለተኛው ደግሞ የምሕዋር ቅንጣቶች ብዛት ነው።

ማዳቀል

በኬሚስትሪ ውስጥ፣ ማዳቀል የአቶሚክ ምህዋሮችን ወደ አዲስ የተዳቀሉ ምህዋሮች የመቀላቀል ፅንሰ-ሀሳብ ነው ኤሌክትሮኖችን በማጣመር ኬሚካላዊ ቦንዶች። Sp hybridization እንደ alkynes ያሉ ውህዶች ኬሚካላዊ ትስስር ያብራራል። በዚህ ሞዴል 2s እና 2p የካርቦን አቶሚክ ምህዋሮች ተቀላቅለው ሁለት ስፒ ኦርቢትሎች ይፈጥራሉ። አሴታይሊን ሲ₂H₂ የ sp-sp የሁለት የካርቦን አተሞች σ-bond እና ሁለት ተጨማሪ π-bonds መፈጠርን ያካትታል።

የካርቦን አቶሚክ ምህዋር በሃይድሮካርቦኖች ውስጥ አላቸው።identical hybrid sp³- እንደ ዳምቤል ቅርጽ ያላቸው ምህዋሮች አንዱ ክፍል ከሌላው በጣም ትልቅ ነው።

Sp²-ማዳቀል ከቀደምቶቹ ጋር ተመሳሳይ ነው እና አንድ s እና ሁለት p-orbitals በመቀላቀል ይመሰረታል። ለምሳሌ፣ በኤቲሊን ሞለኪውል ውስጥ ሶስት sp²- እና አንድ p-orbital ይፈጠራሉ።

የአቶሚክ ምህዋሮች፡የመሙላት መርህ

ከአንዱ አቶም ወደ ሌላው የሚሸጋገረውን የኬሚካል ንጥረ ነገሮች ወቅታዊ ሰንጠረዥ በምናብ በመገመት አንድ ተጨማሪ ቅንጣት በሚቀጥለው ምህዋር ላይ በማስቀመጥ የሚቀጥለውን አቶም ኤሌክትሮኒክ መዋቅር መመስረት ይችላል።

ኤሌክትሮኖች፣ ከፍተኛውን የኃይል መጠን ከመሙላትዎ በፊት፣ ወደ ኒውክሊየስ ቅርብ የሚገኙትን ዝቅተኛዎቹን ይይዛሉ። ምርጫ ባለበት ቦታ ኦርቢታሎችን ለየብቻ ይሞላሉ።

ይህ የመሙያ ትእዛዝ የሃንድ ደንብ በመባል ይታወቃል። ተግባራዊ የሚሆነው የአቶሚክ ምህዋሮች እኩል ሃይሎች ሲኖራቸው ብቻ ነው፣ እና እንዲሁም በኤሌክትሮኖች መካከል ያለውን መገፋፋት ለመቀነስ ይረዳል፣ ይህም አቶም የበለጠ የተረጋጋ ያደርገዋል።

ማስታወሻ s-orbital ሁልጊዜ በተመሳሳይ የኢነርጂ ደረጃ ከፒ ኦርቢታል ያነሰ ሃይል አለው፣ስለዚህ የቀደመው ሁል ጊዜ ከኋለኛው በፊት ይሞላል።

በእውነቱ የሚገርመው የ3-ል ምህዋር አቀማመጥ ነው። እነሱ ከ4ዎቹ ከፍ ያለ ደረጃ ላይ ናቸው፣ እና ስለዚህ 4s orbitals በመጀመሪያ ይሞላሉ፣ ከዚያም ሁሉም 3d እና 4p orbitals ይከተላሉ።

ተመሳሳይ ግራ መጋባት በከፍተኛ ደረጃ ላይ ሲሆን በመካከላቸው ብዙ ሽመናዎች ይኖራሉ። ስለዚህ ፣ ለምሳሌ ፣ የ 4f አቶሚክ ምህዋሮች በ ላይ ያሉት ሁሉም ቦታዎች እስኪሞሉ ድረስ አይሞሉም።6ሴ።

የሞሉ ትዕዛዙን ማወቅ የኤሌክትሮኒካዊ መዋቅሮችን እንዴት መግለጽ እንደሚቻል ለመረዳት ማዕከላዊ ነው።