Orbital atom yang terdiri dari apa, bagaimana mereka dilambangkan dan tipenya

itu orbital atom adalah daerah-daerah atom yang didefinisikan oleh fungsi gelombang untuk elektron. Fungsi gelombang adalah ekspresi matematis yang diperoleh dari resolusi persamaan Schrödinger. Ini menggambarkan keadaan energi dari satu atau lebih elektron di ruang angkasa, serta probabilitas untuk menemukannya.

Konsep fisik ini, diterapkan oleh ahli kimia untuk memahami tautan dan tabel periodik, menganggap elektron sebagai gelombang dan partikel pada saat yang sama. Oleh karena itu, citra tata surya dibuang, di mana elektron adalah planet yang berputar dalam orbit di sekitar nukleus atau matahari..

Visualisasi usang ini praktis ketika menggambarkan tingkat energi atom. Misalnya: lingkaran yang dikelilingi oleh cincin konsentris yang mewakili orbit, dan elektron statisnya. Sebenarnya, ini adalah gambar yang dengannya atom diperkenalkan kepada anak-anak dan remaja.

Namun, struktur atom sebenarnya terlalu kompleks untuk memiliki gambar perkiraan.

Dengan mempertimbangkan elektron sebagai partikel gelombang, dan menyelesaikan persamaan diferensial Schrödinger untuk atom hidrogen (sistem paling sederhana dari semuanya), bilangan kuantum yang terkenal diperoleh.

Angka-angka ini menunjukkan bahwa elektron tidak dapat menempati tempat atom mana pun, tetapi hanya elektron yang mematuhi tingkat energi rahasia dan terkuantisasi. Ekspresi matematika di atas dikenal sebagai fungsi gelombang.

Jadi, dari atom hidrogen, serangkaian keadaan energik yang diatur oleh bilangan kuantum diperkirakan. Keadaan energi ini dinamakan orbital atom.

Tapi, ini hanya menggambarkan keberadaan elektron dalam atom hidrogen. Untuk atom-atom lain, polyelectronics, mulai dari helium dan seterusnya, sebuah pendekatan orbital dibuat. Mengapa Karena resolusi persamaan Schrödinger untuk atom dengan dua atau lebih elektron sangat rumit (bahkan dengan teknologi saat ini).

Indeks

• 1 Apakah orbital atom itu??
  • 1.1 Fungsi gelombang radial
  • 1.2 Fungsi gelombang sudut
  • 1.3 Kemungkinan menemukan ikatan elektron dan kimia
• 2 Bagaimana mereka dilambangkan?
• 3 Jenis
  • 3.1 Orbit
  • 3.2 Orbit hal
  • 3.3 Orbit d
  • 3.4 orbit
• 4 Referensi

Apakah orbital atom itu??

Orbital atom adalah fungsi gelombang yang terdiri dari dua komponen: satu radial, dan satu sudut. Ungkapan matematis ini ditulis sebagai:

Ψ_nlml = R_nl(r) · Y_lml(θφ)

Meskipun mungkin tampak rumit pada awalnya, perhatikan bahwa angka kuantum n, l dan ml Mereka ditandai dengan huruf-huruf kecil. Ini berarti bahwa ketiga angka ini menggambarkan orbital. R_nl(r), lebih dikenal sebagai fungsi radial, tergantung pada n dan l; sementara Y_lml(θφ), fungsi sudut, tergantung pada l dan ml.

Dalam persamaan matematika ada juga variabel r, jarak ke nukleus, dan θ dan φ. Hasil dari semua persamaan ini adalah representasi fisik dari orbital. Apa? Yang terlihat pada gambar di atas. Ada serangkaian orbital yang akan dijelaskan di bagian berikut.

Bentuk dan desainnya (bukan warna) berasal dari penempatan di ruang fungsi gelombang dan komponen radial dan sudutnya.

Fungsi gelombang radial

Seperti yang terlihat dalam persamaan, R_nl(r) sangat tergantung pada n pada l. Kemudian, fungsi gelombang radial dijelaskan oleh tingkat energi utama dan sub-levelnya.

Jika foto dapat diambil dari elektron tanpa memperhitungkan arahnya, titik kecil yang tak terhingga dapat diamati. Kemudian, dengan mengambil jutaan foto, Anda dapat merinci bagaimana titik awan berubah berdasarkan jarak ke nukleus.

Dengan cara ini, kerapatan awan dapat dibandingkan dalam jarak dan dekat nukleus. Jika operasi yang sama diulangi tetapi dengan level atau sub-level energi lain, awan lain akan terbentuk yang melingkupi yang sebelumnya. Di antara keduanya ada ruang kecil di mana elektron tidak pernah berada; inilah yang dikenal sebagai simpul radial.

Juga, di awan ada daerah dengan kepadatan elektronik yang lebih tinggi dan lebih rendah. Ketika mereka menjadi lebih besar dan menjauh dari nukleus, mereka memiliki lebih banyak node radial; dan juga, jarak r di mana elektron berputar lebih sering dan lebih cenderung menemukannya.

Fungsi gelombang sudut

Sekali lagi, dari persamaan diketahui bahwa Y_lml(θφ) terutama dijelaskan oleh bilangan kuantum l dan ml. Kali ini ia berpartisipasi dalam bilangan kuantum magnetik, oleh karena itu, arah elektron dalam ruang ditentukan; dan alamat ini dapat diplot dari persamaan matematika yang melibatkan variabel θ dan φ.

Sekarang, kita tidak melanjutkan untuk mengambil foto, tetapi untuk merekam video dari jalur elektron dalam atom. Berbeda dengan percobaan sebelumnya, tidak diketahui ke mana tepatnya elektron berada, tetapi ke mana ia pergi.

Saat bergerak, elektron menggambarkan awan yang lebih jelas; pada kenyataannya, bentuk bola, atau yang memiliki lobus, seperti yang terlihat pada gambar. Jenis gambar dan arahnya di ruang dijelaskan oleh l dan ml.

Ada daerah, dekat dengan nukleus, tempat elektron tidak transit dan gambar menghilang. Daerah seperti itu dikenal sebagai node sudut.

Sebagai contoh, jika orbital sferis pertama yang diamati, dengan cepat disimpulkan bahwa itu simetris di semua arah; Namun, ini tidak terjadi dengan orbital lain, yang bentuknya mengungkapkan ruang kosong. Ini dapat diamati pada asal-usul bidang Cartesian, dan di bidang imajiner antara lobus.

Kemungkinan menemukan ikatan elektron dan kimia

Untuk menentukan probabilitas sebenarnya untuk menemukan elektron dalam orbital, dua fungsi harus dipertimbangkan: radial dan sudut. Oleh karena itu, tidak cukup untuk mengasumsikan komponen sudut, yaitu bentuk orbital yang digambarkan, tetapi juga bagaimana kerapatan elektroniknya berubah sehubungan dengan jarak nukleus..

Namun, karena alamatnya (ml) membedakan satu orbital dari yang lain, adalah praktis (walaupun mungkin tidak sepenuhnya benar) untuk mempertimbangkan hanya bentuknya. Dengan cara ini, deskripsi ikatan kimia dijelaskan oleh tumpang tindih angka-angka ini.

Sebagai contoh, gambar komparatif dari tiga orbital ditunjukkan di atas: 1s, 2s dan 3s. Perhatikan node radial di dalamnya. Orbital 1s tidak memiliki node, sedangkan dua lainnya memiliki satu dan dua node.

Ketika mempertimbangkan ikatan kimia, lebih mudah untuk mengingat hanya bentuk bola dari orbital-orbital ini. Dengan cara ini, orbital ns mendekati yang lain, dan dari kejauhan r, elektron akan membentuk ikatan dengan elektron dari atom tetangga. Dari sini muncul beberapa teori (TEV dan TOM) yang menjelaskan tautan ini.

Bagaimana mereka dilambangkan?

Orbital atom, secara eksplisit, dilambangkan sebagai: nl_ml.

Bilangan kuantum mengambil seluruh nilai 0, 1, 2, dll., Tetapi untuk melambangkan orbital hanya dibiarkan begitu saja n nilai numerik Sementara untuk l, seluruh nomor diganti dengan huruf yang sesuai (s, p, d, f); dan untuk ml, rumus variabel atau matematika (kecuali untuk ml= 0).

Misalnya, untuk orbital 1s: n= 1, s = 0, dan ml= 0 Hal yang sama berlaku untuk semua orbital ns (2s, 3s, 4s, dll.).

Untuk melambangkan orbital-orbital lainnya, kita perlu membahas tipenya, masing-masing dengan tingkat energi dan karakteristiknya sendiri.

Jenis

Orbit

Angka-angka kuantum l= 0, dan ml= 0 (selain komponen radial dan sudutnya) menggambarkan orbital dengan bentuk bola. Ini adalah salah satu yang memimpin piramida orbital dari gambar awal. Juga, seperti terlihat pada gambar node radial, dapat diperkirakan bahwa orbital 4s, 5s dan 6s memiliki tiga, empat dan lima node..

Mereka dicirikan dengan menjadi simetris dan elektron mereka mengalami muatan nuklir efektif yang lebih besar. Ini karena elektron mereka dapat menembus lapisan internal dan melayang sangat dekat dengan nukleus, yang memberikan daya tarik positif pada mereka.

Karena itu, ada kemungkinan bahwa elektron 3s dapat menembus orbital 2s dan 1s, mendekati nukleus. Fakta ini menjelaskan mengapa sebuah atom dengan orbital hibrid sp, lebih elektronegatif (dengan kecenderungan lebih besar untuk menarik kerapatan elektronik dari atom-atom tetangganya) daripada dengan hibridisasi sp.³.

Dengan demikian, elektron orbital adalah yang paling banyak mengalami muatan inti dan secara energetik lebih stabil. Bersama-sama, mereka memberikan efek perisai pada elektron sub-level atau orbital lainnya; yaitu, mereka mengurangi muatan nuklir nyata Z yang dialami oleh elektron paling eksternal.

Orbit hal

Orbital p memiliki bilangan kuantum l= 1, dan dengan nilai ml= -1, 0, +1. Artinya, sebuah elektron dalam orbital-orbital ini dapat mengambil tiga arah, yang direpresentasikan sebagai dumbel kuning (sesuai dengan gambar di atas).

Perhatikan bahwa setiap halter diposisikan di sepanjang sumbu Cartesian x, dan dan z. Oleh karena itu, p orbital yang terletak pada sumbu x, dilambangkan sebagai p_x; yang ada di sumbu y, hal_dan; dan jika itu menunjuk tegak lurus ke bidang xy, yaitu, pada sumbu z, maka p_z.

Semua orbital saling tegak lurus, yaitu membentuk sudut 90º. Juga, fungsi sudut menghilang di nukleus (asal dari sumbu Cartesian), dan hanya ada kemungkinan menemukan elektron di dalam lobus (yang kerapatan elektronnya tergantung pada fungsi radial).

Efek pelindung yang buruk

Elektron orbital-orbital ini tidak dapat menembus lapisan internal dengan kemudahan yang sama dengan orbital s. Membandingkan bentuknya, orbital p tampaknya lebih dekat dengan nukleus; Namun, elektron ns paling sering ditemukan di sekitar nukleus.

Apa konsekuensi dari hal di atas? Bahwa elektron NP mengalami muatan nuklir efektif yang lebih rendah. Dan di samping itu, yang terakhir dikurangi lebih jauh oleh efek penyaringan orbital s. Ini menjelaskan, misalnya, mengapa atom dengan orbital sp hybrid³ itu kurang elektronegatif dibandingkan dengan orbital sp² atau sp.

Penting juga untuk dicatat bahwa setiap halter memiliki bidang nodal sudut, tetapi tidak ada simpul radial (orbital 2p tidak lain). Artinya, jika diiris, di dalamnya tidak akan ada lapisan seperti dengan orbital 2s; tetapi dari orbital 3p dan seterusnya, nodus radial akan mulai diamati.

Node sudut ini bertanggung jawab atas fakta bahwa elektron terluar mengalami efek perisai yang buruk. Sebagai contoh, elektron 2s melindungi orbital 2p ke tingkat yang lebih besar daripada elektron 2p ke orbital 3s.

Px, Py, dan Pz

Karena nilai-nilai ml adalah -1, 0 dan +1, masing-masing mewakili orbital Px, Py atau Pz. Secara total, mereka dapat menampung enam elektron (dua untuk setiap orbital). Fakta ini sangat penting untuk memahami konfigurasi elektronik, tabel periodik, dan elemen-elemen yang membentuk apa yang disebut blok p.

Orbit

Orbital d memiliki nilai l= 2, dan ml= -2, -1, 0, +1, +2. Karena itu ada lima orbital yang mampu menampung sepuluh elektron secara total. Lima fungsi sudut orbital d diwakili dalam gambar di atas.

Yang pertama, orbital 3d, tidak memiliki node radial, tetapi semua yang lain, kecuali orbital d_z2, memiliki dua pesawat nodal; bukan bidang gambar, karena ini hanya menunjukkan di mana sumbu lobus oranye ditempatkan dengan bentuk daun semanggi. Dua bidang nodal adalah mereka yang membagi dua tegak lurus terhadap bidang abu-abu.

Bentuknya membuatnya semakin tidak efektif dalam melindungi muatan nuklir yang efektif. Mengapa Karena mereka memiliki lebih banyak node, dimana nukleus dapat menarik elektron eksternal.

Oleh karena itu, semua orbital d berkontribusi pada peningkatan jari-jari atom yang kurang jelas dari satu tingkat energi ke tingkat energi lainnya.

Orbit

Akhirnya, orbital f memiliki bilangan kuantum dengan nilai l= 3, dan ml= -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. Ada tujuh orbital, dengan total empat belas elektron. Orbital-orbital ini mulai tersedia dari periode 6, disimbolkan secara superfisial sebagai 4f.

Setiap fungsi sudut mewakili lobus dengan bentuk rumit dan beberapa bidang nodal. Oleh karena itu, mereka bahkan lebih sedikit melindungi elektron eksternal dan fenomena ini menjelaskan apa yang dikenal sebagai kontraksi lantanida.

Untuk alasan itu untuk atom-atom berat tidak ada variasi yang jelas dari jari-jari atom mereka dari suatu tingkat n ke yang lain n +1 (6n hingga 7n, misalnya). Sampai saat ini, orbital 5f adalah yang terakhir ditemukan dalam atom alami atau buatan.

Dengan semua ini dalam pikiran, jurang terbuka antara apa yang dikenal sebagai orbit dan orbital. Meskipun kata demi kata mereka mirip, pada kenyataannya mereka sangat berbeda.

Konsep orbital atom dan pendekatan orbital telah memungkinkan penjelasan pada ikatan kimia, dan bagaimana ini dapat, dalam satu atau lain cara, mempengaruhi struktur molekul.

Referensi

1. Menggigil & Atkins. (2008). Kimia anorganik (Edisi keempat, halaman 13-8). Mc Graw Hill.
2. Harry B. Gray. (1965). Elektron dan Ikatan Kimia. A. Benjamin, Inc. New York.
3. Quimitube (s.f.). Orbital atom dan nomor kuantum. Diperoleh dari: quimitube.com
4. Kapal C. R. (2016). Memvisualisasikan Orbit Elektron. Diperoleh dari: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Clark J. (2012). Orbit Atom. Diperoleh dari: chemguide.co.uk
6. Dongeng kuantum (26 Agustus 2011). Orbital atom, kebohongan sekolah menengah. Dipulihkan dari: cuentos-cuanticos.com