Fəsil ii. Atomların quruluşu və dövri qanun. Atom orbitalları Atom orbitalının formasını necə təyin etmək olar

. Elektronların ən çox tapıldığı bölgələrə orbitallar deyilir. Hər bir orbital müəyyən enerji ilə xarakterizə olunur və iki elektrondan çox ola bilməz. Tipik olaraq, nüvəyə ən yaxın olan ən aşağı enerjili orbitallar əvvəlcə doldurulur, sonra daha yüksək enerjili orbitallar və s.... Bənzər enerjilərə malik elektron orbitalların toplusu təbəqə əmələ gətirir (yəni, qabıq və ya enerji səviyyəsi). Enerji səviyyələri atomun nüvəsindən başlayaraq nömrələnir: 1, 2, 3,. Nüvədən nə qədər uzaq olarsa, təbəqələr bir o qədər genişdir və daha çox orbital və elektron yerləşə bilər. Bəli, açıq n . Nüvədən nə qədər uzaq olarsa, təbəqələr bir o qədər genişdir və daha çox orbital və elektron yerləşə bilər. Bəli, açıq 2 -ci səviyyə. Nüvədən nə qədər uzaq olarsa, təbəqələr bir o qədər genişdir və daha çox orbital və elektron yerləşə bilər. Bəli, açıq 2 orbitallardır və onlar 2-yə qədər yerləşə bilirlər

elektronlar. Məlum elementlərdə elektronlar yalnız ilk yeddi səviyyədə olur və onlardan yalnız ilk dördü doldurulur.Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur , s , səh d Və fDörd növ orbital var, onlar təyin olunur . Hər səviyyədə (qatda) bir vars- nüvəyə ən sıx bağlı elektronları ehtiva edən orbital. Üçü izlədi səh -orbitallar, beşVə-orbitallar və nəhayət, yeddi

Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur - Elektronların sayıs – Orbitallar sferik formadadırsəh bir dumbbell və ya iki toxunan kürə forması, Və -orbitallarda 4 "ləçək" var və

-orbitallar 8. Kesitidə bu orbitallar təxminən şəkildə göstərildiyi kimi görünür. üç rs -orbitallar düzbucaqlı koordinat sisteminin oxları boyunca kosmosda yönəldilir və müvafiq olaraq təyin edilir., x d p y; səh p z Və - VəDörd növ orbital var, onlar təyin olunur -orbitallar da bir-birinə müəyyən bucaqlarda yerləşir; sferik

Dövrün hər bir sonrakı elementi əvvəlki elementdən bir böyük atom nömrəsinə malikdir və daha bir elektron ehtiva edir. Bu əlavə elektron artan ardıcıllıqla növbəti orbitalı tutur. Nəzərə almaq lazımdır ki, elektron təbəqələr diffuzdur və xarici təbəqələrin bəzi orbitallarının enerjisi daxili olanlardan daha aşağıdır. Buna görə də, məsələn, əvvəlcə doldurulurDörd növ orbital var, onlar təyin olunur -dördüncü səviyyəli orbital (4Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur -orbital) və yalnız 3-ün doldurulmasından sonra tamamlanırsəh -orbitallar. Orbitalların doldurulma qaydası adətən aşağıdakı kimidir: 1Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur , 2 Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur , 2 s , 3 Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur , 3 s , 4 Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur , 3 səh , 4 s , 5 Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur , 4 səh , 5 s , 6 Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur , 4 Və , 5 səh , 6 s , 7 Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur . Elementin elektron konfiqurasiyasını göstərmək üçün istifadə edilən qeyddə orbitalı təmsil edən hərfin üstündəki yuxarı işarə həmin orbitaldakı elektronların sayını göstərir. Məsələn, qeyd 1 Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur 2 2 Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur 2 2 s 5 1 deməkdirDörd növ orbital var, onlar təyin olunur - atomun orbitalında iki elektron var, 2Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur -orbital iki, 2-dəüç beş elektron. Xarici elektron qabığında 8 elektron olan neytral atomlar (yəni doludurDörd növ orbital var, onlar təyin olunur- Və üç -orbitallar) o qədər sabitdirlər ki, praktiki olaraq heç bir kimyəvi reaksiyaya girmirlər. Bunlar inert qazların atomlarıdır. Heliumun elektron konfiqurasiyası 1 Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur 2, neon 2 Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur 2 2 s 6, arqon 3 Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur 2 3 s 6, kripton 4 Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur 2 3 səh 10 4 s 6, ksenon 5 Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur 2 4 səh 10 5 s 6 və nəhayət radon 6 Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur 2 4 Və 14 5 səh 10 6 s 6 .

Gözəllik bizdən gizlidir

Hər biri üçün gözəldir.
Siseron

“Biz” kimik və onlar bizdən nəyi gizlədirlər? Kimyaçılar haqqında danışacağıq, lakin bu, hər kəsə aiddir. Səyahətimiz zamanı gizli məqsədə tez çatmaq üçün bizə bələdçi kitabçası və ya ərazinin xəritəsi lazımdır. Kimyaçının həmişə belə bir bələdçisi var - bu dövri cədvəldir. Bu masa əlinizdə olarsa, sonrakı hekayə daha maraqlı olacaq.

Təsəvvür edin ki, siz daim qeyri-adi və maraqlı məlumatlar öyrəndiyiniz maraqlı bir insanla tanış oldunuz.

Əvvəlcə maraqlı məlumat almaq kifayət edəcək, lakin tədricən bu insanın özü ilə maraqlanacaqsınız. Onun zövqlərini, baxışlarını, sevgilərini, necə yaşadığını bilmək istəyəcəksiniz.

Məqaləmizdə elektronlar məlumat verir. Kimyəvi elementlərin əmələ gətirdiyi maddələrin davranışını və onların kimyəvi çevrilmələrinin sonsuz müxtəlifliyini müəyyən edən məhz onlardır (ilk növbədə valent elektronlar). Elektronların yaşadıqları şərtləri nəzərdən keçirək. Demək olmaz ki, kimsə öz evinin memarlığını bizdən gizlədir, amma əsl mənzərəni az adam bilir.

Xatırladaq ki, atom və ya molekulda elektronun tutduğu fəza bölgəsi orbital adlanır. Təkcə orbitallar anlayışının özü tanış və hətta populyarlaşdı, həm də bəzən kitabların üz qabığında görünə bilən görünüşü. Məsələn, məktəb kimya dərsliklərindən birinin üz qabığında su molekulunun diaqramı, oxşar süjetdə isə metan molekulunun diaqramı verilmişdir (şək. 1).

Hər iki dizayn çox cəlbedicidir.

Uzunsov şarları xatırladan tetraedrin daxilində yerləşən orbitallar sferik orbitallarla təmasda olur.

Metan molekulunda molekulyar orbitallar var, lakin biz daha sadə obyektlərə - atom orbitallarına diqqət yetirəcəyik. Kimyəvi bağlarla əlaqəsi olmayan təcrid olunmuş atomlarda elektronlar harada yerləşir? Göstərilən şəkillərə heyran olduqdan sonra emosiyaları bir kənara qoyub kədərli bir qeyd əlavə edək - metandakı həqiqi molekulyar orbitallar əksər şəkillərdə göstərilənlərdən xeyli fərqlənir. Bunun niyə baş verdiyini bir az sonra danışacağıq.

Onlar həqiqətən necədirlər? Beləliklə, elektron nüvənin ətrafında sabit bir xətt - orbit boyunca deyil, müəyyən bir məkan bölgəsini tutur. Əvvəllər "orbit" terminindən istifadə edirdilər, lakin tədricən orbitin (lat. orbita

– track) fəzada bir xəttdir. Məsələn, planetimiz Yerin orbitində Günəş ətrafında hərəkət edir. Elektronun yerləşdiyi bölgə xətt deyil, kosmosun müəyyən həcmli hissəsidir, buna görə də "orbital" termini istifadə olunmağa başladı. “Orbital” anlayışının unikallığı ondan ibarətdir ki, kosmosun bu hissəsinin aydın sərhədləri yoxdur, bulanıqdır.

Məsələn, hidrogen atomunda bir elektron (şəkil 2a) müəyyən bir ehtimalla nüvəyə çox yaxın və ya xeyli məsafədə ola bilər (elektronun təsadüfi yerini göstərən nöqtələr müəyyən bir bölgədə daha sıxdır). . Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur Kosmosda elektronun tapılma ehtimalı yüksək olan bir bölgə var. Aydınlıq məqsədi ilə orbital elektronun görünmə ehtimalının ən böyük olduğu, başqa sözlə, elektron sıxlığının maksimum olduğu kosmos bölgəsini təsvir edən səthlə məhdudlaşır (şək. 2b). Beləliklə, orbital elektronun 95% ehtimalı ilə yerləşdiyi bir növ həcmli cisim kimi qəbul edilməlidir.

Bu günə qədər beş növ orbital təsvir edilmişdir: Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur, s, d, f Və g.İlk üçünün adı tarixən formalaşıb, sonra əlifba prinsipi seçilib, ona görə də bu hərflər heç bir gizli məna daşımır.

Orbitallar elektronların (işğal olunmuş orbitalların) və ya olmamasından (boş orbitalların) olmasından asılı olmayaraq mövcuddur. Maraqlıdır ki, hidrogenlə başlayan və bu gün əldə edilən sonuncu elementlə bitən hər bir elementin atomu bütün enerji səviyyələrində bütün orbitalların tam dəstinə malikdir və onların elektronlarla doldurulması elementin atom nömrəsi artdıqca baş verir, yəni. bir atomun nüvəsinin yükü. Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur Hər kimyəvi elementin atomu var -hər enerji səviyyəsində bir belə orbital Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur orbitallar.

Onların hamısı sferik formaya malikdir, lakin Təbiətin sürpriz hazırladığı yer budur. Əgər birinci enerji səviyyəsindədirsə Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur-orbital bərk cisimdir, sonra ikincidə kürə daxilində kürədir, üçüncüdə isə biri digərinin içərisində yuvalanmış üç kürə var (şək. 4).

Beləliklə, enerji səviyyəsinin nömrəsi ilə kodlanır Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur-daxili təbəqələrin sayını istifadə edən orbitallar (gizli barkodu xatırladır). Çoxqatlı strukturun fiziki mənası nədir? Fakt budur ki, sferik təbəqələr arasındakı boşluqlarda elektronlar olduqca nadir hallarda görünür, başqa sözlə, bu boşluqlarda elektron sıxlığı son dərəcə aşağıdır.

Əvvəllər deyilirdi ki, orbital kosmosda elektron sıxlığının maksimum olduğu bölgədən istifadə etməklə təsvir olunur, ona görə də sıxlığı az olan yerlər boşluqdur. Yeri gəlmişkən, üçüncü enerji səviyyəsi dövri sistemin üçüncü dövrünün elementlərində (ikinci səviyyə - ikinci dövr elementlərində, dördüncü səviyyə - dördüncü dövrün elementlərində və s.) doldurulmağa başlayır. ). Beləliklə, Təbiət eyni məlumatı iki dəfə şifrələdi - dövrlərin sayında və təbəqələrin sayında-orbitallar. üç Bundan başqa s- orbitallar da mövcuddur -orbitallar., Üç belə orbital əvvəlcə ikinci enerji səviyyəsində görünür. Hər bir sonrakı səviyyədə də həmişə onlardan üçü olur. Nə çağırdılarsa r -orbitallar - həm ikiqanadlı pervaneli, həm də dumbbelllərlə; İndi "həcmli səkkizlər" adı müəyyən edilmişdir. Hər üç orbital görünüşcə eynidir, lakin kosmosda fərqli istiqamətlənir. Onların maksimum elektron sıxlığı üç koordinat oxundan biri boyunca cəmləşmişdir -(şək. 5). üç-daxili təbəqələrin sayını istifadə edən orbitallar (gizli barkodu xatırladır). Çoxqatlı strukturun fiziki mənası nədir? Fakt budur ki, sferik təbəqələr arasındakı boşluqlarda elektronlar olduqca nadir hallarda görünür, başqa sözlə, bu boşluqlarda elektron sıxlığı son dərəcə aşağıdır.

Elektronun yerləşdiyi zaman onun ən çox ehtimal olunan yerləşdiyi bölgə məhz belə görünür

Bu orbitallar bütün dərsliklərdə belə təsvir edilmişdir. Maraqlıdır ki, bu orbitalların həqiqi forması (şəkil 6) ümumi qəbul ediləndən kəskin şəkildə fərqlənir (bax. Şəkil 5). üç Onlar ümumiyyətlə uzunsov damcılara bənzəmirlər, əksinə çöreklərə və ya düymələrə bənzəyirlər. üç Məhz bu orbitallarda elektronlar dövri cədvəlin ikinci dövrünün elementlərində bordan başlayıb neonla bitir. üç Bu elementlərin adlandırılması tamamilə məntiqlidir üç-elementlər. üç Adətən D.I.Mendeleyev cədvəlində üç-elementlər xüsusi rənglə vurğulanır. Üçüncü enerji səviyyəsində də var

-orbitallardır, lakin onlar “ikinci mərtəbədə” yaşayan “qohumlarından” zahiri olaraq bir qədər fərqlidirlər (şək. 7). U 3

-orbitallarda "yubka" görünür, bütün dizayn antik stol lampasına bənzəyir, yalnız ikiqat görünür. Bu orbitallar alüminiumdan arqona qədər tədricən elektronlarla doldurulur, onlara da deyilir Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur-elementlər. Dövri cədvəldə onlar eyni rəngə malikdirlər üç-ikinci dövrün elementləri.

Dördüncü enerji səviyyəsinə keçərkən "yubka" daha mürəkkəbləşir, indi bunlar tipik şampinonlardır (Şəkil 8), lakin inkişaf etmiş bir təxəyyülü olan bəzi elm adamları onları meduza adlandırırlar. üç Beləliklə, hər bir növbəti səviyyəyə keçərkən təkcə görünüş dəyişmir üç-çoxqat strukturu əldə edən orbitallar, həm də Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur.

Əksər hallarda bu tələb olunmur. Əgər belə bir ehtiyac yaranarsa, o zaman, məsələn, kovalent əlaqəni həyata keçirmək üçün reaksiya sxeminə bir cüt elektron daxil edilir.

Bununla belə, orbitalların həqiqi formaları vacibdir və orbitalların məkan qarşılıqlı təsirini nəzərə alan mürəkkəb hesablamalarda nəzərə alınır.

Bu çətin işi yalnız nadir həvəskarlar götürür. Onların səyləri sayəsində biz hər şeyin həqiqətən necə göründüyünü görə bilərik və eyni zamanda Təbiətin qəribə fantaziyasını qiymətləndirə bilərik.

Hər kəs öz orbitlərinə üstünlük verir üçƏgər forma səh-orbitallar ən çox üzvi kimya dərsliklərində, sonra aşağıdakılardan bəhs edilir səh-orbitallar kompleks birləşmələrin xassələrini araşdıran koordinasiya kimyasında sevimli mövzudur. Bu orbitallar üçüncü enerji səviyyəsində görünür. Bu və hər sonrakı səviyyədə həmişə onlardan beşi var.
səh-Orbitallar dördüncü dövrün elementlərinin elektronları ilə doldurulmağa başlayır, sözdə keçid elementləri (daha çox deyilir səh-elementlər), skandiyumdan başlayaraq sinklə bitən. Dövri cədvəldə Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur-elementlər fərqli bir rəngə boyanır üç- Və səh-elementlər. üç forma səh-orbitallar orbitallardan bir qədər mürəkkəbdir səh-orbitallar.

dörd səh-orbitallar eyni görünüşə malikdir (dörd qanadlı pervane, daha dəqiq desək, dörd damcı çarpaz düzülmüşdür), lakin kosmosda fərqli istiqamətləndirilir.

Beşinci səh-orbitalın qeyri-adi forması var - üçölçülü səkkiz fiqur bir torusdan keçir, və ya gündəlik həyatda deyildiyi kimi, pişi. Adətən koordinasiya kimyası kitablarında bu orbitallar şəkildə göstərildiyi kimi təsvir olunur. 9. səh Hamısı səh-orbitallar hansı səviyyəyə aid olmasından asılı olmayaraq adətən bu şəkildə təsvir edilir. Ən maraqlısı Şəkildə göstərilmişdir. 9-da təsvirin əslindən demək olar ki, heç bir fərqi yoxdur, lakin bu, yalnız üçüncü səviyyəli orbitallara aiddir (şək. 10). səh Beşinci dövrdə doldurulma baş verir səh-dördüncü enerji səviyyəsinin orbitalları, nəticədə yeniləri meydana çıxır səh-ittriumdan kadmiuma qədər elementlər cədvəldə tam olaraq eyni rəngdədir səh-əvvəlki dövrün elementləri. Bütün əvvəlki hekayə bizi 4-cü görünüşə hazırladı

-orbitallar 3-dən bir qədər fərqli olacaq səh-beşinci enerji səviyyəsinin orbitalları daha mürəkkəb formaya malikdir (şək. 12).

Yalnız onların sadələşdirilmiş təsviri və formanın sırf keyfiyyətcə müzakirəsi tələb olunursa, şərti olaraq güman edə bilərik ki, bütün səh-orbitallar şəkildə göstərilən formaya malikdir. 10. Şeffild Universitetinin alimi Mark Vinterin səyləri sayəsində hər şeyin həqiqətən necə göründüyünü görmək üçün xoş fürsətimiz var.

Hamı görmədi

Dördüncü enerji səviyyəsində yeddi görünür f- orbitallar və hər bir sonrakı səviyyədə həmişə onlardan yeddisi var. Onlar lantanidlər adlanan elementlərin elektronları ilə məskunlaşmağa başlayırlar (həmçinin f-elementlər), seriumdan başlayıb lutetiumla bitən. Onların dövri cədvəldəki hüceyrələri də xüsusi rəngə boyanmışdır. Əgər əvvəllər qeyd olunan bütün orbitalları müxtəlif kitablarda bu və ya digər formada görmək olarsa, onda görünüş f- Orbitallarla az adam tanışdır.

Bu vaxt, sırf xarici olaraq, onlar yalnız kitabın səhifələrində görünməyə deyil, həm də örtüyü bəzəməyə layiqdirlər, lakin özünüz üçün mühakimə edin (Şəkil 13). Və Dövri cədvəlin sonrakı dövründə təbii olaraq yeniləri meydana çıxır. f--toriumdan lorensiuma qədər elementlər formaya malikdir

orbitallar daha da qeyri-adidir, iki böyük tori (donuts) arasında azaldılmış halqa görünür (şəkil 14).

Görünür ki, Təbiətin məkan təxəyyülü tükənməlidir, lakin sonra bizi daha mürəkkəb dizaynlar gözləyir.

Təbiətin son fantaziyası f-üçün orbitallar doqquzu izləyir g- orbitallar doqquzu izləyir orbitallar. orbitallar doqquzu izləyir Onlar növbəti (beşinci) enerji səviyyəsində, yəni müəyyən edilmiş qaydada tam uyğun olaraq görünür - hər yeni səviyyə özü ilə yeni növ orbitalları daşıyır. orbitallar doqquzu izləyir orbitallar), bu elementlər bütün əvvəlki dövri cədvəldə analoqları yoxdur; Onları əldə etmək o qədər də asan deyil, lakin onların xassələrini öyrənmək daha çətin olacaq, çünki onlar çox güman ki, qısamüddətli radioaktiv elementlər olacaqlar. Onların qəbul edildiyi anı gözləmədən, artıq görünüşü heyran edə bilərik orbitallar doqquzu izləyir orbitallar (şək. 15).

Təsəvvür etmək belə çətindir ki, Təbiət elektronları ən çox ehtimal olunan yerlərin belə qəribə sahələri ilə təmin edib. Bu orbitalları müqayisə etmək üçün real görüntü tapmaq asan deyil. Noxud və qəhvə dənələrinin çoxluqlarına bənzəyən səkkiz qeyri-adi konqlomerat və bunların hamısının üstündə iki damla formalı gövdə ilə deşilmiş müxtəlif ölçülü beş toridən yığılmış kosmik gəmi dayanır. Bütün bu doqquz orbital anlaşılmaz şəkildə bir atom nüvəsinin ətrafında, bir-birinə müdaxilə etmədən yerləşdirilmişdir. Bizim təxəyyülümüz belə bir şeyi təsəvvür edə bilmir, çünki burada başqa qaydalar tətbiq olunur - kvant mexanikasının qanunları. Təbii ki, bizim təxəyyülümüz belə reallıqla rəqabətdə uduzur.

Dəqiq deyil, amma başa düşüləndir

Şəklin sağ tərəfində göstərilən CH 4 metan molekuluna yenidən qayıdaq. 1. Karbon atomu, bütün sonrakı elementlər kimi, ikinci enerji səviyyəsində dörd orbitala malikdir (bir Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur və üç üç). Bundan əlavə, karbonun dörd valent elektronu var, onlardan ikisi üzərində yerləşir Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur-orbitallar və ikidə daha bir elektron üç-orbitallar (şəkil 16, sol alt), üçüncü üç-karbon orbitalı tutulmamışdır.

Bir karbon atomunun dörd hidrogen atomu ilə dörd kimyəvi bağ əmələ gətirdiyi anda, dörd orbitalın hamısı birləşərək, hibrid orbitalları əmələ gətirir (şək. 16, yuxarı sağ), onlar asimmetrik üçölçülü səkkiz rəqəmi (böyük bir damla və kiçik quyruq). Hibrid orbitalların nədən hazırlandığını göstərmək üçün adətən yazırlar -
sp 3-orbitallar, yəni birindən əldə edilir Yeri gəlmişkən, üçüncü enerji səviyyəsi dövri sistemin üçüncü dövrünün elementlərində (ikinci səviyyə - ikinci dövr elementlərində, dördüncü səviyyə - dördüncü dövrün elementlərində və s.) doldurulmağa başlayır. ). Beləliklə, Təbiət eyni məlumatı iki dəfə şifrələdi - dövrlərin sayında və təbəqələrin sayında və üç üç-orbitallar (hibridlərin əmələ gəlməsində nə qədər orbital iştirak edir, eyni sayda hibrid orbital alınır).

Bu cür şəkilləri bütün üzvi kimya dərsliklərində görmək olar və hibridlərin əsl görünüşü Şek. 17. Formalarını daha aydın göstərmək üçün hibrid orbitallar bir-birindən müəyyən məsafədə təsvir edilmişdir (şəkil 17, sol). Bütün mənzərəni reallıqda görmək üçün bu orbitallar kosmosda birləşdirilməlidir ki, dörd ağ nöqtə üst-üstə düşsün (karbon nüvəsi burada yerləşir). Nəticə Şəkildə göstərilmişdir. 17, sağ.

Bundan əlavə, xəyali tetraedrin təpələrinə doğru yönəlmiş bu dörd orbital dörd hidrogen atomunun sferik orbitalları ilə üst-üstə düşür, bu da dörd kimyəvi bağın yaranmasına uyğun gəlir (bax. Şəkil 1). Burada sırf qrafik çətinliklər yaranır - əgər siz dörd kürəni “bir-birinə yapışan” sferik həcmlərdən ibarət rəqəmə yaxınlaşdırsanız (bax. Şəkil 17, sağda), onda belə bir şəkildə heç nə görə bilməyəcəksiniz. Hibrid orbitallar qəsdən uzanarsa, hər şey daha aydın görünür (bax. Şəkil 16). Beləliklə, orbitalların həqiqi forması aydınlıq naminə daim təhrif edilir və burada heç bir şeyə etiraz etmək çətindir, lakin Şeklin dəqiqliyini sevənlər üçün. 17 hər şeyin həqiqətən necə göründüyünü zehni olaraq təsəvvür etməyə kömək edəcək.

Orbitallar - yaradıcılıq mənbəyidir

Kimyaçılar adətən öz mülahizələrində irəli getmirlərsə səh-orbitallar, f- Və orbitallar doqquzu izləyir orbitallarla daha az maraqlanırlar, sonra digər peşə sahibləri ilk növbədə qeyri-adi memarlıq cəlbediciliyinə görə son iki qrupa tez diqqət yetirdilər.

Tətbiqi rəssamlar, dizaynerlər, konstruktorlar və dekoratorlar Təbiətin təxəyyülünü yüksək qiymətləndirərək, yaradıcı fantastikanı üstələyən çox qeyri-standart motivlər təklif edirdilər. səh Zərgərlik sənətinin ustaları belə obyektləri onların əsasında müasir zərgərlik yaratmaq üçün çox maraqlı hesab edirdilər (şək. 18). üç Mebel, ayaqqabı, məişət texnikası nümunələri yaradan rəssamlar bu məşhur görüntüləri nəzərdən qaçıra bilməyiblər. İndi orbitləri şəhər emblemlərində də görmək olar,

-orbitallar pasifist emblemlərindən birində nümayiş etdirilir və orbitallar doqquzu izləyir-orbitallar uzun müddət qum eynəyi istehsalında nümunə kimi xidmət etmişdir (şək. 19).

Orbital dizayn adlanan bu bütöv bədii hərəkat əlavə olaraq alıcıları və müştəriləri yeni terminin cazibədar səsi ilə cəlb edir.

Ciddi nədir və gülümsəmək nədir?

Göstərilən bütün orbitalların görünüşü, bir qədər fantastik təbiətinə baxmayaraq, dəqiq hesablamaların nəticəsidir və tamamilə doğrudur. Oxuculara “orbital dizayn” ümumi adı ilə bədii yaradıcılıq tendensiyası nə qədər ciddi olduğuna özləri qərar vermək imkanı veririk. Kimyada birlikdə təqdim olunan ciddi və yumoristik mövzuların birləşməsini tapmaq olduqca yaygındır. Əvvəlki illərdə “Ximiya” qəzetinin aprel saylarında bu qəbildən olan müxtəlif materiallar müntəzəm dərc olunurdu. Bu nəşrlərdən öyrənmək olar: dövri cədvəldən istifadə edərək taleyi necə proqnozlaşdırmaq olar, əczaçılar, qurmanlar və müxtəlif içkiləri sevənlər üçün hansı dövri cədvəllər mövcuddur, dərmanların qəbulu prosedurunu son dərəcə xoş etmək üçün polimer kimyasından istifadə etmək mümkündürmü, necə etmək olar. kimyada məşhur olmaq, kimyaçılar arasında canlı ünsiyyətin xüsusiyyətləri və daha çox.

Orbitallar elektronun onlarda (işğal edilmiş orbitallar) və ya olmamasından (boş orbitallar) olub-olmamasından asılı olmayaraq mövcuddur. Hidrogenlə başlayan və bu gün əldə edilən sonuncu elementlə bitən hər bir elementin atomu bütün elektron səviyyələrdə bütün orbitalların tam dəstinə malikdir. Atom nömrəsi, yəni nüvənin yükü artdıqca onlar elektronlarla doldurulur.

Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur-Yuxarıda göstərildiyi kimi orbitallar sferik formaya və buna görə də hər üçölçülü koordinat oxu istiqamətində eyni elektron sıxlığına malikdir:

Hər atomun ilk elektron səviyyəsində yalnız bir atom var Yeri gəlmişkən, üçüncü enerji səviyyəsi dövri sistemin üçüncü dövrünün elementlərində (ikinci səviyyə - ikinci dövr elementlərində, dördüncü səviyyə - dördüncü dövrün elementlərində və s.) doldurulmağa başlayır. ). Beləliklə, Təbiət eyni məlumatı iki dəfə şifrələdi - dövrlərin sayında və təbəqələrin sayında orbital. Əlavə olaraq ikinci elektron səviyyədən başlayaraq Yeri gəlmişkən, üçüncü enerji səviyyəsi dövri sistemin üçüncü dövrünün elementlərində (ikinci səviyyə - ikinci dövr elementlərində, dördüncü səviyyə - dördüncü dövrün elementlərində və s.) doldurulmağa başlayır. ). Beləliklə, Təbiət eyni məlumatı iki dəfə şifrələdi - dövrlərin sayında və təbəqələrin sayındaüç orbital da görünür üç-orbitallar. Onlar üçölçülü səkkizlərə bənzəyir, ən çox ehtimal olunan yerin sahəsi belə görünür üç-atom nüvəsinin bölgəsindəki elektron. Hər biri üç-orbital üç qarşılıqlı perpendikulyar oxdan biri boyunca yerləşir, buna uyğun olaraq adda üç-orbitallar müvafiq indeksdən istifadə edərək onun maksimum elektron sıxlığının yerləşdiyi oxu göstərir:

Müasir kimyada orbital kimyəvi bağların əmələ gəlməsi proseslərini nəzərdən keçirməyə və onların xassələrini təhlil etməyə imkan verən müəyyən bir anlayışdır, eyni zamanda kimyəvi bağların formalaşmasında iştirak edən elektronların orbitallarına, yəni valentliyə diqqət yetirilir. elektronlar, adətən sonuncu səviyyənin elektronları.

İlkin vəziyyətdə olan karbon atomu ikinci (son) elektron səviyyədə iki elektrona malikdir. Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur-orbitallar (mavi ilə işarələnmiş) və ikidə bir elektron üç-orbitallar (qırmızı və sarı ilə işarələnmiş), üçüncü orbitaldır p z- boş:

Hibridləşmə.

Bir karbon atomu doymuş birləşmələrin əmələ gəlməsində iştirak etdikdə (çoxlu bağları olmayan) bir Yeri gəlmişkən, üçüncü enerji səviyyəsi dövri sistemin üçüncü dövrünün elementlərində (ikinci səviyyə - ikinci dövr elementlərində, dördüncü səviyyə - dördüncü dövrün elementlərində və s.) doldurulmağa başlayır. ). Beləliklə, Təbiət eyni məlumatı iki dəfə şifrələdi - dövrlərin sayında və təbəqələrin sayında orbital və üç üç-orbitallar birləşərək orijinal orbitalların hibridləri olan yeni orbitallar əmələ gətirir (proses hibridləşmə adlanır). Hibrid orbitalların sayı həmişə orijinalların sayına bərabərdir, bu halda dörddür. Yaranan hibrid orbitallar eyni formadadır və zahirən asimmetrik üçölçülü səkkiz rəqəmə bənzəyir:

Bütün quruluş nizamlı tetraedrdə - nizamlı üçbucaqlardan yığılmış prizmada yazılmış kimi görünür. Bu zaman hibrid orbitallar belə tetraedrin oxları boyunca yerləşir, istənilən iki ox arasındakı bucaq 109°-dir. Karbonun dörd valent elektronu bu hibrid orbitallarda yerləşir:

Sadə kimyəvi bağların əmələ gəlməsində orbitalların iştirakı.

Dörd eyni orbitalda yerləşən elektronların xüsusiyyətləri ekvivalentdir, eyni tipli atomlarla qarşılıqlı əlaqədə olduqda bu elektronların iştirakı ilə yaranan kimyəvi bağlar ekvivalent olacaqdır.

Karbon atomunun dörd hidrogen atomu ilə qarşılıqlı təsiri karbonun uzunsov hibrid orbitallarının hidrogenin sferik orbitalları ilə qarşılıqlı üst-üstə düşməsi ilə müşayiət olunur. Hər bir orbital üst-üstə düşmə nəticəsində bir elektron ehtiva edir, hər bir cüt elektron birləşmiş molekulyar orbital boyunca hərəkət etməyə başlayır.

Hibridləşmə yalnız bir atom daxilində orbitalların formasının dəyişməsinə, iki atomun (hibrid və ya adi) orbitallarının üst-üstə düşməsi isə onlar arasında kimyəvi əlaqənin yaranmasına səbəb olur. bu halda ( sm. Aşağıdakı şəkil) maksimum elektron sıxlığı iki atomu birləşdirən xətt boyunca yerləşir. Belə bir əlaqə s-əlaqə adlanır.

Yaranan metanın strukturunun ənənəvi yazısı üst-üstə düşən orbitallar əvəzinə valent zolağı simvolundan istifadə edir. Quruluşun üçölçülü təsviri üçün rəsm müstəvisindən izləyiciyə yönəldilmiş valentlik bərk paz şəkilli xətt şəklində, rəsm müstəvisindən kənara çıxan valentlik isə kəsikli paz şəklində göstərilir. -şəkilli xətt:

Beləliklə, metan molekulunun quruluşu karbonun hibrid orbitallarının həndəsəsi ilə müəyyən edilir:

Etan molekulunun əmələ gəlməsi yuxarıda göstərilən prosesə bənzəyir, fərq ondadır ki, iki karbon atomunun hibrid orbitalları üst-üstə düşəndə ​​C-C rabitəsi yaranır:

Etan molekulunun həndəsəsi metana bənzəyir, əlaqə bucaqları 109°-dir ki, bu da karbon hibrid orbitallarının fəza düzülüşü ilə müəyyən edilir:

Orbitalların çoxsaylı kimyəvi bağların əmələ gəlməsində iştirakı.

Etilen molekulu da hibrid orbitalların iştirakı ilə əmələ gəlir, lakin hibridləşmədə yalnız biri iştirak edir. Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur-orbital və yalnız iki üç-orbitallar ( p x Və r y), üçüncü orbital - p y, ox boyunca yönəldilmişdir -orbitallar - həm ikiqanadlı pervaneli, həm də dumbbelllərlə; İndi "həcmli səkkizlər" adı müəyyən edilmişdir. Hər üç orbital görünüşcə eynidir, lakin kosmosda fərqli istiqamətlənir. Onların maksimum elektron sıxlığı üç koordinat oxundan biri boyunca cəmləşmişdir -, hibridlərin əmələ gəlməsində iştirak etmir. İlkin üç orbitaldan eyni müstəvidə yerləşən, üç şüalı ulduz əmələ gətirən üç hibrid orbital yaranır, oxlar arasındakı açılar 120°-dir:

İki karbon atomu dörd hidrogen atomunu birləşdirir və eyni zamanda bir-birinə bağlanaraq C-C s-bağ əmələ gətirir:

İki orbital p y hibridləşmədə iştirak etməmiş, bir-birini üst-üstə düşür, onların həndəsəsi elədir ki, üst-üstə düşmə C-C rabitə xətti boyunca deyil, onun üstündə və altında baş verir. Nəticədə, bu bağın formalaşmasında iştirak edən iki elektronun (mavi və qırmızı ilə işarələnmiş) yerləşdiyi artan elektron sıxlığı olan iki bölgə meydana gəlir. Beləliklə, kosmosda ayrılmış iki bölgədən ibarət bir molekulyar orbital yaranır. Maksimum elektron sıxlığının iki atomu birləşdirən xəttdən kənarda yerləşdiyi bağa p rabitəsi deyilir:

Əsrlər boyu doymamış birləşmələri təsvir etmək üçün geniş istifadə olunan ikiqat bağın təyin edilməsində ikinci valentlik xüsusiyyəti müasir anlayışda C-C rabitə xəttinin əks tərəflərində yerləşən artan elektron sıxlığı olan iki bölgənin mövcudluğunu nəzərdə tutur.

Etilen molekulunun quruluşu hibrid orbitalların həndəsəsi ilə müəyyən edilir, H-C-H əlaqə bucağı 120 ° -dir:

Asetilenin əmələ gəlməsi zamanı bir Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur-orbital və bir p x-orbital (orbitallar x Və p z, hibridlərin əmələ gəlməsində iştirak etmirlər). Yaranan iki hibrid orbital ox boyunca eyni xəttdə yerləşir -orbitallar.:

Hibrid orbitalların bir-biri ilə və hidrogen atomlarının orbitalları ilə üst-üstə düşməsi sadə valentlik xətti ilə təmsil olunan C-C və C-H s-bağlarının yaranmasına səbəb olur:

Qalan iki cüt orbital x Və p züst-üstə düşmək. Aşağıdakı şəkildə, rəngli oxlar göstərir ki, sırf məkan mülahizələrinə əsasən, eyni indekslərlə orbitalların üst-üstə düşməsi ehtimalı yüksəkdir. x-x Və ooh. Nəticədə, sadə s-istiqrazı C-C ətrafında iki p-istiqrazı əmələ gəlir:

Nəticədə, asetilen molekulu çubuq formasına malikdir:

Benzolda molekulyar onurğa birdən ibarət hibrid orbitalları olan karbon atomlarından yığılır. Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur- və iki üç-üç şüalı ulduz şəklində düzülmüş orbitallar (etilen kimi), üç-hibridləşmədə iştirak etməyən orbitallar yarı şəffaf göstərilir:

Kimyəvi bağların əmələ gəlməsində boş orbitallar, yəni elektron () olmayanlar da iştirak edə bilər.

Yüksək səviyyəli orbitallar.

Dördüncü elektron səviyyədən başlayaraq atomların beşi var səh-orbitallar, onların elektronlarla doldurulması skandiyumdan başlayaraq keçid elementlərində baş verir. dörd səh-orbitallar bəzən “yonca yarpaqları” adlanan üçölçülü quatrefoil formasına malikdirlər, onlar yalnız kosmosda orientasiya ilə fərqlənirlər, beşinci səh-orbital bir halqaya yivlənmiş üç ölçülü səkkiz fiqurdur:

səh-Orbitallar ilə hibridlər meydana gələ bilər Yeri gəlmişkən, üçüncü enerji səviyyəsi dövri sistemin üçüncü dövrünün elementlərində (ikinci səviyyə - ikinci dövr elementlərində, dördüncü səviyyə - dördüncü dövrün elementlərində və s.) doldurulmağa başlayır. ). Beləliklə, Təbiət eyni məlumatı iki dəfə şifrələdi - dövrlərin sayında və təbəqələrin sayında Və p- orbitallar. Seçimlər səh-orbitallardan adətən keçid metal komplekslərinin strukturunun və spektral xassələrinin təhlilində istifadə olunur.

Altıncı elektron səviyyədən başlayaraq atomların yeddisi var Və-orbitallar, onların elektronlarla doldurulması lantanidlərin və aktinidlərin atomlarında baş verir. Və-Orbitalların kifayət qədər mürəkkəb konfiqurasiyası var, aşağıdakı şəkildə eyni formaya malik olan və kosmosda müxtəlif yollarla istiqamətlənmiş yeddi belə orbitaldan üçünün forması göstərilir:

Və-Müxtəlif birləşmələrin xassələrini müzakirə edərkən orbitallardan çox nadir hallarda istifadə olunur, çünki onların üzərində yerləşən elektronlar praktiki olaraq kimyəvi çevrilmələrdə iştirak etmirlər.

Perspektivlər.

Səkkizinci elektron səviyyədə doqquz var g-orbitallar. Bu orbitallarda elektronları olan elementlər mövcud olmadığı halda səkkizinci dövrdə peyda olmalıdır (dövri sistemin yeddinci dövrünün sonuncu elementi olan 118 nömrəli elementin yaxın gələcəkdə alınması gözlənilir; onun sintezi aparılır. Dubnadakı Birgə Nüvə Tədqiqatları İnstitutunda).

forma g-Kvant kimyası üsulları ilə hesablanan orbitallar, orbitallardan daha mürəkkəbdir Və-orbitallar, bu vəziyyətdə elektronun ən çox yerləşdiyi bölgə çox qəribə görünür. Aşağıda doqquz belə orbitaldan birinin görünüşü verilmişdir:

Müasir kimyada atom və molekulyar orbital anlayışlarından birləşmələrin quruluşunu və reaksiya xassələrini təsvir etmək, həmçinin müxtəlif molekulların spektrlərini təhlil etmək, bəzi hallarda isə reaksiyaların baş vermə ehtimalını proqnozlaşdırmaq üçün geniş istifadə olunur.

Mixail Levitski

Hidrogen atomunun tək elektronu nüvənin ətrafında əmələ gəlir sferik orbital- sferik elektron buludu, məsələn, tüklü yundan və ya pambıqdan boş şəkildə sarılmış bir top.

Alimlər sferik atom orbitalını adlandırmağa razılaşıblar Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur-orbital. Ən sabitdir və nüvəyə olduqca yaxın yerləşir.

Bir atomda elektronun enerjisi nə qədər çox olarsa, bir o qədər tez fırlanır, onun yaşayış sahəsi daha çox uzanır və nəhayət, dumbbell formasına çevrilir. s-orbital:

Bu formada elektron bulud atomu tuta bilər üç mövqe kosmik koordinat oxları boyunca x, Üç belə orbital əvvəlcə ikinci enerji səviyyəsində görünür. Hər bir sonrakı səviyyədə də həmişə onlardan üçü olur. Nə çağırdılarsa Və -orbitallar - həm ikiqanadlı pervaneli, həm də dumbbelllərlə; İndi "həcmli səkkizlər" adı müəyyən edilmişdir. Hər üç orbital görünüşcə eynidir, lakin kosmosda fərqli istiqamətlənir. Onların maksimum elektron sıxlığı üç koordinat oxundan biri boyunca cəmləşmişdir -. Bu asanlıqla izah olunur: bütün elektronlar mənfi yüklüdür, buna görə də elektron buludları bir-birini dəf etmək və bir-birindən mümkün qədər uzaqda yerləşməyə çalışın.

Birlikdə üç elektron bulud adlanır p x-, x- ya p y-orbitallar simmetrik həndəsi fiqur əmələ gətirir, onun mərkəzində atom nüvəsi yerləşir. Altıguşəli pompona və ya üçlü yay kimi görünür - istədiyiniz kimi.

Belə ki, sÜç orbital ola bilər. Onların enerjisi, əlbəttə, eynidir, lakin kosmosda yerləşdikləri yerlər fərqlidir.

İstisna Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur-elementlər fərqli bir rəngə boyanır s-orbitallar, daha mürəkkəb formalı elektron orbitallar var; hərflərlə təyin olunurlar səh Və Və. Buraya daxil olan elektronlar daha da böyük enerji ehtiyatı əldə edir, mürəkkəb yollarla hərəkət edir və nəticədə mürəkkəb və gözəl üç ölçülü həndəsi formalar əldə edilir.

dörd səh-orbitallar(və onlardan beşi ola bilər) enerji baxımından eynidir, lakin kosmosda fərqli şəkildə yerləşir. Və formada, lentlərlə bağlanmış yastığı xatırladan, yalnız dördü eynidir.
Beşincisi isə pişidən saplanmış dumbbell kimidir.

Eyni enerjili elektron buludlara ad verilir Və-orbitallar, bəlkə artıq yeddi. Onlar həm də formaya görə fərqlidirlər və məkanda fərqli yönümlüdürlər.

Orbitallar elektronun onlarda (işğal edilmiş orbitallar) və ya olmamasından (boş orbitallar) olub-olmamasından asılı olmayaraq mövcuddur. Hidrogenlə başlayan və bu gün əldə edilən sonuncu elementlə bitən hər bir elementin atomu bütün elektron səviyyələrdə bütün orbitalların tam dəstinə malikdir. Atom nömrəsi, yəni nüvənin yükü artdıqca onlar elektronlarla doldurulur.

Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur-Yuxarıda göstərildiyi kimi orbitallar sferik formaya və buna görə də hər üçölçülü koordinat oxu istiqamətində eyni elektron sıxlığına malikdir:

Hər atomun ilk elektron səviyyəsində yalnız bir atom var Yeri gəlmişkən, üçüncü enerji səviyyəsi dövri sistemin üçüncü dövrünün elementlərində (ikinci səviyyə - ikinci dövr elementlərində, dördüncü səviyyə - dördüncü dövrün elementlərində və s.) doldurulmağa başlayır. ). Beləliklə, Təbiət eyni məlumatı iki dəfə şifrələdi - dövrlərin sayında və təbəqələrin sayında orbital. Əlavə olaraq ikinci elektron səviyyədən başlayaraq Yeri gəlmişkən, üçüncü enerji səviyyəsi dövri sistemin üçüncü dövrünün elementlərində (ikinci səviyyə - ikinci dövr elementlərində, dördüncü səviyyə - dördüncü dövrün elementlərində və s.) doldurulmağa başlayır. ). Beləliklə, Təbiət eyni məlumatı iki dəfə şifrələdi - dövrlərin sayında və təbəqələrin sayındaüç orbital da görünür üç-orbitallar. Onlar üçölçülü səkkizlərə bənzəyir, ən çox ehtimal olunan yerin sahəsi belə görünür üç-atom nüvəsinin bölgəsindəki elektron. Hər biri üç-orbital üç qarşılıqlı perpendikulyar oxdan biri boyunca yerləşir, buna uyğun olaraq adda üç-orbitallar müvafiq indeksdən istifadə edərək onun maksimum elektron sıxlığının yerləşdiyi oxu göstərir:

Müasir kimyada orbital kimyəvi bağların əmələ gəlməsi proseslərini nəzərdən keçirməyə və onların xassələrini təhlil etməyə imkan verən müəyyən bir anlayışdır, eyni zamanda kimyəvi bağların formalaşmasında iştirak edən elektronların orbitallarına, yəni valentliyə diqqət yetirilir. elektronlar, adətən sonuncu səviyyənin elektronları.

İlkin vəziyyətdə olan karbon atomu ikinci (son) elektron səviyyədə iki elektrona malikdir. Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur-orbitallar (mavi ilə işarələnmiş) və ikidə bir elektron üç-orbitallar (qırmızı və sarı ilə işarələnmiş), üçüncü orbitaldır p z- boş:

Hibridləşmə.

Bir karbon atomu doymuş birləşmələrin əmələ gəlməsində iştirak etdikdə (çoxlu bağları olmayan) bir Yeri gəlmişkən, üçüncü enerji səviyyəsi dövri sistemin üçüncü dövrünün elementlərində (ikinci səviyyə - ikinci dövr elementlərində, dördüncü səviyyə - dördüncü dövrün elementlərində və s.) doldurulmağa başlayır. ). Beləliklə, Təbiət eyni məlumatı iki dəfə şifrələdi - dövrlərin sayında və təbəqələrin sayında orbital və üç üç-orbitallar birləşərək orijinal orbitalların hibridləri olan yeni orbitallar əmələ gətirir (proses hibridləşmə adlanır). Hibrid orbitalların sayı həmişə orijinalların sayına bərabərdir, bu halda dörddür. Yaranan hibrid orbitallar eyni formadadır və zahirən asimmetrik üçölçülü səkkiz rəqəmə bənzəyir:

Bütün quruluş nizamlı tetraedrdə - nizamlı üçbucaqlardan yığılmış prizmada yazılmış kimi görünür. Bu zaman hibrid orbitallar belə tetraedrin oxları boyunca yerləşir, istənilən iki ox arasındakı bucaq 109°-dir. Karbonun dörd valent elektronu bu hibrid orbitallarda yerləşir:

Sadə kimyəvi bağların əmələ gəlməsində orbitalların iştirakı.

Dörd eyni orbitalda yerləşən elektronların xüsusiyyətləri ekvivalentdir, eyni tipli atomlarla qarşılıqlı əlaqədə olduqda bu elektronların iştirakı ilə yaranan kimyəvi bağlar ekvivalent olacaqdır.

Karbon atomunun dörd hidrogen atomu ilə qarşılıqlı təsiri karbonun uzunsov hibrid orbitallarının hidrogenin sferik orbitalları ilə qarşılıqlı üst-üstə düşməsi ilə müşayiət olunur. Hər bir orbital üst-üstə düşmə nəticəsində bir elektron ehtiva edir, hər bir cüt elektron birləşmiş molekulyar orbital boyunca hərəkət etməyə başlayır.

Hibridləşmə yalnız bir atom daxilində orbitalların formasının dəyişməsinə, iki atomun (hibrid və ya adi) orbitallarının üst-üstə düşməsi isə onlar arasında kimyəvi əlaqənin yaranmasına səbəb olur. bu halda ( sm. Aşağıdakı şəkil) maksimum elektron sıxlığı iki atomu birləşdirən xətt boyunca yerləşir. Belə bir əlaqə s-əlaqə adlanır.

Yaranan metanın strukturunun ənənəvi yazısı üst-üstə düşən orbitallar əvəzinə valent zolağı simvolundan istifadə edir. Quruluşun üçölçülü təsviri üçün rəsm müstəvisindən izləyiciyə yönəldilmiş valentlik bərk paz şəkilli xətt şəklində, rəsm müstəvisindən kənara çıxan valentlik isə kəsikli paz şəklində göstərilir. -şəkilli xətt:

Beləliklə, metan molekulunun quruluşu karbonun hibrid orbitallarının həndəsəsi ilə müəyyən edilir:

Etan molekulunun əmələ gəlməsi yuxarıda göstərilən prosesə bənzəyir, fərq ondadır ki, iki karbon atomunun hibrid orbitalları üst-üstə düşəndə ​​C-C rabitəsi yaranır:

Etan molekulunun həndəsəsi metana bənzəyir, əlaqə bucaqları 109°-dir ki, bu da karbon hibrid orbitallarının fəza düzülüşü ilə müəyyən edilir:

Orbitalların çoxsaylı kimyəvi bağların əmələ gəlməsində iştirakı.

Etilen molekulu da hibrid orbitalların iştirakı ilə əmələ gəlir, lakin hibridləşmədə yalnız biri iştirak edir. Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur-orbital və yalnız iki üç-orbitallar ( p x Və r y), üçüncü orbital - p y, ox boyunca yönəldilmişdir -orbitallar - həm ikiqanadlı pervaneli, həm də dumbbelllərlə; İndi "həcmli səkkizlər" adı müəyyən edilmişdir. Hər üç orbital görünüşcə eynidir, lakin kosmosda fərqli istiqamətlənir. Onların maksimum elektron sıxlığı üç koordinat oxundan biri boyunca cəmləşmişdir -, hibridlərin əmələ gəlməsində iştirak etmir. İlkin üç orbitaldan eyni müstəvidə yerləşən, üç şüalı ulduz əmələ gətirən üç hibrid orbital yaranır, oxlar arasındakı açılar 120°-dir:

İki karbon atomu dörd hidrogen atomunu birləşdirir və eyni zamanda bir-birinə bağlanaraq C-C s-bağ əmələ gətirir:

İki orbital p y hibridləşmədə iştirak etməmiş, bir-birini üst-üstə düşür, onların həndəsəsi elədir ki, üst-üstə düşmə C-C rabitə xətti boyunca deyil, onun üstündə və altında baş verir. Nəticədə, bu bağın formalaşmasında iştirak edən iki elektronun (mavi və qırmızı ilə işarələnmiş) yerləşdiyi artan elektron sıxlığı olan iki bölgə meydana gəlir. Beləliklə, kosmosda ayrılmış iki bölgədən ibarət bir molekulyar orbital yaranır. Maksimum elektron sıxlığının iki atomu birləşdirən xəttdən kənarda yerləşdiyi bağa p rabitəsi deyilir:

Əsrlər boyu doymamış birləşmələri təsvir etmək üçün geniş istifadə olunan ikiqat bağın təyin edilməsində ikinci valentlik xüsusiyyəti müasir anlayışda C-C rabitə xəttinin əks tərəflərində yerləşən artan elektron sıxlığı olan iki bölgənin mövcudluğunu nəzərdə tutur.

Etilen molekulunun quruluşu hibrid orbitalların həndəsəsi ilə müəyyən edilir, H-C-H əlaqə bucağı 120 ° -dir:

Asetilenin əmələ gəlməsi zamanı bir Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur-orbital və bir p x-orbital (orbitallar x Və p z, hibridlərin əmələ gəlməsində iştirak etmirlər). Yaranan iki hibrid orbital ox boyunca eyni xəttdə yerləşir -orbitallar.:

Hibrid orbitalların bir-biri ilə və hidrogen atomlarının orbitalları ilə üst-üstə düşməsi sadə valentlik xətti ilə təmsil olunan C-C və C-H s-bağlarının yaranmasına səbəb olur:

Qalan iki cüt orbital x Və p züst-üstə düşmək. Aşağıdakı şəkildə, rəngli oxlar göstərir ki, sırf məkan mülahizələrinə əsasən, eyni indekslərlə orbitalların üst-üstə düşməsi ehtimalı yüksəkdir. x-x Və ooh. Nəticədə, sadə s-istiqrazı C-C ətrafında iki p-istiqrazı əmələ gəlir:

Nəticədə, asetilen molekulu çubuq formasına malikdir:

Benzolda molekulyar onurğa birdən ibarət hibrid orbitalları olan karbon atomlarından yığılır. Dörd növ orbital var, onlar təyin olunur- və iki üç-üç şüalı ulduz şəklində düzülmüş orbitallar (etilen kimi), üç-hibridləşmədə iştirak etməyən orbitallar yarı şəffaf göstərilir:

Kimyəvi bağların əmələ gəlməsində boş orbitallar, yəni elektron () olmayanlar da iştirak edə bilər.

Yüksək səviyyəli orbitallar.

Dördüncü elektron səviyyədən başlayaraq atomların beşi var səh-orbitallar, onların elektronlarla doldurulması skandiyumdan başlayaraq keçid elementlərində baş verir. dörd səh-orbitallar bəzən “yonca yarpaqları” adlanan üçölçülü quatrefoil formasına malikdirlər, onlar yalnız kosmosda orientasiya ilə fərqlənirlər, beşinci səh-orbital bir halqaya yivlənmiş üç ölçülü səkkiz fiqurdur:

səh-Orbitallar ilə hibridlər meydana gələ bilər Yeri gəlmişkən, üçüncü enerji səviyyəsi dövri sistemin üçüncü dövrünün elementlərində (ikinci səviyyə - ikinci dövr elementlərində, dördüncü səviyyə - dördüncü dövrün elementlərində və s.) doldurulmağa başlayır. ). Beləliklə, Təbiət eyni məlumatı iki dəfə şifrələdi - dövrlərin sayında və təbəqələrin sayında Və p- orbitallar. Seçimlər səh-orbitallardan adətən keçid metal komplekslərinin strukturunun və spektral xassələrinin təhlilində istifadə olunur.

Altıncı elektron səviyyədən başlayaraq atomların yeddisi var Və-orbitallar, onların elektronlarla doldurulması lantanidlərin və aktinidlərin atomlarında baş verir. Və-Orbitalların kifayət qədər mürəkkəb konfiqurasiyası var, aşağıdakı şəkildə eyni formaya malik olan və kosmosda müxtəlif yollarla istiqamətlənmiş yeddi belə orbitaldan üçünün forması göstərilir:

Və-Müxtəlif birləşmələrin xassələrini müzakirə edərkən orbitallardan çox nadir hallarda istifadə olunur, çünki onların üzərində yerləşən elektronlar praktiki olaraq kimyəvi çevrilmələrdə iştirak etmirlər.

Perspektivlər.

Səkkizinci elektron səviyyədə doqquz var g-orbitallar. Bu orbitallarda elektronları olan elementlər mövcud olmadığı halda səkkizinci dövrdə peyda olmalıdır (dövri sistemin yeddinci dövrünün sonuncu elementi olan 118 nömrəli elementin yaxın gələcəkdə alınması gözlənilir; onun sintezi aparılır. Dubnadakı Birgə Nüvə Tədqiqatları İnstitutunda).

forma g-Kvant kimyası üsulları ilə hesablanan orbitallar, orbitallardan daha mürəkkəbdir Və-orbitallar, bu vəziyyətdə elektronun ən çox yerləşdiyi bölgə çox qəribə görünür. Aşağıda doqquz belə orbitaldan birinin görünüşü verilmişdir:

Müasir kimyada atom və molekulyar orbital anlayışlarından birləşmələrin quruluşunu və reaksiya xassələrini təsvir etmək, həmçinin müxtəlif molekulların spektrlərini təhlil etmək, bəzi hallarda isə reaksiyaların baş vermə ehtimalını proqnozlaşdırmaq üçün geniş istifadə olunur.

Mixail Levitski