اوربیتال هایی که شکل کروی دارند نامیده می شوند. اوربیتال اتمی. ببینید «اوربیتال» در فرهنگ‌های دیگر چیست

پس از تکمیل توصیف رسمی حرکت مکانیکی کوانتومی، مشخص شد که در فضای اتمی هر جسم دارای ویژگی هایی مانند یک مدار اتمی است.

اوربیتال اتمی(AO) - ناحیه ای از فضا در اطراف هسته اتم که طبق قوانین مکانیک کوانتومی، الکترونی با انرژی معین به احتمال زیاد در آن قرار دارد.

حالت انرژی یک الکترون با تابع سه توصیف می شود اعداد صحیحمولفه های p ) I, t 1Uکه نامیده می شوند اعداد کوانتومیدر مقادیر معینی از اعداد کوانتومی، می توان ویژگی های ناحیه ای را که الکترون ممکن است در آن قرار گیرد به دست آورد.

اعداد کوانتومی دارای موارد زیر هستند معنای فیزیکی:

• n - عدد کوانتومی اصلی، سطح انرژی و اندازه اوربیتال را مشخص می کند.
• / - عدد کوانتومی مداری، زیرسطح انرژی و شکل مدار را مشخص می کند.
• t (- عدد کوانتومی مغناطیسی، تأثیر یک میدان مغناطیسی خارجی بر وضعیت انرژی الکترون را در نظر می گیرد.

عدد کوانتومی اصلی nطبیعی است و با اعداد دوره در جدول D.I مطابقت دارد (1، 2، 3، 4، 5، 6، 7). عدد کوانتومی اصلی بخش عمده ای از انرژی یک الکترون واقع در یک اوربیتال معین را تعیین می کند. این عدد کوانتومی نیز نامیده می شود عدد سطح انرژیبیشتر پ، هر چه اندازه مدار بزرگتر باشد.

اتم هایی که الکترون ها در اوربیتال های با ارزش بالا قرار دارند p(ص> 8)، نامیده می شوند اتم های رایدبرگاولین داده های تجربی در مورد اتم های Rydberg در نجوم رادیویی در سال 1964 توسط کارمندان FIAP (R.S. Sorochenko و دیگران) در یک تلسکوپ رادیویی بازتابی 22 متری به دست آمد. زمانی که تلسکوپ به سمت سحابی امگا، خطی با طول موج X = 3.4 سانتی متر این طول موج مربوط به انتقال بین حالت های Rydberg است n = 90 و n = 91 در طیف اتم هیدروژن. امروز در آزمایشگاه ما اتم های Rydberg را با پ~600 این اجسام تقریباً ماکروسکوپی با اندازه حدود 0.1 میلی متر و طول عمر حدود 1 ثانیه هستند. مطالعه حالات ریدبرگ اتم ها در کار بر روی ایجاد رایانه های کوانتومی مفید بوده است.

با این حال، افزایش اندازه، شکل اوربیتال را تغییر نمی دهد. بیشتر p yانرژی الکترون بیشتر است. الکترون هایی با عدد کوانتومی اصلی یکسان در سطح انرژی یکسانی هستند. عدد پسطح انرژی تعداد سطوح فرعی را نشان می دهد که یک سطح معین را تشکیل می دهند.

عدد کوانتومی مداری Iمی تواند مقادیر / = 0، 1،2، ... تا (پ - 1) یعنی برای یک عدد کوانتومی اصلی معین پعدد کوانتومی مداری / می تواند بگیرد پارزش های. عدد کوانتومی مداری شکل هندسی اوربیتال ها را تعیین می کند و تکانه زاویه ای مداری (تکانه) الکترون را تعیین می کند. سهم این سطح فرعی در انرژی کل الکترون. علاوه بر مقادیر عددی، عدد کوانتومی مداری / نیز دارای یک علامت است:

فرم های 5-، p-, (1-,اوربیتال های / در شکل نشان داده شده اند. 1.1. علائمی که روی عناصر هندسی اوربیتال ها قرار می گیرند، نشانه بار نیستند، بلکه به مقادیر تابع موج y برای این عناصر اشاره دارند. از آنجایی که هنگام محاسبه احتمال | n/| 2 مجذور قدر مطلق است، سپس مساحت اوربیتال های تابع موج y با علائم "+" و "-" معادل می شوند.

برنج. 1.1.

شکل پیچیده اکثر اوربیتال ها به این دلیل است که تابع موج الکترونی در مختصات قطبی دارای دو جزء است - شعاعی و زاویه ای. در این حالت، احتمال یافتن یک الکترون در یک نقطه معین هم به فاصله آن تا هسته و هم به جهت در فضای بردار متصل کننده هسته با این نقطه بستگی دارد. این توابع هم به / (برای اوربیتال های 5- و p) و هم به روشن بستگی دارند تی 1 (برای c1- و /-اوربیتال).

برای مثال، طرح کلی (محور بیرونی) همه 5 اوربیتال یک کره است. اما معلوم شد که احتمال یافتن الکترون در داخل این کره یکنواخت نیست، بلکه مستقیماً به فاصله این اوربیتال از هسته بستگی دارد. در شکل شکل 1.2 ساختار داخلی اوربیتال های 15 و 25 را نشان می دهد. همانطور که از شکل نشان داده شده است، مدار 25 شبیه یک "پیاز دو لایه" با پوسته های داخلی است که در فاصله 1 و 4 شعاع مدار بور قرار دارند. به عنوان یک قاعده، در شیمی واقعیت پیچیدگی ساختار داخلی اوربیتال ها نقش مهمی ندارد و در این درس مورد توجه قرار نمی گیرد.

برنج. 1.2. توزیع احتمال تشخیص یک الکترون در اتم هیدروژن در حالت هااستو2 ثانیه G (= 5.29 * 10 11 متر - شعاع اولین مدار بور

منبع: wvw.college.ru/enportal/physics/content/chapter9/section/paragraph3/theory.html

عدد کوانتومی مغناطیسی مداری m tمی تواند مقادیری از -/ تا +/ از جمله صفر بگیرد. این عدد کوانتومی تعیین می کند جهت گیری اوربیتال در فضا وقتی در معرض میدان مغناطیسی خارجی قرار می گیردو تغییر در انرژی یک الکترون واقع در این اوربیتال تحت تأثیر یک میدان مغناطیسی خارجی را مشخص می کند.تعداد اوربیتال ها با مقدار معین t 1(2/ + 1) است.

سه عدد کوانتومی در نظر گرفته شده است پ، /, تی (نتیجه حل معادله موج شرودینگر هستند و تعیین انرژی یک الکترون را از طریق توصیف خواص موج آن ممکن می سازند. در عین حال، ماهیت دوگانه ماهیت ذرات بنیادی و دوگانگی ذره-موج آنها در توصیف حالت انرژی الکترون مورد توجه قرار نگرفت.

عدد کوانتومی مغناطیسی ذاتی یک الکترون m s (اسپین).چگونه نتیجه خواص جسمی الکترون است، عدد دیگری در توصیف حالت انرژی آن نقش دارد - عدد کوانتومی ذاتی m s الکترون (اسپین). این عدد کوانتومی اوربیتال را مشخص نمی کند، بلکه ویژگی خود الکترون واقع در این اوربیتال را مشخص می کند.

چرخش (از انگلیسی، چرخش- twirl[-xia]، چرخش) تکانه زاویه ای ذاتی ذرات بنیادی است که ماهیت کوانتومی دارد و با حرکت ذره به عنوان یک کل مرتبط نیست. قیاس اغلب مورد استفاده برای توصیف اسپین به عنوان ویژگی مرتبط با چرخش یک الکترون به دور محورش غیرقابل دفاع بود. این توصیف منجر به تناقض با نظریه نسبیت خاص می شود - سرعت استوایی چرخش الکترون در این مدل از سرعت نور بیشتر است. معرفی اسپین کاربرد موفقیت آمیزی از یک ایده فیزیکی جدید بود: فرض بر این بود که فضایی از حالات وجود دارد که به هیچ وجه با حرکت یک ذره در فضای معمولی مرتبط نیستند. نیاز به معرفی چنین فضایی از حالت‌ها نشان‌دهنده نیاز به بررسی یک سؤال کلی‌تر در مورد واقعیت چندجهانی فیزیکی است.

الکترون خود را نشان می دهد مغناطیسی خودویژگی این است که در یک میدان الکتریکی خارجی، تکانه زاویه ای خود الکترون یا در امتداد میدان یا در برابر صفر جهت گیری می کند. در حالت اول، فرض می شود که عدد کوانتومی خود الکترون است ام‌اس= +1/2، و در دوم ام‌اس= -1/2. توجه داشته باشید که چرخش - عدد کسری تکدر میان مجموعه ای از ویژگی های کوانتومی که وضعیت یک الکترون را در یک اتم تعیین می کند.

همانطور که قبلاً اشاره شد، نظریه مدرن پیوند شیمیایی مبتنی بر در نظر گرفتن مکانیکی کوانتومی یک مولکول به عنوان سیستمی از الکترون ها و هسته های اتمی است.

از دروس شیمی معدنی و فیزیک مشخص شده است که الکترون ها نوعی ماده هستند که هم خواص ذره و هم یک موج الکترومغناطیسی را دارند.

بر اساس نظریه کوانتومی، وضعیت الکترون ها در یک اتم با استفاده از چهار عدد کوانتومی توصیف می شود. n عدد کوانتومی اصلی، I - عدد کوانتومی ازیموتال، t

با شکوه

ماسپیتپو

عدد کوانتومی و l

عدد کوانتومی اسپین

یک الکترون در یک اتم در یک اوربیتال اتمی خاص قرار دارد

بالابر. اوربیتال اتمی (AO) ناحیه ای از فضا است که در آن الکترون به احتمال زیاد یافت می شود.

وضعیت الکترون با فاصله ابر الکترونی از هسته، شکل آن، جهت گیری در فضا و چرخش الکترون حول محور خود تعیین می شود.

بسته به فاصله الکترون از هسته اتم، مسیر حرکت آن، یعنی شکل اوربیتال اتمی، تغییر می کند (شکل 2.1). اوربیتال های اتمی l، p، d، /- وجود دارند که از نظر ذخیره انرژی با یکدیگر متفاوت هستند، و بنابراین در شکل ابر الکترونی، یعنی در مسیر حرکت الکترون.

β-اوربیتال

/O-orbital

O<-орбиталь

± من^. 2.1. 1sim&1richs^jil shiumy y-، i- و i-y!imp^1l iui1^1&i

اوربیتال های اتمی از نوع ^ با تقارن کروی برای الکترون های نوع p مشخص می شوند، سه اوربیتال دمبلی شکل با انرژی برابر وجود دارد که متفاوت است.

2. پیوند شیمیایی. تأثیر متقابل اتم ها در ترکیبات آلی

از یکدیگر فقط با جهت گیری در فضا. рх، р_^، р^-داده

اوربیتال ها در هر یک از آنها یک ناحیه گرهی از مدار p وجود دارد که احتمال یافتن الکترون در آن صفر است. پنج شکل هندسی پیچیده تر برای اوربیتال های اتمی d وجود دارد.

الکترون‌های اوربیتال 5 به هسته اتم نزدیک‌تر هستند و با نیروی بیشتری نسبت به الکترون‌های p که فاصله بیشتری دارند و تحرک بیشتری دارند به سمت آن جذب می‌شوند. انرژی الکترون در ردیف بعدی کاهش می یابد.

/ > th > p > 5

یک اوربیتال اتمی که توسط الکترون ها اشغال نمی شود، a-cant نامیده می شود و معمولاً به عنوان □ تعیین می شود.

іі^іогідгіолістгіл /iv7iVII ііііл ігошійи

با توجه به ایده های کواپتووا-ملاپیک در مورد محدودیت

در یک پیوند معین، تعداد پیوندهای کووالانسی تشکیل شده توسط یک اتم با تعداد اوربیتال های تک اتم های الکتروپیل، یعنی تعداد تک الکتروپل ها تعیین می شود. با این حال، در واقعیت، اتم‌های عناصر تعداد بیشتری پیوند کووالانسی نسبت به همان تعداد الکتروپ در سطح اپرژتیکی فوری تشکیل می‌دهند. به عنوان مثال، یک اتم کربن در حالت غیر برانگیخته دارای دو الکترود (I5 25 2p) است و چهار پیوند کووالانسی را تشکیل می دهد. این را می توان با احتمال توضیح داد

انتقال یک الکتروپا 25 به زیرسطح 2p (I5 25 2p).

بنابراین، در سطح اپرژتیک فوری اتم

کربن توسط چهار الکتروپ pesparepyl مصرف می شود: یک - 5 و سه - r. از آنجایی که پیوندهای لیمیک توسط الکتروپ‌های ظرفیتی تشکیل می‌شوند، پس پیوندها، برای مثال در مولکول SI4، باید مرتبه اول باشند: یک پیوند CH توسط یک الکتروپ 5 و سه پیوند دیگر توسط p تشکیل می‌شوند. در حقیقت، در یک مولکول دگرگونی، همه اتصالات کاملاً برابر هستند. برای توضیح این واقعیت، مفهوم هیبریداسیون اتم ها و اوربیتال ها در ملاپیک کواپتین معرفی می شود. کلمه هیبریدیزاسیون به معنای تعامل است،

2p 2p 2p 2p 2p 2p

همپوشانی، مخلوط کردن هنگامی که یک ابر 5 الکترونی با سه ابر /-الکترون همپوشانی دارد، چهار ابر الکترونی هیبرید شده جدید یا اوربیتال اتمی تشکیل می‌شوند:

بنابراین، از چندین AO که از نظر شکل متفاوت و از نظر انرژی مشابه هستند، با ترکیب (اختلاط، ترکیب) تعداد مشابهی از اوربیتال های اتمی هیبرید شده هم شکل و از نظر انرژی برابر تشکیل می شود:

اوربیتال های هیبرید شده از نظر هندسی مزیت بیشتری نسبت به اوربیتال های غیر هیبرید دارند، زیرا امکان افزایش سطح همپوشانی با اوربیتال های اتم های دیگر را فراهم می کنند که منجر به تشکیل پیوندهای قوی تر می شود. نتیجه همپوشانی بخش بزرگی از اوربیتال هیبریدی با اوربیتال های اتم های دیگر یک پیوند کووالانسی است.

یک اتم کربن می تواند تحت سه نوع هیبریداسیون شامل اوربیتال های s و p قرار گیرد که هر کدام مربوط به وضعیت ظرفیت خاصی از اتم است.

اولین حالت ظرفیت کربن هیبریداسیون است). تصویر

تشکیل یک باند حالت هیبریداسیون bp نتیجه برهمکنش یک اوربیتال اتمی b و سه p است (شکل 2.2).

1v + 3r = 4v.

25 مداری 2р2-اوربیتال 2рu-اوربیتال 2р2-اوربیتال

برنج. 2.2. طرح شکل گیری و مکان یابی در فضای اوربیتال های هیبریدی 5p3

چهار اوربیتال ep-hybrid

2. پیوند شیمیایی. تأثیر متقابل اتم ها در ترکیبات آلی 21

چهار اوربیتال مساوی بین خود زاویه 109 درجه و 28 اینچ تشکیل می دهند و در فضا از مرکز یک چهار وجهی منظم تا رئوس آن جهت گیری می کنند. دافعه الکترواستاتیکی متقابل مکان اوربیتال های اتمی نام حالت هیبریداسیون 5p3 را مانند چهار وجهی تعیین می کند.

کسر s-ابر در هر یک از چهار اوربیتال هیبریدی sp3 برابر با 7 است. در نتیجه همپوشانی این اوربیتال ها با اوربیتال های دیگر،

بیتال‌ها (s، p، d و ترکیبی sp، sp، sp) در امتداد خطی که مراکز اتم‌ها را به هم متصل می‌کند، فقط پیوندهای کووالانسی ساده یا st را تشکیل می‌دهند (یونانی "سیگما"). همپوشانی اوربیتال های اتمی در امتداد خطی که مراکز اتم ها را به هم متصل می کند، همپوشانی st-p یا همپوشانی محوری نامیده می شود، زیرا حداکثر چگالی الکترون در محور اتصال دو هسته قرار دارد (شکل 2.3).

o همپوشانی

برنج. 2.3. تشکیل پیوندهای a در یک مولکول اتان

حالت هیبریداسیون 5p3 مشخصه آلکان ها است. اجازه دهید تشکیل پیوندهای st را با استفاده از اتان به عنوان مثال در نظر بگیریم.

در مولکول اتان، در نتیجه همپوشانی محوری s-sp، شش پیوند SPN و در اثر همپوشانی اوربیتال های sp-sp، یک پیوند SP C تشکیل می شود.

پیوندهای st در بسیاری از ترکیبات آلی عمدتاً به دلیل همپوشانی اوربیتال های هیبرید شده تشکیل می شوند.

حالت ظرفیت دوم کربن (sp-hybridization). تشکیل پیوند n. حالت هیبریداسیون sp2 نتیجه برهم کنش یک اوربیتال s و دو p است (شکل 2.4).

سه اوربیتال هیبرید sp معادل تشکیل شده در یک صفحه با زاویه 120 درجه هستند، بنابراین هیبریداسیون sp را مثلثی می نامند. اوربیتال p^-هیبرید نشده

23-اوربیتال 2px-اوربیتال 2/3^-اوربیتال

سه اوربیتال sp-hybrid و یک اوربیتال p2

سه اوربیتال هیبریدی الکترونیکی

± من^. 2.4. ^1risp y!imy carbon

در هیبریداسیون ^p2

ترتیب اوربیتال های هیبریدی نسبت ابر ir در هر یک از سه ایربیتال ar2 برابر با 1/y است.

کربن ar-AO

o-همپوشانی (o-bond)

تشکیل پیوند n در مولکول اتیلن

اتم های کربن موجود در مولکول اتیلن در حالت هیبریداسیون درخشان قرار دارند. با توجه به همپوشانی سه AOs هیبریدی از هر یک از مقدمات، پیوندهای st تشکیل می شود (چهار C-H و یک C-C). و همپوشانی دو اوربیتال p هیبرید نشده در صفحه ای عمود بر صفحه پیوند st (p-overlap) منجر به تشکیل پیوند p می شود. حداکثر چگالی الکترون آن در دو ناحیه متمرکز است - بالا و زیر محور اتصال مراکز اتم ها. p- اتصال کمتر از st است. فقط بین اتم هایی که در هیبریداسیون π2 یا π هستند تشکیل می شود.

2. پیوند شیمیایی. تأثیر متقابل اتم ها در ترکیبات آلی 2

L;/-1IirIDI^yTSISH SShchS JIUneUnUU HU1UMJ نامیده می شود، نه دو

اوربیتال های هیبریدی sp-hybrid در زاویه 180 درجه قرار دارند. دو اوربیتال p^- و p^ غیر هیبرید شده باقیمانده در دو صفحه عمود بر هم قرار دارند و در زاویه قائم به AO هیبرید sp قرار دارند. کسر ابر s در هر یک از دو اوربیتال هیبریدی sp برابر 1/2 است. این نوع هیبریداسیون برای ترکیبات با پیوند سه گانه، به عنوان مثال استیلن، معمول است (شکل 2.7).

در یک مولکول استیلن، اتم‌های هیبرید شده با sp دو پیوند ساده C-H و یک پیوند st بین دو اتم کربن تشکیل می‌دهند و p-AO‌های هیبرید نشده دو پیوند p را تشکیل می‌دهند که در صفحات متقابل عمود بر هم قرار دارند.

برای توصیف پیوندهای شیمیایی از دیدگاه مکانیک کوانتومی، از دو روش اصلی استفاده می‌شود: روش پیوند ظرفیتی (VBC) و روش مداری مولکولی (MO).

روش پیوند ظرفیت در سال 1927 توسط W. Heitler و F. London ارائه شد. مفاد اصلی روش به شرح زیر است. یک پیوند شیمیایی به صورت یک جفت الکترون با اسپین مخالف نمایش داده می شود. در نتیجه همپوشانی اوربیتال های اتمی تشکیل شده است.

l-overlap (اتصال i)

الف-همپوشانی (الف-باند)

تشکیل پیوند L در مولکول استیلن

در iirj^isap^1^1 milsAulsh اتمی irijul i^1iyu1SL ii^

تغییر می کند و یک جفت الکترون پیوندی بین دو اتم قرار می گیرد.

برخلاف روش پیوند ظرفیتی، روش اوربیتال مولکولی مولکول را نه به عنوان مجموعه ای از اتم ها که فردیت خود را حفظ می کنند، بلکه به عنوان یک کل واحد در نظر می گیرد. فرض بر این است که هر الکترون در یک مولکول در کل میدان ایجاد شده توسط الکترون های باقیمانده و تمام هسته های اتم حرکت می کند. به عبارت دیگر، در یک مولکول، AO های مختلف با یکدیگر تعامل می کنند و نوع جدیدی از اوریتال ها را تشکیل می دهند که اوریتال های مولکولی نامیده می شوند.

همپوشانی دو اوریتال اتمی منجر به تشکیل دو اوریتال مولکولی می شود (شکل 2.8).

□"-شل شدن MO

AO------AO^^)-

MO با اتصال α

st*-loosening MO

MO با اتصال α

یکی از آنها انرژی کمتری نسبت به AO اصلی دارد،

ігі поошоасил ьошоўшси و ^^ншілнш, диуіал іладиасі илълг>х>і-

2. پیوند شیمیایی. تأثیر متقابل اتم ها در ترکیبات آلی 2:

SHAII LPS^IISI، ChSM تشکیل دهنده آن LL^، و IilmViSISI پراکنده-

سوپ کلم یا اوربیتال آنتی باند. پر شدن اوربیتال های مولکولی با الکترون ها مشابه پر شدن اوربیتال های اتمی، یعنی طبق اصل پائولی و مطابق با قاعده هوند اتفاق می افتد. اوربیتال آنتی باند مولکولی در حالت پایه خالی می ماند. پر شدن آن با الکترون زمانی اتفاق می افتد که مولکول برانگیخته می شود، که منجر به سست شدن پیوند و تجزیه مولکول به اتم می شود.

هنگام بحث در مورد خواص شیمیایی اتم ها و مولکول ها - ساختار و واکنش پذیری - ایده شکل فضایی اوربیتال های اتمی می تواند کمک بزرگی در حل کیفی یک موضوع خاص باشد. در حالت کلی، AO ها به شکل مختلط نوشته می شوند، اما با استفاده از ترکیبات خطی توابع پیچیده مربوط به همان سطح انرژی با عدد کوانتومی اصلی. پو با همان مقدار تکانه مداری /، می توان عباراتی را به شکل واقعی بدست آورد که در فضای واقعی قابل ترسیم باشد.

اجازه دهید به طور متوالی یک سری از AOs را در اتم هیدروژن در نظر بگیریم.

تابع موج حالت پایه 4^ ساده ترین به نظر می رسد. دارای تقارن کروی است

مقدار a با عبارتی که مقدار آن تعیین می شود

تماس گرفت شعاع بور.شعاع بور اندازه مشخصه اتم ها را نشان می دهد. مقدار 1/oc مقیاس فروپاشی مشخصه توابع در اتم های تک الکترونی را تعیین می کند.

از (EVL) واضح است که اندازه اتم های یک الکترون با افزایش بار هسته ای به نسبت معکوس با مقدار Z کوچک می شود. برای مثال، در اتم He + تابع موج دو برابر سریعتر از هیدروژن کاهش می یابد. اتم با فاصله مشخصه 0.265 A.

وابستگی *F ls به فاصله در شکل نشان داده شده است. 3.3. حداکثر تابع *Fj صفر است. یافتن یک الکترون در داخل یک هسته نباید خیلی تعجب آور باشد، زیرا هسته را نمی توان به عنوان یک کره غیر قابل نفوذ تصور کرد.

حداکثر احتمال تشخیص یک الکترون در فاصله ای از هسته در حالت پایه اتم هیدروژن در r = a 0 = 0.529 A. این مقدار را می توان به صورت زیر یافت. احتمال یافتن الکترون در حجم کوچک A Vبرابر |*P| 2 DY. جلد AVما آنقدر کوچک فرض می کنیم که مقدار تابع موج را می توان در این حجم کوچک ثابت در نظر گرفت. ما علاقه مند به احتمال یافتن یک الکترون در فاصله هستیم جیاز هسته در یک لایه نازک به ضخامت A جی.از آنجایی که احتمال یافتن الکترون در فاصله وجود دارد جیبه جهت بستگی ندارد و جهت خاص ما را مورد توجه قرار نمی دهد، پس باید احتمال ماندن یک الکترون در یک لایه کروی بسیار نازک به ضخامت A را پیدا کنیم. جی.از آنجایی که مقدار | V F| محاسبه 2 آسان است، ما نیاز داریم

برنج. 3.3. وابستگی *F 1s به فاصله. مقادیر تابع به مقدار آن در r = O نرمال می شود

برنج. 3.4.طرحی برای محاسبه حجم یک لایه کروی

حجم لایه کروی را که با A K نشان می دهیم را پیدا کنید. برابر است با اختلاف حجم دو توپ با شعاع. جیو g + Ar(شکل 3.4):

از وقتی که جیکمی در مقایسه با جی،سپس هنگام محاسبه مقدار (g + Ar) 3 می توانیم خود را به دو عبارت اول محدود کنیم. سپس برای حجم لایه کروی بدست می آوریم

آخرین عبارت را می توان به روشی ساده تر به دست آورد. از وقتی که جیکمی در مقایسه با جی،سپس حجم لایه کروی را می توان برابر با حاصلضرب مساحت لایه کروی و ضخامت آن در نظر گرفت (شکل 3.4 را ببینید). مساحت کره است 4 کیلوگرم 2،و ضخامت A جی.حاصل ضرب این دو کمیت بیان یکسانی را به دست می دهد (3.11).

بنابراین احتمال دبلیوپیدا کردن یک الکترون در این لایه برابر است با

عبارت *P ls از ضمیمه 3.1 گرفته شده است. اگر مقدار A را در نظر بگیریم جیثابت، سپس حداکثر تابع کاهش یافته در مشاهده می شود جی = a 0

اگر می خواهید بدانید که احتمال آن چقدر است دبلیوتشخیص حجم الکترون V،سپس لازم است که چگالی احتمال تشخیص یک الکترون بر روی این ناحیه از فضا مطابق با بیان (3.6) یکپارچه شود.

به عنوان مثال، احتمال تشخیص یک الکترون در اتم هیدروژن در یک ناحیه کروی از فضا با مرکز در هسته و با شعاع x0 چقدر است. سپس

اینجا ارزش d Vدر طی محاسبات جایگزین شد 4 کیلوگرم 1 دربا قیاس با (3.11)، از آنجایی که تابع موج فقط به فاصله بستگی دارد و بنابراین به دلیل عدم وابستگی زاویه ای تابع انتگرال پذیر، نیازی به ادغام در زوایا نیست.

یک ایده کیفی از توزیع تابع موج در فضا با تصویر اوربیتال های اتمی به شکل ابر ارائه می شود و هر چه رنگ شدیدتر باشد، مقدار تابع H بالاتر است. اوربیتال شبیه به آن خواهد بود. این (شکل 3.5):

برنج. 3.5.

مداری 2p z Bشکل ابر در شکل نشان داده شده است. 3.6.

برنج. 3.6.تصویر اوربیتال 2pg اتم هیدروژن به شکل ابر

به طور مشابه، توزیع چگالی الکترون مانند یک ابر خواهد بود که با ضرب چگالی احتمال I"Fj 2 در بار الکترون می توان آن را پیدا کرد. در این مورد، آنها گاهی اوقات از لکه گیری الکترون صحبت می کنند. به این معنی است که ما با لک زدن الکترون در فضا سر و کار داریم - هیچ لکه گیری واقعی الکترون در سراسر فضا رخ نمی دهد، و بنابراین اتم هیدروژن را نمی توان به عنوان یک هسته غوطه ور در یک ابر واقعی بار منفی نشان داد.

با این حال، چنین تصاویری در قالب ابرها به ندرت مورد استفاده قرار می گیرند و اغلب از خطوط برای ایجاد ایده ای در مورد وابستگی زاویه ای توابع H استفاده می شود. برای انجام این کار، مقادیر را محاسبه کنید. H" روی کره ای عمل می کند که در فاصله معینی از هسته کشیده شده است. سپس مقادیر محاسبه‌شده روی شعاع‌ها رسم می‌شوند که نشان‌دهنده علامت توابع Ch» برای آموزنده‌ترین بخش صفحه برای یک تابع Ch» معین است. به عنوان مثال، اوربیتال Is معمولا به صورت دایره ای به تصویر کشیده می شود (شکل 3.7).

برنج.

در شکل 3.8 2/> r-orbital بر روی کره ای با شعاع خاصی ساخته شده است. برای به دست آوردن یک تصویر فضایی، لازم است شکل را نسبت به محور z بچرخانید. شاخص "z" هنگام نوشتن یک تابع، جهت گیری تابع را در امتداد محور "z" نشان می دهد. علائم "+" و "-" با علائم توابع H مطابقت دارد. مقادیر تابع z 2/? در ناحیه ای از فضا که مختصات ^ مثبت است مثبت و در آن منفی است. منطقه ای که مختصات ^ منفی است.

برنج. 3.8.فرم 2p z-اوربیتال ها بر روی کره ای به شعاع ساخته شده است

وضعیت در مورد اوربیتال های باقی مانده نیز مشابه است. مثلا 2/؟ اوربیتال x در امتداد محور x قرار دارد و در قسمتی از فضا که مختصات x مثبت است مثبت است و مقادیر آن در جایی که مقادیر مختصات x منفی هستند منفی است (شکل 3.9).

تصویر توابع موج که نشانه را نشان می دهد برای توصیف کیفی واکنش پذیری ترکیبات شیمیایی مهم است و بنابراین تصاویری مانند آنچه در شکل نشان داده شده است. 3.9 اغلب در ادبیات شیمی یافت می شود.

اجازه دهید اکنون اوربیتال های d را در نظر بگیریم (شکل 3.10). اوربیتال ها dxy، dxz، dyz،معادل به نظر برسد جهت گیری و علائم آنها توسط زیرنویس ها تعیین می شود: شاخص xyنشان می دهد

برنج. 3.9.فرم 2p x -اوربیتال ها بر روی کره ای به شعاع ساخته شده است

که اوربیتال در زوایای 45 درجه نسبت به x و محور قرار دارد درو اینکه علامت تابع Y در جایی مثبت است که حاصل ضرب شاخص های x و درمثبت

برنج. 3.10.

وضعیت مشابه با اوربیتال های ^/- باقی مانده است. تصویر اوربیتال های ^/- نشان داده شده در شکل. 3.10، اغلب در ادبیات یافت می شود. دیده می شود که اوربیتال ها d , d x2 _ y2 , d z2 معادل نیستند. فقط اوربیتال ها معادل هستند d , d xz , d yz .اگر پنج اوربیتال ^/- معادل برای توصیف ساختار یک مولکول مورد نیاز باشد، می توان آنها را با استفاده از ترکیب خطی اوربیتال ها ساخت.

عنصر شیمیایی- نوع خاصی از اتم که با نام و نماد مشخص می شود و با عدد اتمی و جرم اتمی نسبی مشخص می شود.

روی میز جدول 1 عناصر شیمیایی رایج را فهرست می کند، نمادهایی را که با آنها مشخص می شوند (تلفظ در پرانتز)، شماره سریال، جرم اتمی نسبی و حالت های اکسیداسیون مشخصه را ارائه می دهد.

صفرحالت اکسیداسیون یک عنصر در ماده(های) ساده آن در جدول نشان داده نشده است.

همه اتم های یک عنصر دارای تعداد پروتون یکسان در هسته و تعداد الکترون های یکسان در پوسته هستند. بنابراین، در اتم یک عنصر هیدروژن N 1 است p +در هسته و حاشیه 1 ه- در یک اتم عنصر اکسیژن O 8 است p +در هسته و 8 ه- در یک پوسته؛ اتم عنصر آلومینیوم Al شامل 13 است آر+ در هسته و 13 ه- در یک پوسته

اتم های یک عنصر می توانند از نظر تعداد نوترون ها در هسته متفاوت باشند. بنابراین، عنصر هیدروژن H سه ایزوتوپ: هیدروژن-1 (نام و نماد خاص پروتیوم 1 H) با 1 p +در هسته و 1 ه- در یک پوسته؛ هیدروژن-2 (دوتریوم 2 N یا D) با 1 p +و 1 پ 0 در هسته و 1 ه- در یک پوسته؛ هیدروژن-3 (تریتیوم 3 N یا T) با 1 p +و 2 پ 0 در هسته و 1 ه- در یک پوسته در نمادهای 1H، 2H و 3H، بالانویس نشان می دهد عدد جرمی- مجموع تعداد پروتون ها و نوترون ها در هسته. نمونه های دیگر:

فرمول الکترونیکیاتم هر عنصر شیمیایی مطابق با مکان آن در جدول تناوبی عناصر مندلیف را می توان از جدول تعیین کرد. 2.

لایه الکترونی هر اتمی به دو دسته تقسیم می شود سطوح انرژی(1، 2، 3، و غیره)، سطوح به تقسیم می شوند سطوح فرعی(با حروف مشخص شده است s، p، d، f). سطوح فرعی شامل اوربیتال های اتمی- مناطقی از فضا که احتمالاً الکترون ها در آنها ساکن هستند. اوربیتال‌ها به‌عنوان 1s (اوربیتال سطح 1 سطح s)، 2 تعیین می‌شوند س, 2آر, 3س, 3p, 3d, 4س... تعداد اوربیتال ها در سطوح فرعی:

پر شدن اوربیتال های اتمی با الکترون مطابق با سه شرط انجام می شود:

1) اصل حداقل انرژی

الکترون ها اوربیتال ها را پر می کنند و از سطح فرعی با انرژی کمتر شروع می شوند.

دنباله افزایش انرژی سطوح فرعی:

1س < 2ج < 2پ < 3س < 3پ < 4س ? 3د < 4پ < 5س ? 4د < 5پ < 6س…

2)قانون حذف (اصل پائولی)

هر اوربیتال نمی تواند بیش از دو الکترون را در خود جای دهد.

یک الکترون در یک اوربیتال جفت نشده و دو الکترون نامیده می شوند جفت الکترونیکی:

3) اصل حداکثر کثرت (قاعده هوند)

در یک سطح فرعی، الکترون ها ابتدا تمام اوربیتال ها را تا نیمه و سپس به طور کامل پر می کنند.

هر الکترون ویژگی خاص خود را دارد - اسپین (به طور معمول با یک فلش بالا یا پایین نشان داده می شود). اسپین های الکترون به عنوان بردار جمع می شوند بیشترین(تکثر):

پر کردن سطوح، سطوح فرعی و اوربیتال های اتم های عناصر از H با الکترون (Z = 1) تا Kr (Z = 36) نشان داده شده در نمودار انرژی(اعداد با دنباله پر کردن مطابقت دارند و با اعداد ترتیبی عناصر منطبق هستند):

از نمودارهای تکمیل شده انرژی، فرمول های الکترونیکیاتم های عناصر تعداد الکترون‌ها در اوربیتال‌های یک زیرسطح معین در بالانویس سمت راست حرف نشان داده شده است (مثلاً 3 د 5 برابر 5 الکترون در Z است دزیرسطح)؛ ابتدا الکترون های سطح 1 می آیند، سپس 2، 3، و غیره. فرمول ها می توانند کامل و مختصر باشند، دومی حاوی نماد گاز نجیب مربوطه است که فرمول آن را می رساند و علاوه بر این، با روی شروع می شود. d-سطح داخلی پر شده است. مثال ها:

3 Li = 1s 2 2s 1 = [ 2 He] 2s 1

8 O = 1s 2 2s 2 2p 4= [2 او] 2s 2 2p 4

13 Al = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1= [10 Ne] 3s 2 3p 1

17 Cl = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5= [10 Ne] 3s 2 3p 5

2O Ca = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4s 2= [18 آر] 4s 2

21 Sc = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 1 4s 2= [18 آر] 3d 1 4s 2

25 Mn = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 2= [18 آر] 3d 5 4s 2

26 Fe = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2= [18 آر] 3d 6 4s 2

3O Zn = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2= [18 Ar، 3d 10] 4s 2

33 As = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 3= [18 Ar، 3d 10] 4s 2 4p 3

36 کرون = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6= [18 Ar، 3d 10] 4s 2 4p 6

الکترون هایی که در خارج از براکت ها قرار می گیرند نامیده می شوند ظرفیتآنها کسانی هستند که در تشکیل پیوندهای شیمیایی شرکت می کنند.

استثناها عبارتند از:

24 Cr = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1= [18 آر] Зd 5 4s 1(نه 3d 4 4s 2!)

29 Cu = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1= [18 آر] 3d 10 4s 1(نه 3d 9 4s 2!).

نمونه کارهای قسمت A

1. عنوان، غیر مرتبطبه ایزوتوپ های هیدروژن است

1) دوتریوم

2) اکسونیوم

2. فرمول برای سطوح فرعی ظرفیت یک اتم فلز است

3. تعداد الکترون های جفت نشده در حالت پایه اتم آهن است

4. در حالت برانگیخته اتم آلومینیوم، تعداد الکترون های جفت نشده برابر است با

5. فرمول الکترونیکی 3d 9 4s 0 مربوط به کاتیون است

6. فرمول الکترونیکی آنیون E 2- 3s 2 3p 6 با عنصر مطابقت دارد.

7. تعداد کل الکترون های کاتیون Mg 2+ و آنیون F برابر است

الکترون ماهیت دوگانه دارد: در آزمایش های مختلف می تواند خواص یک ذره و یک موج را نشان دهد. خواص الکترون به عنوان یک ذره: جرم، شارژ; خواص موج- در ویژگی های حرکت، تداخل و پراش.

حرکت الکترون از قوانین پیروی می کند مکانیک کوانتومی .

ویژگی های اصلی که حرکت الکترون را در اطراف هسته تعیین می کند: انرژی و ویژگی های فضایی مدار مربوطه.

هنگام تعامل (همپوشانی) اوربیتال های اتمی(JSC ) متعلق به دو یا چند اتم تشکیل می شود اوربیتال های مولکولی(MO).

اوربیتال های مولکولی با الکترون های مشترک پر شده و انجام می شوند پیوند کووالانسی.

قبل از تشکیل اوربیتال های مولکولی، ممکن است وجود داشته باشد هیبریداسیون اوربیتال های اتمی یک اتم

هیبریداسیون -تغییر شکل برخی از اوربیتال ها در طول تشکیل یک پیوند کووالانسی برای همپوشانی موثرتر آنها. هیبریدهای یکسان تشکیل می شوند JSCکه در آموزش شرکت می کنند MO، همپوشانی اوربیتال های اتمی اتم های دیگر. هیبریداسیون فقط برای اتم هایی که پیوندهای شیمیایی تشکیل می دهند امکان پذیر است، اما برای اتم های آزاد امکان پذیر نیست.

هیدروکربن ها

سوالات اصلی:

1. هیدروکربن ها طبقه بندی. نامگذاری.
2. ساختار. خواص.
3. کاربرد هیدروکربن ها

هیدروکربن ها- دسته ای از ترکیبات آلی که از دو عنصر کربن و هیدروژن تشکیل شده است.

ایزومرها و همولوگ ها را انتخاب کنید:

آلکان ها را نام ببرید:

____________________________________________

__________________________________________

Ä واکنش نیتراسیون (واکنش کونوالوف، 1889) واکنش جایگزینی هیدروژن با گروه نیترو است.

شرایط: 13% HNO 3، t = 130 - 140 0 C، P = 15 - 10 5 Pa. در مقیاس صنعتی، نیتراسیون آلکان ها در فاز گاز در دمای 150 تا 170 درجه سانتیگراد با اکسید نیتروژن (IV) یا بخار اسید نیتریک انجام می شود.

CH 4 + HO – NO 2 → CH 3 – NO 2 + H 2 O

نیترومتان

@ حل وظایف:

1. ترکیب آلکان ها با فرمول کلی منعکس می شود:

الف) C n H 2 n +2; ب) C n H 2 n -2; ج) C n H 2 n; د) C n H 2 n -6 .

2. آلکان ها با چه معرف هایی می توانند واکنش نشان دهند:

آ) Br 2 (محلول)؛ ب) Br 2, t 0; V) H 2 SO 4; ز) HNO 3 (رقیق شده)، t 0 ; د KMnO 4 ; ه) CON؟

پاسخ ها: 1) معرف ها الف، ب، د، د; 2) معرف ها ب، ج، ف;

3) معرف ها ب، د; 4) معرف ها ب، د، د، ف.

1. بین نوع واکنش و طرح واکنش (معادله) مطابقت ایجاد کنید:

1. ماده ای را که در طی کلرزنی کامل متان تشکیل می شود را مشخص کنید:

الف) تری کلرومتان؛ ب) تتراکلرید کربن؛ ج) دی کلرومتان؛ د) تتراکلرواتان.

1. محتمل ترین محصول مونوبرومیناسیون 2،2،3-تری متیل بوتان را مشخص کنید:

الف) 2-برومو-2،3،3-تری متیل بوتان؛ ب) 1-برومو-2،2،3-تری متیل بوتان.

ج) 1-برومو-2،3،3-تری متیل بوتان. د) 2-برومو-2،2،3-تری متیل بوتان.

یک معادله برای واکنش بنویسید.

واکنش ورتز – اثر سدیم فلزی بر مشتقات هالوژن هیدروکربن ها هنگامی که دو مشتق مختلف هالوژن واکنش نشان می دهند، مخلوطی از هیدروکربن ها تشکیل می شود که می توان آنها را با تقطیر جدا کرد.

CH 3 I + 2 Na + CH 3 I → C 2 H 6 + 2 NaI

@ حل وظایف:

1. نام هیدروکربنی را که هنگام گرم شدن برومواتان با فلز سدیم تشکیل می شود، ذکر کنید:

الف) پروپان؛ ب) بوتان؛ ج) پنتان؛ د) هگزان؛ ه) هپتان.

یک معادله برای واکنش بنویسید.

1. وقتی سدیم فلزی روی مخلوط اثر می کند، چه هیدروکربن هایی تشکیل می شود:

الف) یدومتان و 1-بروم-2-متیل پروپان. ب) 2-بروموپروپان و 2-بروموبوتان؟

سیکلوآلکان ها

1. برای چرخه های کوچک (C 3 – C 4) مشخصه هستند واکنش های افزودنی هیدروژن، هالوژن ها و هالیدهای هیدروژن. واکنش ها با باز شدن چرخه همراه است.

2. برای سایر چرخه ها (از 5 به بالا) معمولی واکنش های جایگزینی

هیدروکربن های غیر اشباع(اشباع نشده):

آلکن ها (الفین ها، هیدروکربن های غیر اشباع با پیوند دوگانه، هیدروکربن های اتیلن): ساختار: sp 2 - هیبریداسیون، آرایش مسطح اوربیتال ها (مربع مسطح). واکنش ها:افزودن (هیدروژناسیون، هالوژناسیون، هیدروهالوژناسیون، پلیمریزاسیون)، جایگزینی (غیر معمولی)، اکسیداسیون (احتراق، KMnO 4)، تجزیه (بدون دسترسی به اکسیژن).

@ حل وظایف:

1. هیبریداسیون اتم های کربن در یک مولکول آلکن چیست:

الف) 1 و 4 - sp 2، 2 و 3 - sp 3. ب) 1 و 4 - sp 3، 2 و 3 - sp 2;

ج) 1 و 4 - sp 3، 2 و 3 - sp; د) 1 و 4 - هیبرید نشده، 2 و 3 - sp 2 .

2- آلکن را نام ببرید:

1. معادلات واکنش را با استفاده از 1-بوتن به عنوان مثال ترسیم کنید و محصولات حاصل را نام ببرید.

4. در طرح تبدیل زیر، اتیلن در واکنش تشکیل می شود:

الف) 1 و 2؛ ب) 1 و 3؛ ج) 2 و 3;

د) اتیلن در هیچ واکنشی تشکیل نمی شود.

1. کدام واکنش مخالف قانون مارکوفنیکف است:

الف) CH 3 - CH = CH 2 + HBr →; ب) CH 3 – CH = CH 2 + H 2 O →;;

ج) CH 3 – CH = CH – CH 2 + HCI →; د) CCI 3 – CH = CH 2 + HCI →؟

þ دیین ها با پیوندهای مزدوج:هیدروژناسیون 1،3-بوتادین - 2-بوتن تشکیل می شود (1،4-افزودن):

þ هیدروژناسیون 1،3-بوتادین در حضور کاتالیزور نیکل بوتان:

þ هالوژناسیون 1،3-بوتادین – 1،4-افزودن (1،4 – دیبروم-2-بوتن):

þ پلیمریزاسیون دین ها:

پلی ین ها(هیدروکربن های غیراشباع با پیوندهای دوگانه زیاد) هیدروکربن هایی هستند که مولکول های آنها حداقل دارای سه پیوند دوگانه هستند.

تهیه دین:

Ø اثر محلول الکلی قلیایی:

Ø روش لبدف (سنتز دیوینیل):

Ø کم آبی گلیکول ها (آلکاندیول ها):

آلکین ها (هیدروکربن های استیلنیک، هیدروکربن های با یک پیوند سه گانه): ساختار:هیبریداسیون sp، آرایش خطی اوربیتال ها. واکنش ها:افزودن (هیدروژناسیون، هالوژناسیون، هیدروهالوژناسیون، پلیمریزاسیون)، جایگزینی (تشکیل نمک)، اکسیداسیون (احتراق، KMnO 4)، تجزیه (بدون دسترسی به اکسیژن).	5-متیل هگزین-2 1-پنتین 3-متیل بوتین-1
	1. کدام هیدروکربن ها با فرمول کلی C n H 2n-2 مطابقت دارند: الف) استیلن، دی ان. ب) اتیلن، دی ان؛ ج) سیکلوآلکان ها، آلکن ها. د) استیلن، معطر؟ 2. پیوند سه گانه ترکیبی است از: الف) پیوندهای سهσ. ب) یک پیوند σ و دو پیوند π. ج) دو پیوند σ و یک پیوند π. د) سه پیوند π. 3. فرمول 3-methylpentine -3 را ایجاد کنید.
من. واکنش های افزایشی
v هیدروژناسیوندر مرحله تشکیل آلکن ها رخ می دهد:
v افزودن هالوژن هابدتر از آلکن ها رخ می دهد: آلکین ها آب برم را تغییر رنگ می دهند ( واکنش کیفی).
v افزودن هالیدهای هیدروژن:
محصولات افزودن به آلکین های نامتقارن تعیین می شوند قانون مارکوفنیکف:
v اضافه کردن آب (هیدراتاسیون)- واکنش M.G. Kucherov، 1881.
برای همولوگ های استیلن، محصول افزودن آب یک کتون است:
III. تشکیل نمک ها (خواص اسیدی) - واکنش های جایگزینی
ð برهمکنش با فلزات فعال: از استیلنیدها برای سنتز همولوگ ها استفاده می شود.
ð برهمکنش آلکین ها با محلول های آمونیاک اکسید نقره یا کلرید مس (I):
واکنش کیفی به پیوند سه گانه نهایی -تشکیل یک رسوب سفید مایل به خاکستری از استیلید نقره یا استیلید مس قرمز قهوه ای (I):	HC ≡ CH + CuCI → CuC ≡ CCu ↓ + 2HCI هیچ واکنشی رخ نمی دهد
IV. واکنش های اکسیداسیون
Ÿ اکسیداسیون خفیف- تغییر رنگ محلول آبی پرمنگنات پتاسیم ( پاسخ کیفی به جفت چندگانه):	هنگامی که استیلن با محلول رقیق KMnO 4 (دمای اتاق) واکنش می دهد - اسید اگزالیک.