परमाणु ऑर्बिटल्स जिसमें वे शामिल हैं, वे कैसे प्रतीक और प्रकार हैं



परमाणु ऑर्बिटल्स इलेक्ट्रॉनों के लिए एक तरंग फ़ंक्शन द्वारा परिभाषित परमाणु के वे क्षेत्र हैं। वेव फ़ंक्शंस गणितीय अभिव्यक्ति हैं जो श्रोडिंगर समीकरण के संकल्प से प्राप्त की जाती हैं। ये अंतरिक्ष में एक या अधिक इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा स्थिति का वर्णन करते हैं, साथ ही इसे खोजने की संभावना भी.

कड़ी और आवधिक तालिका की समझ के लिए केमिस्टों द्वारा लागू की गई यह भौतिक अवधारणा, एक ही समय में इलेक्ट्रॉन को एक लहर और एक कण के रूप में मानती है। इसलिए, सौर मंडल की छवि को छोड़ दिया जाता है, जहां इलेक्ट्रॉन नाभिक या सूर्य के चारों ओर कक्षाओं में घूमते हुए ग्रह हैं.

परमाणु के ऊर्जा स्तरों को दर्शाते हुए यह अप्रचलित दृश्य व्यावहारिक है। उदाहरण के लिए: कक्षाओं के चारों ओर केंद्रित रिंगों और उनके स्थिर इलेक्ट्रॉनों से घिरा एक चक्र। वास्तव में, यह वह छवि है जिसके साथ बच्चों और युवाओं को परमाणु पेश किया जाता है.

हालांकि, सही परमाणु संरचना बहुत जटिल है यहां तक ​​कि इसकी एक अनुमानित छवि भी है.

एक तरंग-कण के रूप में इलेक्ट्रॉन को ध्यान में रखते हुए, और हाइड्रोजन परमाणु के लिए श्रोडिंगर के विभेदक समीकरण को हल करना (सभी का सबसे सरल सिस्टम), प्रसिद्ध क्वांटम संख्याएं प्राप्त की गईं.

इन संख्याओं से संकेत मिलता है कि इलेक्ट्रॉन परमाणु के किसी भी स्थान पर कब्जा नहीं कर सकते हैं, लेकिन केवल वे जो विचारशील और मात्रात्मक ऊर्जा के स्तर का पालन करते हैं। उपरोक्त की गणितीय अभिव्यक्ति को तरंग फ़ंक्शन के रूप में जाना जाता है.

इस प्रकार, हाइड्रोजन परमाणु से, क्वांटम संख्या द्वारा शासित ऊर्जावान राज्यों की एक श्रृंखला का अनुमान लगाया गया था। इन ऊर्जा राज्यों को परमाणु ऑर्बिटल्स नाम दिया गया था.

लेकिन, ये केवल एक हाइड्रोजन परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन के ठिकाने का वर्णन करते हैं। अन्य परमाणुओं के लिए, पॉलीइलेक्ट्रॉनिक्स, हीलियम के बाद से, एक कक्षीय सन्निकटन बनाया गया था। क्यों? क्योंकि दो या दो से अधिक इलेक्ट्रॉनों वाले परमाणुओं के लिए श्रोडिंगर समीकरण का समाधान बहुत जटिल है (वर्तमान तकनीक के साथ भी).

सूची

  • 1 परमाणु ऑर्बिटल्स क्या हैं?
    • 1.1 रेडियल तरंग समारोह
    • 1.2 कोणीय लहर समारोह
    • 1.3 इलेक्ट्रॉन और रासायनिक बंधन को खोजने की संभावना
  • 2 वे कैसे प्रतीक हैं?
  • 3 प्रकार
    • 3.1 ऑर्बिटल्स
    • 3.2 ऑर्बिटल्स पी
    • 3.3 ऑर्बिटल्स d
    • 3.4 ऑर्बिटल्स
  • 4 संदर्भ

परमाणु कक्षा क्या हैं?

परमाणु ऑर्बिटल्स वे तरंग कार्य हैं जिनमें दो घटक होते हैं: एक रेडियल एक और एक कोणीय। इस गणितीय अभिव्यक्ति को इस प्रकार लिखा गया है:

ΨNLML = आरnl(r) · Yएलएमएल(Θφ)

हालांकि यह पहली बार जटिल लग सकता है, ध्यान दें कि क्वांटम संख्या n, एल और मिलीलीटर उन्हें छोटे अक्षरों से संकेत दिया जाता है। इसका मतलब है कि ये तीन संख्याएं कक्षीय का वर्णन करती हैं। आरnl(आर), जिसे रेडियल फ़ंक्शन के रूप में जाना जाता है, पर निर्भर करता है n और एल; जबकि वाईएलएमएल(ang), कोणीय कार्य, पर निर्भर करता है एल और मिलीलीटर.

गणितीय समीकरण में चर आर, नाभिक की दूरी और φ और are भी होते हैं। समीकरणों के इस सभी सेट का परिणाम ऑर्बिटल्स का भौतिक प्रतिनिधित्व है। क्या? ऊपर की छवि में देखा गया। कक्षा की एक श्रृंखला होती है जिसे निम्नलिखित वर्गों में समझाया जाएगा.

इसके आकार और डिजाइन (रंग नहीं) अंतरिक्ष में तरंग कार्यों और उनके रेडियल और कोणीय घटकों की साजिश रचने से आते हैं.

रेडियल तरंग फ़ंक्शन

जैसा कि समीकरण में देखा गया है, आरnl(r) यह इतना पर निर्भर करता है n के रूप में एल. फिर, रेडियल तरंग फ़ंक्शन को मुख्य ऊर्जा स्तर और इसके उप-स्तरों द्वारा वर्णित किया जाता है.

अगर इसकी दिशा को ध्यान में रखे बिना इलेक्ट्रॉन की तस्वीर ली जा सकती है, तो एक छोटे से बिंदु को देखा जा सकता है। फिर, लाखों तस्वीरें लेते हुए, आप विस्तार कर सकते हैं कि नाभिक की दूरी के आधार पर बिंदु बादल कैसे बदलता है.

इस तरह, नाभिक की दूरी और निकटता में बादल के घनत्व की तुलना की जा सकती है। यदि एक ही ऑपरेशन दोहराया गया, लेकिन एक अन्य ऊर्जा स्तर या उप-स्तर के साथ, एक और क्लाउड का गठन किया जाएगा जो पिछले एक को संलग्न करता है। दोनों के बीच एक छोटी सी जगह होती है जहां इलेक्ट्रॉन कभी नहीं स्थित होता है; इस रूप में जाना जाता है रेडियल नोड.

इसके अलावा, बादलों में उच्च और निम्न इलेक्ट्रॉनिक घनत्व वाले क्षेत्र होते हैं। चूंकि वे बड़े हो जाते हैं और नाभिक से दूर चले जाते हैं, उनके पास अधिक रेडियल नोड्स होते हैं; और भी, एक दूरी आर जहां इलेक्ट्रॉन अधिक बार घूमता है और इसके मिलने की संभावना अधिक होती है.

कोणीय लहर समारोह

फिर, समीकरण से यह ज्ञात है कि वाईएलएमएल(mainly) मुख्य रूप से क्वांटम संख्याओं द्वारा वर्णित है एल और मिलीलीटर. इस बार यह चुंबकीय क्वांटम संख्या में भाग लेता है, इसलिए, अंतरिक्ष में इलेक्ट्रॉन की दिशा को परिभाषित किया गया है; और यह पता गणितीय समीकरणों से प्लॉट किया जा सकता है जिसमें चर pl और pl शामिल हैं.

अब, हम फ़ोटो लेने के लिए नहीं, बल्कि परमाणु में इलेक्ट्रॉन के मार्ग का वीडियो रिकॉर्ड करने के लिए आगे बढ़ते हैं। पिछले प्रयोग के विपरीत, यह अज्ञात है कि वास्तव में इलेक्ट्रॉन कहां है, लेकिन यह कहां जा रहा है.

चलते समय, इलेक्ट्रॉन एक अधिक परिभाषित बादल का वर्णन करता है; वास्तव में, एक गोलाकार आकृति, या लोब के साथ एक, जैसा कि छवि में देखा गया है। अंतरिक्ष में आकृतियों के प्रकार और उनकी दिशा का वर्णन किया जाता है एल और मिलीलीटर.

नाभिक के करीब क्षेत्र हैं, जहां इलेक्ट्रॉन पारगमन नहीं करता है और आंकड़ा गायब हो जाता है। ऐसे क्षेत्रों के रूप में जाना जाता है कोणीय नोड्स.

उदाहरण के लिए, यदि पहला गोलाकार कक्षीय मनाया जाता है, तो यह जल्दी से निष्कर्ष निकाला जाता है कि यह सभी दिशाओं में सममित है; हालांकि, अन्य ऑर्बिटल्स के साथ ऐसा नहीं है, जिनकी आकृतियाँ रिक्त स्थानों को प्रकट करती हैं। इन्हें कार्टेशियन विमान के मूल में और लोब के बीच काल्पनिक विमानों में देखा जा सकता है.

इलेक्ट्रॉन और रासायनिक बंधन को खोजने की संभावना

ऑर्बिटल में एक इलेक्ट्रॉन को खोजने की सही संभावना निर्धारित करने के लिए, दो कार्यों पर विचार किया जाना चाहिए: रेडियल और कोणीय। इसलिए, कोणीय घटक, अर्थात्, कक्षा के सचित्र रूप को ग्रहण करना पर्याप्त नहीं है, लेकिन यह भी कि नाभिक की दूरी के संबंध में इसका इलेक्ट्रॉनिक घनत्व कैसे बदलता है।.

हालाँकि, क्योंकि पते (मिलीलीटर) एक कक्षीय को दूसरे से अलग करना, यह केवल इसके आकार पर विचार करने के लिए व्यावहारिक (हालांकि शायद पूरी तरह से सही नहीं है)। इस प्रकार, रासायनिक बंधन का वर्णन इन आंकड़ों के ओवरलैप द्वारा समझाया गया है.

उदाहरण के लिए, तीन ऑर्बिटल्स की तुलनात्मक छवि ऊपर दिखाई गई है: 1s, 2s और 3s। इसके रेडियल नोड्स को अंदर देखें। 1s कक्षीय में एक नोड का अभाव होता है, जबकि अन्य दो में एक और दो नोड होते हैं.

रासायनिक बंधन पर विचार करते समय, इन कक्षाओं की केवल गोलाकार आकृति को ध्यान में रखना आसान होता है। इस तरह, ns कक्षीय एक और, और दूरी पर पहुंचता है आर, इलेक्ट्रॉन पड़ोसी परमाणु के इलेक्ट्रॉन के साथ एक बंधन बनाएगा। यहाँ से कई सैद्धांतिक (TEV और TOM) उत्पन्न होते हैं जो इस लिंक को समझाते हैं.

वे कैसे प्रतीक हैं?

परमाणु ऑर्बिटल्स, स्पष्ट रूप से, के प्रतीक हैं: nlमिलीलीटर.

क्वांटम संख्याएं पूरे मानों को 0, 1, 2, आदि लेती हैं, लेकिन ऑर्बिटल्स के प्रतीक के लिए केवल इसे छोड़ दिया जाता है n एक संख्यात्मक मान जबकि के लिए एल, पूरे नंबर को इसके संबंधित अक्षर (एस, पी, डी, एफ) द्वारा बदल दिया जाता है; और के लिए मिलीलीटर, एक चर या गणितीय सूत्र (को छोड़कर) मिलीलीटर= 0).

उदाहरण के लिए, 1s कक्षीय के लिए: n= 1, एस = 0, और मिलीलीटर= 0 सभी ns ऑर्बिटल्स (2s, 3s, 4s इत्यादि) पर भी यही लागू होता है।.

बाकी ऑर्बिटल्स का प्रतीक करने के लिए, उनके प्रकार, प्रत्येक को ऊर्जा के स्तर और अपनी विशेषताओं के साथ संबोधित करना आवश्यक है.

टाइप

रों कक्षाओं

क्वांटम संख्या एल= 0, और मिलीलीटर= 0 (इसके रेडियल और कोणीय घटकों के अलावा) एक गोलाकार आकृति वाले कक्षीय का वर्णन करते हैं। यह वह है जो प्रारंभिक छवि के कक्षा के पिरामिड का प्रमुख है। इसके अलावा, जैसा कि रेडियल नोड्स की छवि में देखा गया है, यह उम्मीद की जा सकती है कि 4, 5 और 6 एस की कक्षा में तीन, चार और पांच नोड्स हैं।.

उन्हें सममित होने की विशेषता है और उनके इलेक्ट्रॉनों को अधिक प्रभावी परमाणु प्रभार का अनुभव होता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि उनके इलेक्ट्रॉन आंतरिक परतों में प्रवेश कर सकते हैं और नाभिक के बहुत करीब पहुंच सकते हैं, जो उन पर एक सकारात्मक आकर्षण पैदा करता है.

इसलिए, एक संभावना है कि एक 3s इलेक्ट्रॉन नाभिक के पास पहुंचकर 2s और 1s कक्षीय में प्रवेश कर सकता है। यह तथ्य बताता है कि sp हाइब्रिड ऑर्बिटल्स के साथ एक परमाणु क्यों, स्पार्क हाइब्रिडेशन की तुलना में अधिक विद्युत प्रवाहकीय (अपने पड़ोसी परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनिक घनत्व को आकर्षित करने की अधिक प्रवृत्ति के साथ) है।3.

इस प्रकार, ऑर्बिटल्स के इलेक्ट्रॉन वे होते हैं जो अधिकांश नाभिक के आवेश का अनुभव करते हैं और ऊर्जावान रूप से अधिक स्थिर होते हैं। साथ में, वे अन्य उप-स्तरों या ऑर्बिटल्स के इलेक्ट्रॉनों पर एक परिरक्षण प्रभाव डालते हैं; यही है, वे सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉनों द्वारा अनुभव किए गए वास्तविक परमाणु चार्ज Z को कम करते हैं.

ऑर्बिटल्स पी

पी ऑर्बिटल्स में क्वांटम संख्या होती है एल= 1, और के मूल्यों के साथ मिलीलीटर= -1, 0, +1। यही है, इन कक्षाओं में एक इलेक्ट्रॉन तीन दिशाओं को ले सकता है, जो पीले डंबल के रूप में दर्शाए जाते हैं (ऊपर की छवि के अनुसार).

ध्यान दें कि प्रत्येक डम्बल कार्टेसियन अक्ष के साथ स्थित है एक्स, और और z. इसलिए, x अक्ष पर स्थित कक्षीय p को p के रूप में निरूपित किया जाता हैएक्स; y- अक्ष पर एक, पीऔर; और अगर यह एक्स प्लेन के लिए लंबवत रूप से इंगित करता है, जो कि z अक्ष पर है, तो यह p हैz.

सभी ऑर्बिटल्स एक-दूसरे के लंबवत हैं, यानी वे 90º का कोण बनाते हैं। इसके अलावा, कोणीय कार्य नाभिक (कार्टेशियन अक्ष की उत्पत्ति) में गायब हो जाता है, और केवल लोब के अंदर इलेक्ट्रॉन को खोजने की संभावना है (जिसका इलेक्ट्रॉन घनत्व रेडियल फ़ंक्शन पर निर्भर करता है).

खराब परिरक्षण प्रभाव

इन ऑर्बिटल्स के इलेक्ट्रॉन आंतरिक परतों में उतनी आसानी से प्रवेश नहीं कर सकते हैं, जितने कि एस ऑर्बिटल्स के होते हैं। उनके रूपों की तुलना में, पी ऑर्बिटल्स नाभिक के करीब लग रहे हैं; हालाँकि, ns इलेक्ट्रॉन नाभिक के आसपास सबसे अधिक बार पाए जाते हैं.

उपरोक्त का क्या परिणाम है? एनपी इलेक्ट्रॉन एक कम प्रभावी परमाणु प्रभार का अनुभव करता है। और इसके अलावा, बाद में एस ऑर्बिटल्स के स्क्रीनिंग प्रभाव से और कम हो जाता है। यह बताता है, उदाहरण के लिए, हाइब्रिड कक्षीय सपा के साथ एक परमाणु क्यों3 यह एसपी ऑर्बिटल्स की तुलना में कम विद्युतीय है2 या सपा.

यह भी ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि प्रत्येक डंबल में एक कोणीय नोडल विमान होता है, लेकिन कोई रेडियल नोड (2p ऑर्बिटल्स और कुछ नहीं)। यह कहना है, अगर यह कटा हुआ था, तो इसके अंदर 2s कक्षीय की तरह परतें नहीं होंगी; लेकिन 3p कक्षीय ओर से, रेडियल नोड्स मनाया जाना शुरू हो जाएगा.

ये कोणीय नोड्स इस तथ्य के लिए जिम्मेदार हैं कि सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉन एक खराब परिरक्षण प्रभाव का अनुभव करते हैं। उदाहरण के लिए, 2s इलेक्ट्रॉन्स 2p ऑर्बिटल्स को ढालते हैं, 3p ऑर्बिटल्स के लिए 2p इलेक्ट्रॉनों की तुलना में अधिक बड़े होते हैं।.

Px, Py और Pz

के मूल्यों के बाद से मिलीलीटर -1, 0 और +1 हैं, प्रत्येक एक Px, Py या Pz कक्षीय का प्रतिनिधित्व करता है। कुल में, वे छह इलेक्ट्रॉनों (प्रत्येक कक्षीय के लिए दो) को समायोजित कर सकते हैं। यह तथ्य इलेक्ट्रॉनिक कॉन्फ़िगरेशन, आवर्त सारणी और तथाकथित ब्लॉक पी बनाने वाले तत्वों को समझने के लिए महत्वपूर्ण है.

घ कक्षाओं

D ऑर्बिटल्स के मान हैं एल= 2, और मिलीलीटर= -2, -1, 0, +1, +2। इसलिए कुल पाँच इलेक्ट्रॉन रखने में सक्षम पांच कक्षाएँ हैं। ऊपर की छवि में d ऑर्बिटल्स के पांच कोणीय कार्यों का प्रतिनिधित्व किया जाता है.

पहले वाले, 3 डी ऑर्बिटल्स, रेडियल नोड्स की कमी है, लेकिन ऑर्बिटल डी को छोड़कर अन्य सभीz2, दो नोडल प्लेन हैं; छवि के विमानों को नहीं, क्योंकि ये केवल दिखाते हैं जिसमें कुल्हाड़ी पत्तियों के रूपों के साथ नारंगी पालियों को रखा जाता है। दो नोडल प्लेन वे हैं जो ग्रे प्लेन के लंबवत होते हैं.

उनके रूप उन्हें प्रभावी परमाणु भार को ढालने में और भी कम प्रभावी बनाते हैं। क्यों? क्योंकि उनके पास अधिक नोड्स हैं, जिसके द्वारा नाभिक बाहरी इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित कर सकता है.

इसलिए, सभी डी ऑर्बिटल्स परमाणु रेडी में वृद्धि में योगदान करते हैं जो एक ऊर्जा स्तर से दूसरे में कम स्पष्ट होते हैं.

च कक्षाओं

अंत में, एफ ऑर्बिटल्स के पास एक क्वांटम संख्या है, जिसके मूल्यों के साथ एल= 3, और मिलीलीटर= -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3। कुल चौदह इलेक्ट्रॉनों के लिए सात f ऑर्बिटल्स हैं। ये ऑर्बिटल्स 6 पीरियड से उपलब्ध होने लगते हैं, जो 4f के रूप में सतही रूप से प्रदर्शित होते हैं.

कोणीय कार्यों में से प्रत्येक जटिल आकार और कई नोडल विमानों के साथ लॉब का प्रतिनिधित्व करता है। इसलिए, वे बाहरी इलेक्ट्रॉनों को भी कम ढाल देते हैं और यह घटना बताती है कि इसे किस नाम से जाना जाता है लैंथेनाइड संकुचन.

भारी परमाणुओं के उस कारण के लिए उनके परमाणु के एक स्तर की त्रिज्या का कोई स्पष्ट रूपांतर नहीं है n दूसरे को एन + १ (6n से 7n, उदाहरण के लिए)। आज तक, 5f ऑर्बिटल्स अंतिम प्राकृतिक या कृत्रिम परमाणुओं में पाए जाते हैं.

इस सब को ध्यान में रखते हुए, कक्षा और कक्षा के रूप में जाना जाता है के बीच एक खाई खुल जाती है। हालांकि शब्दशः वे समान हैं, वास्तव में वे बहुत अलग हैं.

परमाणु कक्षीय और कक्षीय दृष्टिकोण की अवधारणा ने रासायनिक बंधन को स्पष्टीकरण की अनुमति दी है, और यह कैसे, एक या दूसरे तरीके से आणविक संरचना को प्रभावित कर सकता है।.

संदर्भ

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