परमाणु ऑर्बिटल्स: वे किस प्रकार के होते हैं और किस प्रकार के होते हैं - रसायन विज्ञान - 2025

परमाणु कक्षाओं परमाणु इलेक्ट्रॉनों के लिए एक लहर समारोह द्वारा परिभाषित के उन क्षेत्रों है। वेव फ़ंक्शंस गणितीय अभिव्यक्ति हैं जो श्रोडिंगर समीकरण को हल करने से प्राप्त होती हैं। ये अंतरिक्ष में एक या अधिक इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा स्थिति का वर्णन करते हैं, साथ ही इसे खोजने की संभावना भी।

बांड और आवर्त सारणी को समझने के लिए रसायनज्ञों 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 घूमने वाले ग्रह हैं।

स्रोत: हाइड द्वारा, विकिमीडिया कॉमन्स के माध्यम से

परमाणु के ऊर्जा स्तरों का चित्रण करते समय यह पुराना दृश्य सामने आता है। उदाहरण के लिए: परिक्रमा और उनके स्थैतिक इलेक्ट्रॉनों का प्रतिनिधित्व करने वाले गाढ़ा छल्ले से घिरा एक चक्र। वास्तव में, यह वह छवि है जिसके साथ बच्चों और युवाओं को परमाणु पेश किया जाता है।

हालाँकि, सच्ची परमाणु संरचना बहुत जटिल है, यहाँ तक कि इसकी एक खुरदरी तस्वीर भी है।

तब इलेक्ट्रॉन को एक तरंग-कण के रूप में माना जाता है, और हाइड्रोजन परमाणु (सभी का सबसे सरल सिस्टम) के लिए श्रोडिंगर अंतर समीकरण को हल करते हुए, प्रसिद्ध क्वांटम संख्याएं प्राप्त की गईं।

इन संख्याओं से संकेत मिलता है कि इलेक्ट्रॉन परमाणु में किसी भी स्थान पर कब्जा नहीं कर सकते हैं, लेकिन केवल वे जो असतत और मात्रात्मक ऊर्जा 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 ऊर्जा राज्यों की एक श्रृंखला का अनुमान लगाया गया था। इन ऊर्जा राज्यों को परमाणु कक्षा कहा जाता 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 को हल करना बहुत जटिल है (वर्तमान तकनीक के साथ भी)।

परमाणु कक्षा क्या हैं?

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

Ψ _nlml = R _nl (r) Y _lml (R)

हालांकि यह पहली बार जटिल लग सकता है, ध्यान दें कि क्वांटम संख्या n, l, और ml छोटे अक्षरों में इंगित किए गए हैं। इसका मतलब है कि ये तीन संख्याएं कक्षीय का वर्णन करती हैं। आर _nl (आर), बेहतर रेडियल फ़ंक्शन के रूप में जाना जाता है, नायल पर निर्भर करता है; जबकि Y _lml (θϕ), कोणीय कार्य, l और ml पर निर्भर करता है।

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। कौनसा? ऊपर की छवि में देखा गया। वहां ऑर्बिटल्स की एक श्रृंखला दिखाई जाती है जिसे निम्नलिखित अनुभागों में समझाया जाएगा।

उनके आकार और डिजाइन (रंग नहीं) तरंग कार्यों और उनके रेडियल और कोणीय घटकों को रेखांकन से आते हैं।

रेडियल तरंग फ़ंक्शन

जैसा कि समीकरण में देखा गया है, आर _nl (आर) एन और एल दोनों पर निर्भर करता है। तो, रेडियल तरंग फ़ंक्शन का वर्णन मुख्य ऊर्जा स्तर और इसकी उपशीर्षकों द्वारा किया जाता है।

यदि इलेक्ट्रॉन को उसकी दिशा की परवाह किए बिना फोटो खींचा जा सकता है, तो एक छोटा सा बिंदु देखा जा सकता है। फिर, लाखों तस्वीरें लेते हुए, यह विस्तृत हो सकता है कि कोर से दूरी के एक समारोह के रूप में पॉइंट क्लाउड कैसे बदलता है।

इस तरह, दूरी और कोर के पास बादल के घनत्व की तुलना की जा सकती है। यदि एक ही ऑपरेशन दोहराया गया था, लेकिन एक अन्य ऊर्जा स्तर या उपरिशायी के साथ, एक और बादल बनेगा जो पिछले एक को संलग्न करता है। दोनों के बीच एक छोटी सी जगह होती है जहां इलेक्ट्रॉन कभी नहीं स्थित होता है; यह वही है जिसे रेडियल नोड के रूप में जाना जाता है।

इसके अलावा, बादलों में उच्च और निम्न इलेक्ट्रॉन घनत्व वाले क्षेत्र होते हैं। चूंकि वे नाभिक से बड़े और दूर निकलते हैं, उनके पास अधिक रेडियल नोड्स होते हैं; और इसके अलावा, एक दूरी आर जहां इलेक्ट्रॉन अधिक बार घूमता है और अधिक पाए जाने की संभावना है।

कोण तरंग कार्य

फिर, यह समीकरण है कि वाई से जाना जाता है _{एलएमएल} (θφ) मुख्य रूप से क्वांटम संख्याओं l और मिलीलीटर द्वारा वर्णित है। इस बार यह चुंबकीय क्वांटम संख्या में भाग लेता है, इसलिए, अंतरिक्ष में इलेक्ट्रॉन की दिशा को परिभाषित किया गया है; और इस दिशा को चर vari और vari से जुड़े गणितीय समीकरणों से रेखांकन किया जा सकता है।

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 ठीक से ज्ञात नहीं है कि इलेक्ट्रॉन कहां है, लेकिन यह कहां जा रहा है।

जैसे-जैसे इलेक्ट्रॉन चलता है, यह 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 आंकड़े और उनकी दिशा के प्रकार एल और एमएल द्वारा वर्णित हैं।

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

उदाहरण के लिए, यदि आप पहले गोलाकार कक्षीय को देखते हैं, तो आप जल्दी से इस निष्कर्ष पर पहुंचते हैं कि यह सभी दिशाओं में सममित है; हालाँकि, अन्य ऑर्बिटल्स के साथ ऐसा नहीं है, जिनकी आकृतियाँ रिक्त स्थानों को प्रकट करती हैं। ये कार्टेशियन विमान के मूल में और लोब के बीच काल्पनिक विमानों में देखे जा सकते हैं।

इलेक्ट्रॉन और रासायनिक बंधन को खोजने की संभावना

स्रोत: सीके -12 फाउंडेशन द्वारा (फ़ाइल: हाई स्कूल केमिस्ट्री। पीडीएफ, पेज 265), विकिमीडिया कॉमन्स के माध्यम से

एक कक्षीय 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, अर्थात कक्षा की सचित्र आकृति को मान लेना ही पर्याप्त नहीं है, बल्कि यह भी है कि नाभिक से दूरी के संबंध में उनका इलेक्ट्रॉन घनत्व कैसे बदलता है।

हालाँकि, क्योंकि निर्देश (एमएल) एक कक्षीय को दूसरे से अलग करता है, यह केवल कक्षीय के आकार पर विचार करने के लिए व्यावहारिक (हालांकि पूरी तरह से सही नहीं है)। इस प्रकार, रासायनिक आकृतियों का वर्णन इन आंकड़ों के अतिव्यापीकरण द्वारा किया जाता है।

उदाहरण के लिए, ऊपर तीन ऑर्बिटल्स की तुलनात्मक छवि है: 1 एस, 2 एस, और 3 एस। इसके रेडियल नोड्स को अंदर नोट करें। 1 एस कक्षीय का कोई नोड नहीं है, जबकि अन्य दो में एक और दो नोड हैं।

रासायनिक बंधन पर विचार करते समय, इन कक्षाओं की केवल गोलाकार आकृति को ध्यान में रखना आसान होता है। इस तरह, एनएस ऑर्बिटल दूसरे के पास पहुंचता है, और दूरी आर पर, इलेक्ट्रॉन पड़ोसी परमाणु के इलेक्ट्रॉन के साथ एक बंधन बनाएगा। यहाँ से कई सिद्धांतकार (TEV और TOM) उठते हैं जो इस लिंक को समझाते हैं।

वे कैसे प्रतीक हैं?

परमाणु ऑर्बिटल्स को स्पष्ट रूप से प्रतीक रूप में दिया गया है: nl _ml ।

क्वांटम संख्या पूर्णांक मानों को 0, 1, 2, आदि लेती है, लेकिन ऑर्बिटल्स का प्रतीक करने के लिए केवल एक संख्यात्मक मान शेष है। जबकि l के लिए, पूरे नंबर को इसके संबंधित अक्षर (s, p, d, f) द्वारा बदल दिया जाता है; और एमएल के लिए, एक चर या गणितीय सूत्र (एमएल = 0 को छोड़कर)।

उदाहरण के लिए, 1s कक्षीय के लिए: n = 1, s = 0, और ml = 0। वही सभी ns ऑर्बिटल्स (2s, 3s, 4s, आदि) पर लागू होता है।

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

प्रकार

ऑर्बिटल्स एस

क्वांटम संख्या l = 0, और ml = 0 (उनके रेडियल और कोणीय घटकों के अलावा) एक गोलाकार आकृति के साथ एक कक्षीय का वर्णन करते हैं। यह वह है जो प्रारंभिक छवि के कक्षा के पिरामिड का प्रमुख है। इसी तरह, जैसा कि रेडियल नोड्स की छवि में देखा जा सकता है, यह उम्मीद की जा सकती है कि 4s, 5s और 6s ऑर्बिटल्स 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। इसका कारण यह है कि इसके इलेक्ट्रॉन आंतरिक गोले 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 क्यों sp हाइब्रिड ऑर्बिटल्स वाला एक परमाणु sp ³ संकरण के साथ एक से अधिक इलेक्ट्र्रोनगेटिव (अपने पड़ोसी परमाणुओं से इलेक्ट्रॉनिक घनत्व को आकर्षित करने की अधिक प्रवृत्ति के साथ) है ।

इस प्रकार, एस ऑर्बिटल्स में इलेक्ट्रॉन वे होते हैं जो नाभिक का अनुभव करते हैं सबसे अधिक चार्ज करते हैं और अधिक ऊर्जावान रूप से स्थिर होते हैं। साथ में, वे अन्य उपशीर्षकों या कक्षाओं में इलेक्ट्रॉनों पर एक परिरक्षण प्रभाव डालते हैं; अर्थात्, वे बाहरी इलेक्ट्रॉनों द्वारा अनुभव किए जाने वाले वास्तविक परमाणु आवेश Z को घटाते हैं।

ऑर्बिटल्स पी

स्रोत: डेविड मेंथे विकिपीडिया के माध्यम से

पी ऑर्बिटल्स में क्वांटम संख्या एल = 1 है, और एमएल = -1, 0, +1 के मान के साथ। यही है, इन कक्षाओं में एक इलेक्ट्रॉन तीन दिशाएं ले सकता है, जिन्हें पीले डंबल (ऊपर की छवि के अनुसार) के रूप में दर्शाया जाता है।

ध्यान दें कि प्रत्येक डम्बल कार्टेसियन x, y और z अक्ष के साथ स्थित है। इसलिए, x अक्ष पर स्थित p कक्षीय को p _{x के} रूप में निरूपित किया जाता है; y, p _y अक्ष पर एक; और अगर यह xy समतल, यानी z अक्ष पर लंबवत है, तो यह p _{z है} ।

सभी ऑर्बिटल्स एक-दूसरे के लंबवत हैं, अर्थात वे 90º के कोण का निर्माण करते हैं। इसी तरह, कोणीय कार्य नाभिक (कार्टेशियन अक्ष की उत्पत्ति) में गायब हो जाता है, और केवल लोब के भीतर इलेक्ट्रॉन (जिसकी इलेक्ट्रॉन घनत्व रेडियल फ़ंक्शन पर निर्भर करता है) को खोजने की संभावना है।

खराब परिरक्षण प्रभाव

इन ऑर्बिटल्स में इलेक्ट्रॉन आंतरिक गोले आसानी से एस ऑर्बिटल्स में प्रवेश नहीं कर सकते हैं। उनकी आकृतियों की तुलना में, पी ऑर्बिटल्स नाभिक के करीब प्रतीत होते हैं; हालाँकि, ns इलेक्ट्रॉन नाभिक के आसपास अधिक पाए जाते हैं।

उपरोक्त का क्या परिणाम है? कि एक np इलेक्ट्रॉन एक कम प्रभावी परमाणु आवेश का अनुभव करता है। इसके अलावा, बाद को एस ऑर्बिटल्स के परिरक्षण प्रभाव से कम किया जाता है। यह बताता है, उदाहरण के लिए, क्यों sp ³ हाइब्रिड ऑर्बिटल्स वाला एक परमाणु ² sp या sp ऑर्बिटल्स के साथ एक से कम इलेक्ट्रोनगेटिव है ।

यह भी ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि प्रत्येक डंबल में एक कोणीय नोडल विमान है, लेकिन कोई रेडियल नोड्स (केवल 2p ऑर्बिटल्स) नहीं है। यही है, अगर इसे कटा हुआ होना था, तो अंदर की परत नहीं होगी जैसा कि 2s कक्षीय के साथ है; लेकिन 3 पी कक्षीय बाद से, रेडियल नोड्स मनाया जाना शुरू हो जाएगा।

ये कोणीय नोड्स बाहरी इलेक्ट्रॉनों के लिए जिम्मेदार हैं जो एक खराब परिरक्षण प्रभाव का सामना कर रहे हैं। उदाहरण के लिए, 2s इलेक्ट्रॉनों को 2p ऑर्बिटल्स में ढालते हैं, 2p इलेक्ट्रॉनों की तुलना में बेहतर 3 एस ऑर्बिटल में ढालते हैं।

Px, Py और Pz

चूंकि एमएल के मान -1, 0, और +1 हैं, प्रत्येक 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 पी-ब्लॉक बनाने वाले तत्वों को समझने के लिए महत्वपूर्ण है।

ऑर्बिटल्स d

स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स से हनीलक्किस ०५२akk तक

D ऑर्बिटल्स में l = 2, और ml = -2, -1, 0, +1, +2 के मान हैं। 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 में, रेडियल नोड्स की कमी है, लेकिन डी _{जेड 2} ऑर्बिटल को छोड़कर बाकी सभी में दो नोडल प्लेन हैं; छवि के विमान नहीं, क्योंकि ये केवल दिखाते हैं जिसमें कुल्हाड़ी पत्तियों के आकार के साथ नारंगी पालियों को कुल्हाड़ी मारते हैं। दो नोडल प्लेन वे होते हैं जो ग्रे प्लेन के लंबवत होते हैं।

उनके आकार उन्हें प्रभावी परमाणु प्रभारी को ढालने में और भी कम प्रभावी बनाते हैं। क्यों? क्योंकि उनके पास अधिक नोड्स हैं, जिसके माध्यम से नाभिक बाहरी इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित कर सकता है।

इसलिए, सभी डी ऑर्बिटल्स परमाणु रेडिए में एक ऊर्जा स्तर से दूसरे में कम स्पष्ट वृद्धि में योगदान करते हैं।

ऑर्बिटल्स एफ

स्रोत: Geek3 द्वारा, विकिमीडिया कॉमन्स से

अंत में, f ऑर्बिटल्स में l = 3, और ml = -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 के मान के साथ संख्याएँ हैं। कुल चौदह इलेक्ट्रॉनों के लिए सात एफ ऑर्बिटल्स हैं। ये ऑर्बिटल्स 6 की अवधि से उपलब्ध हो जाते हैं, 4f के रूप में सतही रूप से प्रतीक हैं।

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

इस कारण से, भारी परमाणुओं के लिए उनके परमाणु रडार में एक स्तर n से दूसरे n + 1 (6n से 7n, उदाहरण के लिए) में कोई स्पष्ट भिन्नता नहीं है। 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। हालाँकि शाब्दिक रूप से वे समान हैं, वास्तव में वे बहुत भिन्न हैं।

परमाणु कक्षीय और कक्षीय सन्निकटन की अवधारणा ने रासायनिक बंधन की व्याख्या करना संभव बना दिया है, और यह कैसे, एक या दूसरे तरीके से आणविक संरचना को प्रभावित कर सकता है।

संदर्भ

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