اوربیتال اتمی


parsa01

ارسال های توصیه شده

اوربیتال اتمی

 

 

از نظر لغوی ، اوربیتال به معنای خانه الکترون می*باشد و ناحیه*ای است که احتمال یافتن الکترون در آن زیاد است. معادله شرودینگر پایه مکانیک موجی است. این معادله بر حسب یک تابع موجی (ψ) برای الکترون نوشته می*شود. از حل معادله شرودینگر اتم هیدروژن یک سلسله جواب به عنوان تابع موج بدست می*آید. تابع موج ناحیه*ای در اطراف هسته را نشان می*دهد که در آن ناحیه ، احتمال یافتن الکترون وجود دارد. تابع موجی یک الکترون ، آنچه را که اوربیتال نامیده می*شود، توصیف می*کند.

 

در سایت زیر می توانید شکل های فضایی اوریبتال های اتمی را با انتخاب اتم مشاهده کنید

مقاله:

مقدمه

 

اوربیتال محدوده*ای از فضای اطراف هسته می*باشد که احتمال یافتن الکترون در آن وجود دارد. این احتمال در نزدیکی هسته بیشترین مقدار را دارد. ولی برای تمام نقاطی از فضا که فاصله معینی از هسته دارند، احتمال معینی وجود دارد. هر اوربیتال می*تواند حداکثر دو الکترون را در خود جای دهد. دو الکترونی که در یک اوربیتال جای می*گیرند، دارای اسپین مخالف هستند.

 

 

orbital_band_fr.jpg

هر الکترون را می*توان با چهار عدد کوانتومی مشخص کرد که به منزله شناسنامه الکترون هستند و فاصله نسبی الکترون از هسته (n) ، لایه فرعی و شکل اوربیتال (L) ، جهت گیری اوربیتال در فضا (s) را بیان می*کنند. بر اساس اصل طرد پاولی در یک اتم هیچ دو الکترونی را نمی*توان یافت که تمام چهار عدد کوانتومی آنها یکسان باشد.

تاریخچه

 

در مورد ساختمان اتم و نحوه قرار گرفتن الکترون*ها و پروتون*ها در آن بررسی*های زیادی توسط دانشمندان انجام شده و نظریه*های مختلفی ارائه شده است. تامسون اتم را به شکل کره*ای یکنواخت از بار های مثبت تا شعاع
image016.gif
تصور می*کرد که بارهای منفی در محیط خارجی کره پراکنده*اند.

 

rutherford-b-hayes_fr.jpg

رادرفورد در سال 1911 با استفاده از ذرات آلفا دلایل قانع کننده*ای مبنی بر وجود هسته اتم ارائه داد. او اتم را به صورت کره*ای تصور می*کرد که هسته در وسط آن قرار دارد و الکترون*ها به فواصل نسبی بینهایت زیاد در خارج از هسته قرار دارند.

 

bohr_fr.jpg

نیلز بور در سال 1913 نظریه ساختمان الکترونی اتم را پیشنهاد کرد.

تفسیر مکانیکی اوربیتال

شدت هر موج با مجذور دامنه آن متناسب است. تابع موجی (ψ) ، تابع دامنه است. مجذور دامنه یا مجذور تابع موجی برای یک حجم کوچک در هر موقعیتی از فضا با چگالی بار الکترونی در آن حجم متناسب است. می*توان تصور کرد که بار الکترونی به سبب حرکت سریع الکترون به صورت ابر باردار در فضای دور هسته گسترده شده است. این ابر در برخی نواحی غلیظ *تر از برخی نواحی دیگر است. احتمال یافتن الکترون در هر ناحیه معین متناسب با چگالی ابر الکترونی در آن ناحیه است. . این احتمال در ناحیه*ای که ابر الکترونی غلیظ* تر **باشد، بیشتر خواهد بود. این تفسیر کوششی برای توصیف مسیر الکترون به عمل نمی آورد، بلکه فقط پیش*بینی می*کند که احتمال یافتن الکترون در کجا بیشتر است. از نظر مکانیک کوانتومی هیچ محدودیتی برای وجود الکترون در فضا اطراف هسته وجود ندارد. پس بینهایت اوربیتال وجود دارد.

اعداد کوانتومی

 

مکانیک موجی که نظریه شرودینگر اساس آن می*باشد با استفاده از چهار عدد کوانتومی وضعیت الکترون را توصیف می*کند. این اعداد عبارتند از :

adae%20quantomi_frr.gif

عدد کوانتومی اصلی

 

این عدد نشان*دهنده ترازهای انرژی است که الکترون*ها در آن ترازها به دور هسته گردش می*کنند و عدد صحیحی می*باشد. این عدد می*تواند کلیه مقادیر اعداد صحیح مثبت بجز صفر را قبول کند.

عدد کوانتومی اندازه حرکت زاویه*ای مداری

 

آرنولد زمر فیلد در سال 1916 پیشنهاد کرد که هر مدار بور (n) با شرط n>1 از لایه*هایی فرعی با اختلاف انرژی کم تشکیل شده*است. به هر لایه فرعی یک عدد کوانتومی (L) نسبت داده می*شود.
این عدد نشان دهنده شکل هندسی توزیع تابع احتمال پیدا کردن الکترون در فضای اطراف هسته می*باشد و کلیه مقادیر

L=0,1,2, … , n-1 را اختیار کند.

عدد کوانتومی مغناطیسی مداری

 

تعداد اوربیتال*های یک تراز فرعی را می*توان از این عدد استنتاج کرد که در اثر میدان مغناطیسی هر تراز L به این ترازها شکافته می*شود.

 

magnetic%20&quantomic%20number.png

به عنوان مثال میدان مغناطیسی بر اوربیتال کروی S که با عدد L=0 مشخص می*شود، تاثیری ندارد چون S تقارن کروی دارد و در تمام جهت*ها بطور یکسان تحت تاثیر خطوط نیرو قرار می*گیرد. این عدد که با m نشان داده می شود، مقادیر ممکن این عدد عبارتند از :

m=+L,…,0,…,-L

عدد کوانتومی مغناطیسی اسپینی

این عدد مشخص کننده حرکت تقدیمی الکترون است و با
image017.gif
نشان داده می*شود، و می*تواند مقادیر 2/1+ , 1/2- را اختیار کند.

ابر الکترونی و مکان الکترون

 

abre%20electroni2_fr.gif

در مورد یک الکترون در حالت n=1 اتم هیدروژن ، ابر باردار بالاترین چگالی را در نزدیکی هسته دارد و بتدریج که فاصله از هسته افزایش می*یابد، رقیق*تر می*شود. احتمال یافتن الکترون در حجم کوچکی از فضا ، در نزدیکی هسته ، بیشترین مقدار را دارد و با افزایش فاصله از هسته به سمت صفر میل می*کند. لایه*های کروی بسیار نازکی را که یکی پس از دیگری بطور متحدالمرکز به دور هسته قرار دارند، تصور کنید.
احتمال یافتن الکترون در واحد حجم فضای نزدیک به هسته بیشترین مقدار خود را دارد. ولی در عوض یک لایه نزدیک به هسته ، در مقایسه با لایه*های دورتر ، تعداد کمتری واحد حجم را در بر می*گیرد. احتمال شعاعی هر دو این عوامل را با هم به حساب می*آورد.

نمودار سطح مرزی

احتمال یافتن الکترون در تمام نقاطی که از هسته به فاصله
image018.gif
برابر مقداری است که از طریق نظریه بور برای شعاع لایه n=1 تعیین شده است. در نظریه بور ،
image018.gif
فاصله*ای است که همواره الکترون لایه n=1 از هسته دارا است. در مکانیک موجی
image018.gif
فاصله*ای از هسته است که الکترون در آن حضور بیشتری دارد.

 

از آنجا که اصولا در هر فاصله معین از هسته ، الکترون امکان حضور دارد، ترسیم ناحیه*ای با مرز مشخص که احتمال 100 درصد وجود الکترون را دربر بگیرد، ناممکن است. . اما می*توان سطح مرزی را ترسیم کرد که بتواند نقاط با احتمال یکسان را به هم بپیوندد و در برگیرنده حجمی باشد که در آن ، احتمال یافتن الکترون زیاد و مثلا در حدود 90 درصد است. چنین شکلی که نمودار سطح مرزی نامیده می*شود، برای الکترون اتم هیدروژن در حالت n=1 به صورت کروی می*باشد.

انواع اوربیتال

اوربیتال S

 

اوربیتال*های S دارای تقارن کروی می*باشد، تراز n=1 حداکثر دارای دو الکترون است. بنابراین تراز فرعی 1S و 2S و 3S و... هم تقارن کروی دارند، با این تفاوت که اندازه آنها بزرگتر از اوربیتال 1S می*باشد.

s%20orbital.gif

اوربیتال p

 

اوربیتال p از سه اوربیتال فرعی تشکیل شده است. هر اوربیتال p به شکل دو کره تغییر شکل یافته است که می*توان آنها را در امتداد یکی از محورهای سه گانه مختصات ( z,y,x) تصور کرد از این رو اوربیتال*های p را با
image019.gif
مشخص می*کنند که در سه جهت مختلف قرار گرفته*اند.

اوربیتال*های p از لحاظ انرژی برابرند و در غیاب میدان مغناطیسی نمی*توان تفاوتی بین الکترون*هایی که این اوربیتال*ها را اشغال کرده*اند قایل شد. ولی در بررسی*های طیفی که تحت تاثیر یک میدان مغناطیسی قرار می*گیرند. هر اوربیتال به سه خط شکافته می*شوند.

orbitals.gif

اوربیتال d

 

اوربیتال*های d از 5 اوربیتال فرعی تشکیل شده*اند که جهت گیری*های متفاوتی در فضا دارند ولی از لحاظ انرژی باهم هم*ارز هستند. این اوربیتال*ها عبارتند از :

image020.gif

 

اعداد کوانتومی برای ترازهای n=1 , 2 , 3
n نام اوربیتال L m
s
m تعداد اوربیتال درجه انحطاط یا چندگانگی
1
s
0
±1/2
0
1
2
2
s
0
±1/2
0
4
8
2
p
1- ، 0 ، 1+
±1/2
1
4
8
3
s
0
±1/2
0
9
18
3
p
1- ، 0 ، 1+
±1/2
1
9
18
3
d
2 ، 1 ، 0 ، 1- ، 2-
±1/2
2
9
18

d%20orbitals.gif

درجه انحطاط

تعداد الکترونهایی که مقدار انرژی برابر داشته باشند، درجه انحطاط یا چندگانگی نامیده می*شوند. حداکثر تعداد الکترونهای هر تراز از فرمول
image021.gif
بدست می*آیند.
لینک به دیدگاه
  • 2 هفته بعد...

برای ارسال دیدگاه یک حساب کاربری ایجاد کنید یا وارد حساب خود شوید

برای اینکه بتوانید دیدگاهی ارسال کنید نیاز دارید که کاربر سایت شوید

ایجاد یک حساب کاربری

برای حساب کاربری جدید در سایت ما ثبت نام کنید. عضویت خیلی ساده است !

ثبت نام یک حساب کاربری جدید

ورود به حساب کاربری

دارای حساب کاربری هستید؟ از اینجا وارد شوید

ورود به حساب کاربری
  • کاربران آنلاین در این صفحه   0 کاربر

    • هیچ کاربر عضوی،در حال مشاهده این صفحه نیست.