و المدارات المنحطة هي تلك التي هي في نفس مستوى الطاقة. وفقًا لهذا التعريف ، يجب أن يكون لديهم نفس العدد الكمي الأساسي n. وبالتالي ، فإن المداري 2s و 2 p يتدهوران ، لأنهما ينتميان إلى مستوى الطاقة 2. ومع ذلك ، من المعروف أن وظائف الموجات الزاويّة والشعاعيّة مختلفة.
مع زيادة قيم n ، تبدأ الإلكترونات في احتلال مستويات طاقة فرعية أخرى ، مثل مداري d و f. كل من هذه المدارات لها خصائصها الخاصة ، والتي يمكن رؤيتها للوهلة الأولى في أشكالها الزاويّة ؛ هذه هي الأشكال الكروية ، الدمبل (ع) ، ورقة البرسيم (د) والأشكال الكروية (و).
المصدر: غابرييل بوليفار
بينهما ، هناك فرق نشط ، حتى ينتمي إلى نفس المستوى n.
على سبيل المثال ، تُظهر الصورة أعلاه مخطط طاقة مع المدارات التي تشغلها إلكترونات غير متزاوجة (حالة غير طبيعية). يمكن ملاحظة أن المدار ns (1s، 2s،…) من بين الأكثر استقرارًا (الذي يحتوي على أقل طاقة) ، بينما nf هو الأكثر استقرارًا (الذي يحتوي على أعلى طاقة).
المدارات المتدهورة لذرة معزولة
المدارات المتدهورة ، بنفس قيمة n ، في نفس الخط في مخطط الطاقة. لهذا السبب ، توجد الخطوط الحمراء الثلاثة التي ترمز إلى المدارات p على نفس الخط ؛ كما هو الحال مع الخطوط الأرجواني والأصفر بنفس الطريقة.
يخالف الرسم البياني في الصورة قاعدة هوند: تمتلئ المدارات عالية الطاقة بالإلكترونات دون إقرانها أولاً في المدارات منخفضة الطاقة. عندما تتزاوج الإلكترونات ، يفقد المدار الطاقة ، ويمارس تنافرًا إلكتروستاتيكيًا أكبر على الإلكترونات غير المزدوجة في المدارات الأخرى.
ومع ذلك ، لا يتم أخذ هذه التأثيرات في الاعتبار في العديد من مخططات الطاقة. إذا كان الأمر كذلك ، وطاعة قاعدة Hund دون ملء المدارات d بالكامل ، فسيتم ملاحظة أنها تتوقف عن التدهور.
كما ذكرنا سابقًا ، لكل مدار خصائصه الخاصة. ذرة معزولة ، بتكوينها الإلكتروني ، يتم ترتيب إلكتروناتها في عدد محدد من المدارات لاستيعابها. فقط أولئك المتساوون في الطاقة يمكن اعتبارهم متدهورًا.
المدارات ص
تشير الخطوط الحمراء الثلاثة لمدارات p المتدهورة في الصورة إلى أن كلا من p x و p و p z لهما نفس الطاقة. يوجد إلكترون غير مزدوج في كل منهما ، موصوف بأربعة أرقام كمية (n ، l ، ml ، ms) ، بينما تصف الثلاثة الأولى المدارات.
يتم الإشارة إلى الاختلاف الوحيد بينهما بواسطة العزم المغناطيسي ml ، والذي يرسم مسار p x على المحور x ، و p y على المحور y ، و p z على المحور z. الثلاثة جميعهم متماثلون ، لكنهم يختلفون فقط في توجهاتهم المكانية. لهذا السبب يتم رسمها دائمًا بمحاذاة الطاقة ، أي تتدهور.
نظرًا لأنها متساوية ، يجب أن تحافظ ذرة النيتروجين المعزولة (بالتكوين 1s 2 2s 2 2p 3) على مداراتها الثلاثة p متدهورة. ومع ذلك ، فإن سيناريو الطاقة يتغير فجأة إذا اعتبر المرء ذرة N داخل جزيء أو مركب كيميائي.
لماذا ا؟ لأنه على الرغم من أن p x و p و p z متساوية في الطاقة ، إلا أنه يمكن أن يختلف في كل منها إذا كان لديهم بيئات كيميائية مختلفة ؛ أي إذا ارتبطوا بذرات مختلفة.
المدارات د
هناك خمسة خطوط أرجوانية تشير إلى المدارات d. في ذرة معزولة ، حتى لو كان لديهم إلكترونات مقترنة ، فإن هذه المدارات الخمسة تعتبر متدهورة. ومع ذلك ، على عكس المدارات p ، هناك اختلاف ملحوظ هذه المرة في أشكالها الزاوية.
لذلك ، تتحرك إلكتروناتها في اتجاهات تختلف من مدار إلى آخر. يتسبب هذا ، وفقًا لنظرية المجال البلوري ، في أن الحد الأدنى من الاضطراب يؤدي إلى مضاعفة طاقة المدارات ؛ أي أن الخطوط الخمسة الأرجوانية منفصلة ، تاركة فجوة طاقة بينها:
المصدر: غابرييل بوليفار
ما هي المدارات العلوية وما هي المدارات السفلية؟ ما ورد أعلاه يرمز له بـ e g ، وتلك الأقل من t 2g. لاحظ كيف تمت محاذاة جميع الخطوط الأرجوانية في البداية ، والآن تم تشكيل مجموعة من اثنين من المدارات e g أكثر نشاطًا من المجموعة الأخرى المكونة من ثلاثة مدارات t 2g.
تسمح لنا هذه النظرية بشرح انتقالات dd ، والتي تُنسب إليها العديد من الألوان التي لوحظت في مركبات المعادن الانتقالية (Cr ، Mn ، Fe ، إلخ). وما سبب هذا الاضطراب الإلكتروني؟ لتفاعلات التنسيق بين المركز المعدني والجزيئات الأخرى التي تسمى الروابط.
المدارات و
ومع المدارات f ، الخطوط الصفراء المحسوسة ، يصبح الوضع أكثر تعقيدًا. تختلف اتجاهاتهم المكانية اختلافًا كبيرًا فيما بينهم ، ويصبح تصور روابطهم معقدًا للغاية.
في الواقع ، تعتبر المدارات f مغلفة داخليًا لدرجة أنها لا "تشارك بشكل ملحوظ" في تكوين الرابطة.
عندما تحيط الذرة المعزولة ذات المدارات f بذرات أخرى ، تبدأ التفاعلات وتتكشف (فقدان الانحلال):
المصدر: غابرييل بوليفار
لاحظ أن الخطوط الصفراء الآن تشكل ثلاث مجموعات: t 1g و t 2g و 1g ، وأنها لم تعد تتدهور.
المدارات الهجينة المنحلة
لقد لوحظ أن المدارات يمكن أن تتكشف وتفقد التنكس. ومع ذلك ، بينما يفسر هذا التحولات الإلكترونية ، فإنه يتضاءل في توضيح كيف ولماذا توجد هندسة جزيئية مختلفة. هذا هو المكان الذي تأتي فيه المدارات الهجينة.
ما هي خصائصه الرئيسية؟ أنهم منحطون. وبالتالي ، فإنها تنشأ من خليط من المدارات s و p و d و f ، لتكوين الهجينة المتدهورة.
على سبيل المثال ، تختلط ثلاثة مدارات p مع واحدة s لتعطي أربعة sp 3 مدارات. جميع مدارات sp 3 متدهورة ، وبالتالي لها نفس الطاقة.
بالإضافة إلى ذلك ، إذا تم خلط مداري d مع الأربعة sp 3 ، فسنحصل على ستة مدارات sp 3 d 2.
وكيف يفسرون الهندسة الجزيئية؟ نظرًا لوجود ستة ، مع طاقات متساوية ، يجب توجيهها بشكل متماثل في الفضاء لتوليد بيئات كيميائية متساوية (على سبيل المثال ، في مركب MF 6).
عندما يحدث ذلك ، يتشكل تنسيق ثماني السطوح ، وهو ما يعادل هندسة ثماني السطوح حول المركز (M).
ومع ذلك ، غالبًا ما تكون الأشكال الهندسية مشوهة ، مما يعني أنه حتى المدارات الهجينة ليست في الحقيقة متدهورة تمامًا. لذلك ، على سبيل الاستنتاج ، لا توجد المدارات المتدهورة إلا في الذرات المعزولة أو في البيئات شديدة التناظر.
المراجع
- قاموس Chemicool. (2017). تعريف المنحل. تم الاسترجاع من: chemicool.com
- شركة SparkNotes LLC. (2018). الذرات والمدارات الذرية. تم الاسترجاع من: sparknotes.com
- كيمياء نقية. (سادس). التكوين الإلكترونية. تم الاسترجاع من: es-puraquimica.weebly.com
- ويتن ، ديفيس ، بيك وستانلي. (2008). كيمياء. (الطبعة الثامنة). سينجاج ليرنينج.
- مورينو ر.إسبارزا. (2009). دورة كيمياء التنسيق: الحقول والمدارات.. تم الاسترجاع من: depa.fquim.unam.mx
- رجفة وأتكينز. (2008). الكيمياء غير العضوية. (طبعة رابعة). ماك جراو هيل.