परमाणु कक्षक क्या होते हैं?

2024 लेखक: Angel Austin | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-17 05:27

रसायन विज्ञान और भौतिकी में, परमाणु ऑर्बिटल्स एक फ़ंक्शन है जिसे तरंग फ़ंक्शन कहा जाता है जो एक परमाणु नाभिक या नाभिक की प्रणाली के आसपास के क्षेत्र में दो से अधिक इलेक्ट्रॉनों की विशेषता का वर्णन करता है, जैसा कि एक अणु में होता है। एक कक्षीय को अक्सर एक त्रि-आयामी क्षेत्र के रूप में दर्शाया जाता है जिसके भीतर एक इलेक्ट्रॉन को खोजने की 95 प्रतिशत संभावना होती है।

कक्षाएं और कक्षाएँ

जब कोई ग्रह सूर्य के चारों ओर चक्कर लगाता है, तो वह एक पथ का पता लगाता है जिसे कक्षा कहा जाता है। इसी तरह, एक परमाणु को नाभिक के चारों ओर कक्षाओं में चक्कर लगाने वाले इलेक्ट्रॉनों के रूप में दर्शाया जा सकता है। वास्तव में, चीजें अलग हैं, और इलेक्ट्रॉन अंतरिक्ष के क्षेत्रों में हैं जिन्हें परमाणु कक्षा के रूप में जाना जाता है। श्रोडिंगर तरंग समीकरण की गणना करने के लिए रसायन विज्ञान परमाणु के सरलीकृत मॉडल से संतुष्ट है और तदनुसार, इलेक्ट्रॉन की संभावित अवस्थाओं का निर्धारण करता है।

ऑर्बिट्स और ऑर्बिटल्स एक जैसे लगते हैं, लेकिन उनके पूरी तरह से अलग अर्थ हैं। उनके बीच के अंतर को समझना बेहद जरूरी है।

कक्षाओं को प्रदर्शित करना असंभव

किसी चीज के प्रक्षेपवक्र की साजिश रचने के लिए, आपको यह जानना होगा कि वस्तु कहां हैस्थित है, और यह स्थापित करने में सक्षम है कि यह एक पल में कहाँ होगा। यह एक इलेक्ट्रॉन के लिए असंभव है।

हाइजेनबर्ग अनिश्चितता सिद्धांत के अनुसार, यह जानना असंभव है कि कण इस समय कहां है और बाद में कहां होगा। (वास्तव में, सिद्धांत कहता है कि एक साथ और पूर्ण सटीकता के साथ इसकी गति और गति को निर्धारित करना असंभव है)।

इसलिए, नाभिक के चारों ओर इलेक्ट्रॉन की कक्षा बनाना असंभव है। क्या यह एक बड़ी समस्या है? नहीं। अगर कुछ संभव नहीं है, तो उसे स्वीकार कर लेना चाहिए और उसके आसपास के रास्ते तलाशने चाहिए।

हाइड्रोजन इलेक्ट्रॉन – 1s-कक्षीय

मान लीजिए कि एक हाइड्रोजन परमाणु है और एक निश्चित समय पर एक इलेक्ट्रॉन की स्थिति ग्राफिक रूप से अंकित होती है। इसके तुरंत बाद, प्रक्रिया दोहराई जाती है और पर्यवेक्षक पाता है कि कण एक नई स्थिति में है। वह पहले स्थान से दूसरे स्थान तक कैसे पहुंची यह अज्ञात है।

यदि आप इस तरह से जारी रखते हैं, तो आप धीरे-धीरे एक प्रकार का 3D नक्शा बनाएंगे जहां कण होने की संभावना है।

हाइड्रोजन परमाणु के मामले में, इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर गोलाकार स्थान के भीतर कहीं भी हो सकता है। आरेख इस गोलाकार स्थान का एक अनुप्रस्थ काट दिखाता है।

95% समय (या कोई अन्य प्रतिशत, क्योंकि केवल ब्रह्मांड का आकार ही एक सौ प्रतिशत निश्चितता प्रदान कर सकता है) इलेक्ट्रॉन अंतरिक्ष के काफी आसानी से परिभाषित क्षेत्र के भीतर होगा, जो नाभिक के काफी करीब होगा। ऐसे क्षेत्र को कक्षीय कहा जाता है। परमाणु कक्षक हैंअंतरिक्ष के क्षेत्र जहां एक इलेक्ट्रॉन मौजूद है।

वह वहां क्या कर रहा है? हम नहीं जानते, हम नहीं जान सकते, और इसलिए हम इस समस्या को अनदेखा कर देते हैं! हम केवल इतना ही कह सकते हैं कि यदि कोई इलेक्ट्रॉन किसी विशेष कक्षक में है, तो उसकी एक निश्चित ऊर्जा होगी।

प्रत्येक कक्षक का एक नाम होता है।

हाइड्रोजन इलेक्ट्रॉन द्वारा घेरा गया स्थान 1s-कक्षक कहलाता है। यहाँ इकाई का अर्थ है कि कण नाभिक के सबसे निकट ऊर्जा स्तर पर है। S कक्षा के आकार के बारे में बताता है। एस-ऑर्बिटल्स नाभिक के बारे में गोलाकार रूप से सममित होते हैं - कम से कम इसके केंद्र में एक नाभिक के साथ काफी घने पदार्थ की एक खोखली गेंद की तरह।

2s

अगला कक्षक 2s है। यह 1s के समान है, सिवाय इसके कि इलेक्ट्रॉन का सबसे संभावित स्थान नाभिक से दूर है। यह दूसरे ऊर्जा स्तर का कक्षक है।

यदि आप बारीकी से देखें, तो आप देखेंगे कि नाभिक के करीब थोड़ा अधिक इलेक्ट्रॉन घनत्व का एक और क्षेत्र है ("घनत्व" इस संभावना को इंगित करने का एक और तरीका है कि यह कण एक निश्चित स्थान पर मौजूद है)।

2s इलेक्ट्रॉन (और 3s, 4s, आदि) अपना कुछ समय परमाणु के केंद्र के बहुत करीब बिताते हैं, जितना कि कोई उम्मीद कर सकता है। इसका परिणाम s-कक्षकों में उनकी ऊर्जा में थोड़ी कमी है। इलेक्ट्रॉन नाभिक के जितने करीब आते हैं, उनकी ऊर्जा उतनी ही कम होती जाती है।

3s-, 4s-कक्षक (और इसी तरह) परमाणु के केंद्र से आगे बढ़ रहे हैं।

पी-ऑर्बिटल्स

सभी इलेक्ट्रॉन s कक्षकों में नहीं रहते हैं (वास्तव में, उनमें से बहुत कम हैं)। पहले ऊर्जा स्तर पर, उनके लिए एकमात्र उपलब्ध स्थान 1s है, दूसरे पर 2s और 2p जोड़े जाते हैं।

इस प्रकार के ऑर्बिटल्स 2 एक जैसे गुब्बारों की तरह होते हैं, जो एक दूसरे से कोर में जुड़े होते हैं। आरेख अंतरिक्ष के 3-आयामी क्षेत्र का एक क्रॉस सेक्शन दिखाता है। फिर से, कक्षीय केवल उस क्षेत्र को दिखाता है जिसमें एकल इलेक्ट्रॉन मिलने की 95 प्रतिशत संभावना है।

यदि हम एक क्षैतिज तल की कल्पना करें जो नाभिक से इस प्रकार गुजरता है कि कक्षा का एक भाग तल के ऊपर और दूसरा उसके नीचे होगा, तो इस तल पर इलेक्ट्रॉन मिलने की संभावना शून्य है।. तो एक कण एक भाग से दूसरे भाग में कैसे जाता है यदि वह कभी भी नाभिक के तल से नहीं गुजर सकता है? यह इसकी तरंग प्रकृति के कारण है।

s- के विपरीत, p-ऑर्बिटल की एक निश्चित दिशा होती है।

किसी भी ऊर्जा स्तर पर, आपके पास एक दूसरे से समकोण पर स्थित तीन बिल्कुल समान पी-ऑर्बिटल्स हो सकते हैं। इन्हें प्रतीकों p_x, p_y और p_z द्वारा मनमाने ढंग से निरूपित किया जाता है। यह सुविधा के लिए स्वीकार किया जाता है - एक्स, वाई या जेड दिशाओं का क्या मतलब है लगातार बदल रहा है, क्योंकि परमाणु अंतरिक्ष में बेतरतीब ढंग से चलता है।

दूसरे ऊर्जा स्तर पर पी-ऑर्बिटल्स को 2p_x, 2p_y और 2p_{z कहा जाता है. इसके बाद वाले कक्षकों में समान कक्षक होते हैं - 3पी}x_{, 3पी}y_{, 3पी}z_{, 4पीx}, 4p_y,4p_z वगैरह।

पहले वाले को छोड़कर सभी स्तरों में पी-ऑर्बिटल्स होते हैं। उच्च स्तरों पर, "पंखुड़ियों" अधिक लम्बी होती हैं, जिनमें इलेक्ट्रॉन के नाभिक से अधिक दूरी पर होने की सबसे अधिक संभावना होती है।

d- और f-ऑर्बिटल्स

एस और पी ऑर्बिटल्स के अलावा, उच्च ऊर्जा स्तरों पर इलेक्ट्रॉनों के लिए ऑर्बिटल्स के दो अन्य सेट उपलब्ध हैं। तीसरे पर, पाँच डी-ऑर्बिटल्स (जटिल आकृतियों और नामों के साथ), साथ ही 3s- और 3p-ऑर्बिटल्स (3p_x, 3p_{y) हो सकते हैं।, 3पी}जेड_{)। यहाँ कुल 9 हैं।}

चौथे पर, 4s और 4p और 4d के साथ, 7 अतिरिक्त f-ऑर्बिटल्स दिखाई देते हैं - कुल 16, सभी उच्च ऊर्जा स्तरों पर भी उपलब्ध हैं।

कक्षाओं में इलेक्ट्रॉनों का स्थान

एक परमाणु को एक बहुत ही फैंसी घर (एक उल्टे पिरामिड की तरह) के रूप में माना जा सकता है, जिसमें भूतल पर एक नाभिक रहता है और ऊपरी मंजिलों पर विभिन्न कमरों में इलेक्ट्रॉनों का कब्जा होता है:

• पहली मंजिल (1s) पर केवल 1 कमरा है;
• दूसरे कमरे में पहले से ही 4 (2s, 2p_x, 2p_y और 2p_{z हैं।);}
• तीसरी मंजिल पर 9 कमरे हैं (एक 3s, तीन 3p और पाँच 3d ऑर्बिटल्स) इत्यादि।

लेकिन कमरे बहुत बड़े नहीं हैं। उनमें से प्रत्येक में केवल 2 इलेक्ट्रॉन हो सकते हैं।

परमाणु कक्षाओं को दिखाने का एक सुविधाजनक तरीका है कि ये कण "क्वांटम कोशिकाओं" को आकर्षित करते हैं।

क्वांटम सेल

परमाणुऑर्बिटल्स को वर्गों के रूप में दर्शाया जा सकता है, जिसमें इलेक्ट्रॉनों को तीर के रूप में दिखाया गया है। अक्सर, ऊपर और नीचे तीरों का उपयोग यह दिखाने के लिए किया जाता है कि ये कण अलग हैं।

एक परमाणु में विभिन्न इलेक्ट्रॉनों की आवश्यकता क्वांटम सिद्धांत का परिणाम है। यदि वे अलग-अलग कक्षा में हैं, तो ठीक है, लेकिन यदि वे एक ही कक्षा में हैं, तो उनके बीच कुछ सूक्ष्म अंतर होना चाहिए। क्वांटम सिद्धांत कणों को "स्पिन" नामक संपत्ति के साथ संपन्न करता है, जो कि तीरों की दिशा को संदर्भित करता है।

दो इलेक्ट्रॉनों के साथ

1s कक्षीय को एक वर्ग के रूप में दिखाया गया है जिसमें दो तीर ऊपर और नीचे इंगित करते हैं, लेकिन इसे 1s² के रूप में और भी तेज़ लिखा जा सकता है। यह "वन एस टू" पढ़ता है, न कि "वन एस स्क्वायर"। इन नोटेशन में संख्याओं को भ्रमित नहीं किया जाना चाहिए। पहला ऊर्जा स्तर है, और दूसरा प्रति कक्षीय कणों की संख्या है।

संकरण

रसायन विज्ञान में, संकरण परमाणु ऑर्बिटल्स को नए हाइब्रिड ऑर्बिटल्स में मिलाने की अवधारणा है जो रासायनिक बॉन्ड बनाने के लिए इलेक्ट्रॉनों को जोड़ने में सक्षम है। Sp संकरण एल्काइन्स जैसे यौगिकों के रासायनिक बंधों की व्याख्या करता है। इस मॉडल में, 2s और 2p कार्बन परमाणु ऑर्बिटल्स मिलकर दो sp ऑर्बिटल्स बनाते हैं। एसिटिलीन C₂H₂ में दो कार्बन परमाणुओं का एक sp-sp उलझाव होता है, जिसमें σ-बंध और दो अतिरिक्त -बंध बनते हैं।

संतृप्त हाइड्रोकार्बन में कार्बन के परमाणु कक्षक होते हैंसमरूप संकर sp³-कक्षकों का आकार डम्बल के आकार का होता है, जिसका एक भाग दूसरे से बहुत बड़ा होता है।

Sp²-संकरण पिछले वाले के समान है और एक s और दो p-कक्षकों को मिलाकर बनता है। उदाहरण के लिए, एथिलीन अणु में तीन sp²- और एक p-कक्षक बनते हैं।

परमाणु कक्षक: भरने का सिद्धांत

रासायनिक तत्वों की आवर्त सारणी में एक परमाणु से दूसरे परमाणु में संक्रमण की कल्पना करके, अगली उपलब्ध कक्षा में एक अतिरिक्त कण रखकर अगले परमाणु की इलेक्ट्रॉनिक संरचना स्थापित की जा सकती है।

इलेक्ट्रॉन, उच्च ऊर्जा स्तरों को भरने से पहले, नाभिक के करीब स्थित निचले स्तर पर कब्जा कर लेते हैं। जहां विकल्प होता है, वे अलग-अलग कक्षकों को भरते हैं।

भरने के इस क्रम को हुंड का नियम कहते हैं। यह केवल तभी लागू होता है जब परमाणु कक्षाओं में समान ऊर्जा होती है, और यह इलेक्ट्रॉनों के बीच प्रतिकर्षण को कम करने में भी मदद करता है, जिससे परमाणु अधिक स्थिर हो जाता है।

ध्यान दें कि s-कक्षीय में हमेशा समान ऊर्जा स्तर पर p कक्षीय की तुलना में थोड़ी कम ऊर्जा होती है, इसलिए पहले वाला हमेशा बाद वाले से पहले भरता है।

3डी ऑर्बिटल्स की स्थिति वास्तव में अजीब है। वे 4s की तुलना में उच्च स्तर पर हैं, और इसलिए 4s कक्षक पहले भरते हैं, उसके बाद सभी 3d और 4p कक्षक भरते हैं।

उच्च स्तर पर वही भ्रम होता है जिसके बीच में अधिक बुनाई होती है। इसलिए, उदाहरण के लिए, 4f परमाणु कक्षक तब तक नहीं भरे जाते जब तक कि पर सभी स्थान न आ जाएं6एस.

भरने के क्रम को जानना इलेक्ट्रॉनिक संरचनाओं का वर्णन करने के तरीके को समझने के लिए केंद्रीय है।