7.13:

Atomik Orbitallerin Enerjileri

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
The Energies of Atomic Orbitals

22,704 Views

03:21 min
September 03, 2020

Bir atomda, negatif yüklü elektronlar, pozitif yüklü çekirdeğe çekilir. Bir multielektron atomunda, elektron-elektron itmeleri de gözlenir. Çekici ve itici kuvvetler, parçacıklar arasındaki mesafenin yanı sıra ayrı parçacıklar üzerindeki yüklerin işareti ve büyüklüğüne bağlıdır. Parçacıkların üzerindeki yükler zıt olduğunda birbirlerini çekerler. Her iki parçacık da aynı yüke sahipse, birbirlerini iterler.

Yüklerin büyüklüğü arttıkça kuvvetin büyüklüğü de artar. Ancak yüklerin ayrışması fazla olduğunda kuvvetler azalır. Bu nedenle, bir elektron ile çekirdeği arasındaki çekim kuvveti, aralarındaki mesafeyle doğru orantılıdır. Elektron çekirdeğe daha yakınsa çekirdeğe daha sıkı bağlanır; bu nedenle, farklı kabuklardaki (farklı mesafelerde) elektronların farklı enerjileri vardır.

Birden fazla enerji seviyesine sahip atomlar için, iç elektronlar, elektron-elektron itmeleri nedeniyle dış elektronları çekirdeğin çekmesinden kısmen korur. Çekirdek elektronlar elektronları dış kabuklarda korurken, aynı değerlik kabuğundaki elektronlar birbirlerinin deneyimlediği nükleer çekimi etkili bir şekilde engellemez. Bu, etkin nükleer yük kavramı Zeff ile açıklanabilir. Bu, herhangi bir elektron-elektron itmesi hesaba katılarak çekirdeğin belirli bir elektrona uyguladığı çekmedir. Hidrojen için yalnızca bir elektron vardır ve bu nedenle nükleer yük (Z) ve etkin nükleer yük (Zeff) eşittir. Diğer tüm atomlar için, iç elektronlar, dış elektronları çekirdeğin çekmesinden kısmen korur ve böylece:

Eq1

Orbital penetrasyonu, bir elektronun çekirdeğe daha yakın olma yeteneğini tanımlar. s-orbitalindeki elektronlar çekirdeğe yaklaşabilir ve daha fazla penetrasyon etme kabiliyetine sahip olabilirler. Küresel bir s-orbital için olasılık yoğunluğu çekirdekte sıfır değildir.  Farklı alt kabukların farklı uzamsal yönelimleri vardır. Dambıl şeklindeki yörünge nedeniyle, p-elektron çok daha az penetre eder. Dalga işlevi, elektron bulma olasılığının sıfır olduğu çekirdekten geçen bir düğüme sahiptir. Böylece, s orbital elektronu çekirdeğe daha sıkı bağlanır ve p-elektrondan daha düşük enerjiye sahiptir. Bir d-elektron, p orbital elektrondan daha düşük penetrasyona ve daha yüksek enerjiye sahiptir.

Çeşitli kabuklar ve alt kabuklar için, bir elektronun penetrasyon gücü eğilimi aşağıdaki gibi gösterilebilir

Eq2

Koruma ve penetrasyonun etkisi büyüktür ve 4s elektronu 3d elektrondan daha düşük enerjiye sahip olabilir.

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Section 6.4: Electronic Structure of Atoms (Electron Configurations).