การกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์ zn2 โครงสร้างของสารประกอบเชิงซ้อน ทฤษฎีการโคจรของโมเลกุล
ความสำเร็จที่สำคัญที่สุดของ TCT คือคำอธิบายที่ดีถึงเหตุผลของสีเฉพาะของสารประกอบเชิงซ้อน ก่อนที่เราจะพยายามอธิบายสาเหตุของการปรากฏตัวของสีในสารประกอบเชิงซ้อน โปรดจำไว้ว่าแสงที่มองเห็นนั้นเป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งมีความยาวคลื่นอยู่ในช่วง 400 ถึง 700 นาโนเมตร พลังงานของการแผ่รังสีนี้แปรผกผันกับความยาวคลื่น:
E = h×n = h×c/ลิตร
พลังงาน 162 193 206 214 244 278 300
E, กิโลจูล/โมล
ความยาวคลื่น 760 620 580 560 490 430 400
ปรากฎว่าพลังงานของการแยกระดับ d ด้วยสนามคริสตัลซึ่งแสดงด้วยสัญลักษณ์ D นั้นมีขนาดเท่ากันกับพลังงานของโฟตอนของแสงที่มองเห็นได้ ดังนั้นสารประกอบเชิงซ้อนของโลหะทรานซิชันสามารถดูดซับแสงในบริเวณที่มองเห็นได้ของสเปกตรัม โฟตอนที่ถูกดูดซับจะกระตุ้นอิเล็กตรอนจากระดับพลังงานต่ำของ d-orbitals ไปยังระดับที่สูงขึ้น ให้เราอธิบายสิ่งนี้โดยใช้ตัวอย่าง 3+ ไทเทเนียม (III) มีอิเล็กตรอนเพียง 1 ดีอิเล็กตรอน สารเชิงซ้อนมีพีคการดูดกลืนแสงเพียงจุดเดียวในบริเวณที่มองเห็นได้ของสเปกตรัม ความเข้มสูงสุด 510 นาโนเมตร แสงที่ความยาวคลื่นนี้ทำให้ d อิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากระดับพลังงานต่ำของ d ออร์บิทัลไปยังระดับพลังงานด้านบน จากการดูดซับรังสีโมเลกุลของสารที่ถูกดูดซับจะผ่านจากสถานะพื้นดินด้วยพลังงานขั้นต่ำ E 1 ไปยังสถานะพลังงานที่สูงกว่า E 2 พลังงานกระตุ้นจะถูกกระจายไปตามระดับพลังงานการสั่นสะเทือนส่วนบุคคลของโมเลกุล และเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อน การเปลี่ยนผ่านทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เกิดจากการดูดซับควอนตัมพลังงานแสงที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัดนั้นมีลักษณะพิเศษคือการมีแถบการดูดกลืนแสงที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด นอกจากนี้ การดูดกลืนแสงจะเกิดขึ้นเฉพาะในกรณีที่พลังงานของควอนตัมที่ถูกดูดซับเกิดขึ้นพร้อมกับความแตกต่างของพลังงาน DE ระหว่างระดับพลังงานควอนตัมในสถานะสุดท้ายและสถานะเริ่มต้นของโมเลกุลที่ดูดซับ:
DE = จ 2 – จ 1 = h×n = h×c/ลิตร
โดยที่ h คือค่าคงที่ของพลังค์ n คือความถี่ของรังสีที่ถูกดูดกลืน c คือความเร็วแสง l คือความยาวคลื่นของแสงที่ถูกดูดกลืน
เมื่อตัวอย่างของสสารถูกทำให้สว่างด้วยแสง รังสีที่สะท้อนจากสีทั้งหมดที่ตัวอย่างไม่ถูกดูดซับจะเข้าสู่ดวงตาของเรา หากตัวอย่างดูดซับแสงทุกความยาวคลื่น รังสีจะไม่สะท้อนจากตัวอย่างนั้น และวัตถุดังกล่าวจะปรากฏเป็นสีดำสำหรับเรา หากตัวอย่างไม่ดูดซับแสงเลย เราจะเห็นว่าตัวอย่างนั้นเป็นสีขาวหรือไม่มีสี หากตัวอย่างดูดซับรังสีทั้งหมดยกเว้นสีส้ม ตัวอย่างนั้นจะปรากฏเป็นสีส้ม อีกทางเลือกหนึ่งที่เป็นไปได้ - ตัวอย่างอาจปรากฏเป็นสีส้มแม้ว่ารังสีทุกสีจะเข้าตาเราก็ตาม ยกเว้นสีน้ำเงิน ในทางกลับกัน หากตัวอย่างดูดซับเฉพาะรังสีสีส้ม ตัวอย่างจะปรากฏเป็นสีน้ำเงิน สีน้ำเงินและสีส้มเรียกว่าสีคู่กัน
ลำดับของสีสเปกตรัม: ถึง ทั้งหมด โอนักล่า และต้องการ ชม.ไม่นะ ชเดอ กับไป ฉอะธาน - ถึงสีแดง, โอพิสัย, และสีเหลือง, ชม.สีเขียว ,จีสีฟ้า, กับสีฟ้า ,ฉสีม่วง
สำหรับ Aqua Complex 3+ ค่าตัวเลขของ D calc = 163 kJ/mol สอดคล้องกับขีดจำกัดของการแผ่รังสีสีแดงที่มองเห็นได้ ดังนั้นสารละลายที่เป็นน้ำของเกลือ Fe 3+ จึงแทบไม่มีสี Hexacyanoferrate (III) มี D dist = 418 kJ/mol ซึ่งสอดคล้องกับการดูดกลืนแสงในส่วนสีน้ำเงิน-ม่วงของสเปกตรัมและการสะท้อนในสีเหลือง-ส้ม สารละลายที่มีไอออนเฮกซาไซยาโนเฟอร์เรต (III) จะเป็นสีเหลืองและมีโทนสีส้ม ค่าดี 3+ มีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับ 3- ซึ่งสะท้อนถึงพลังงานการจับยึดที่ไม่สูงมากของ Fe 3+ -OH 2 พลังงานความแตกแยกที่สูงของ 3- บ่งชี้ว่าพลังงานการจับยึดของ Fe 3+ -CN นั้นมากกว่า ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีพลังงานมากขึ้นในการกำจัด CN จากข้อมูลการทดลองเป็นที่ทราบกันว่าโมเลกุล H 2 O ในทรงกลมประสานงาน 3+ มีอายุเฉลี่ยประมาณ 10 -2 วินาที และคอมเพล็กซ์ 3 จะแยก CN - ลิแกนด์ออกช้ามาก
ลองดูตัวอย่างต่างๆ ที่ช่วยให้เราสามารถแก้ไขปัญหาโดยใช้ TCP ได้
ตัวอย่าง:ไอออนเชิงซ้อนของทรานส์+ดูดซับแสงส่วนใหญ่ในพื้นที่สีแดงของสเปกตรัม - 640 นาโนเมตร คอมเพล็กซ์นี้มีสีอะไร?
สารละลาย: เนื่องจากคอมเพล็กซ์ที่เป็นปัญหาดูดซับแสงสีแดง สีของมันจึงควรเป็นสีเขียวซึ่งประกอบกับสีแดง
ตัวอย่าง:ไอออน A1 3+, Zn 2+ และ Co 2+ อยู่ในสภาพแวดล้อมแปดด้านของลิแกนด์ ไอออนใดต่อไปนี้สามารถดูดซับแสงที่มองเห็นได้ และเป็นผลให้ปรากฏเป็นสีสำหรับเรา
สารละลาย: ไอออน A1 3+ มีการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์เป็น เนื่องจากไม่มีอิเล็กตรอน d ภายนอก จึงไม่มีสี ไอออน Zn 2+ มีการกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์ - 3d 10 ในกรณีนี้ d-orbitals ทั้งหมดจะเต็มไปด้วยอิเล็กตรอน ออร์บิทัล d x 2– y2 และ d x 2 ไม่สามารถรับอิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นจากระดับพลังงานที่ต่ำกว่าของออร์บิทัล d xy , d yz , d xz ดังนั้นคอมเพล็กซ์ Zn 2+ จึงไม่มีสีเช่นกัน ไอออน Co 2+ มีการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ - d 7 ในกรณีนี้ มีความเป็นไปได้ที่จะย้ายดีอิเล็กตรอนหนึ่งตัวจากระดับพลังงานต่ำกว่าของออร์บิทัล d xy, d yz, d xz ไปยังระดับพลังงานด้านบนของออร์บิทัล d x 2– y2 และ d x 2 ดังนั้นคอมเพล็กซ์ไอออน Co 2+ จึงมีสี
ตัวอย่าง:จะอธิบายได้อย่างไรว่าทำไมสีของคอมเพล็กซ์ไดแมกเนติก 3+, 3+, 3– จึงเป็นสีส้มในขณะที่สีของคอมเพล็กซ์พาราแมกเนติก 3–, 0 จึงเป็นสีน้ำเงิน
สารละลาย: สีส้มของคอมเพล็กซ์บ่งบอกถึงการดูดซับในส่วนสีน้ำเงินม่วงของสเปกตรัมเช่น ในบริเวณความยาวคลื่นสั้น ดังนั้นการแยกสำหรับคอมเพล็กซ์เหล่านี้จึงมีค่ามาก ซึ่งทำให้แน่ใจว่าพวกมันอยู่ในคอมเพล็กซ์ที่หมุนต่ำ (D>P) การจับคู่อิเล็กตรอน (รูปแบบ d 6, อิเล็กตรอนทั้ง 6 ตัวในระดับย่อย t 2g) เกิดจากการที่ลิแกนด์ NH 3 , en, NO 2 - อยู่ทางด้านขวาของซีรีย์สเปกโตรเคมี ดังนั้นเมื่อซับซ้อนพวกมันจะสร้างสนามที่แข็งแกร่ง การระบายสีกลุ่มที่สองของคอมเพล็กซ์สีน้ำเงินหมายความว่าพวกมันดูดซับพลังงานสีเหลืองแดงเช่น ส่วนคลื่นยาวของสเปกตรัม เนื่องจากความยาวคลื่นที่สารเชิงซ้อนดูดซับแสงจะเป็นตัวกำหนดปริมาณการแยก เราจึงสามารถพูดได้ว่าค่าของ D ในกรณีนี้ค่อนข้างน้อย (D<Р). Это и понятно: лиганды F – и H 2 O находятся в левой части спектрохимического ряда и образуют слабое поле. Поэтому энергии расщепления D в данном случае недостаточно для спаривания электронов кобальта (III) и электронная конфигурация в этом случае - t 4 2g ,е 2 g , а не t 6 2g e 0 g .
ตัวอย่าง:ใช้ทฤษฎีสนามคริสตัล อธิบายว่าทำไมไอออนเชิงซ้อนจึงไม่มีสีในสารละลายที่เป็นน้ำ และ 2 จึงมีสีเขียว
สารละลาย : ซับซ้อน - เกิดขึ้นจากทองแดงไอออนบวก Cu + ด้วยการกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์ 3d 10 4s 0, d-orbitals ทั้งหมดถูกเติมเต็ม, การถ่ายโอนอิเล็กตรอนเป็นไปไม่ได้ดังนั้นสารละลายจึงไม่มีสี คอมเพล็กซ์ 2- ถูกสร้างขึ้นโดยไอออนบวก Cu 2+ ซึ่งมีการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์เป็น 3d 9 4s 0 ดังนั้นจึงมีตำแหน่งว่างที่ระดับย่อย d– การเปลี่ยนผ่านของอิเล็กตรอนหลังจากการดูดกลืนแสงที่ระดับย่อย d จะกำหนดสีของสารเชิงซ้อน สารประกอบเชิงซ้อนของคอปเปอร์ (C) มีสีน้ำเงินในสารละลายที่เป็นน้ำ การนำไอออนคลอไรด์เข้าไปในทรงกลมด้านในของสารประกอบเชิงซ้อนทำให้เกิดการก่อตัวของสารเชิงซ้อนลิแกนด์ผสม ซึ่งทำให้สารละลายเปลี่ยนสีเป็นสีเขียว
ตัวอย่าง: โดยใช้วิธีการพันธะวาเลนซ์โดยคำนึงถึงทฤษฎีสนามคริสตัล กำหนดประเภทของการผสมข้ามพันธุ์ของอะตอมกลาง และทำนายรูปทรงเรขาคณิตของสารเชิงซ้อน:
- + -
สารละลาย: ให้เราเลือกสารประกอบเชิงซ้อนที่ระบุซึ่งเกิดจาก E + เหล่านี้คือ:
+ - 3-
- + .
พันธะเคมีในสารเชิงซ้อนเหล่านี้เกิดขึ้นจากกลไกของผู้บริจาค-ผู้รับ ผู้บริจาคอิเล็กตรอนคือลิแกนด์: โมเลกุลแอมโมเนียและไซยาไนด์ไอออน (ลิแกนด์โมโนเดนเตต) และไอออนไทโอซัลเฟต (ลิแกนด์ไบเดนเทต) ตัวรับอิเล็กตรอนคือ E + แคตไอออน การกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์ (n-1)d 10 ns 0 np 0 . ในการก่อตัวของพันธะสองตัวที่มีลิแกนด์ monodentate ns- และ np-orbitals ภายนอกมีส่วนร่วมประเภทของการผสมข้ามพันธุ์ของอะตอมกลางคือ sp รูปทรงเรขาคณิตของคอมเพล็กซ์นั้นเป็นเส้นตรงไม่มีอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่ไอออนเป็นแบบไดอะแมกเนติก . เมื่อพันธบัตรผู้บริจาคและผู้รับสี่รายถูกสร้างขึ้นด้วยลิแกนด์ไบเดนเทต s-orbital หนึ่งตัวและ p-orbitals สามอะตอมของอะตอมกลางมีส่วนร่วมใน MBC ประเภทของการผสมพันธุ์คือ sp 3 รูปทรงเรขาคณิตของคอมเพล็กซ์คือจัตุรมุข ไม่มีอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่
คอมเพล็กซ์กลุ่มที่สอง:
- - - 3+
เกิดขึ้นจากไอออนทองคำ (III) ซึ่งมีการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์คือ 5d 8 6s 0 ลิแกนด์ที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของสารเชิงซ้อนสามารถแบ่งตามชุดลิแกนด์สเปกโตรเคมีออกเป็นไอออนอ่อน: ไอออนคลอไรด์และโบรไมด์ และไอออนแรง: แอมโมเนียและไซยาไนด์ไอออน ตามกฎของฮุนด์ มีอิเล็กตรอนสองตัวที่ไม่จับคู่อยู่ในออร์บิทัล 5d และพวกมันจะยังคงอยู่ระหว่างการก่อตัวของพันธะระหว่างผู้บริจาคและผู้รับกับลิแกนด์สนามอ่อน ในการสร้างพันธะ ไอออนบวกของทองคำจะมีออร์บิทัล 6s หนึ่งอันและออร์บิทัล 6p สามอัน ประเภทของการผสมข้ามพันธุ์ของอะตอมกลาง sp 3 โครงสร้างเชิงพื้นที่ของไอออนเชิงซ้อนคือจัตุรมุข มีอิเล็กตรอนสองตัวที่ไม่มีการจับคู่ สารเชิงซ้อนเป็นแบบพาราแมกเนติก
ภายใต้อิทธิพลของลิแกนด์สนามแรง อิเล็กตรอนของไอออนทองคำ (III) จะถูกจับคู่กับการปล่อยออร์บิทัล 5d หนึ่งวง 5d- หนึ่งวง, 6s- หนึ่งวง และวงโคจร 6p สองวงของอะตอมกลางมีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะผู้บริจาค-ผู้รับสี่พันธะ การผสมพันธุ์ประเภท dsp 2 ซึ่งส่งผลให้โครงสร้างสี่เหลี่ยมจัตุรัสระนาบของไอออนเชิงซ้อน ไม่มีอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่ สารเชิงซ้อนเป็นแบบไดแม่เหล็ก
สีของสารละลายของสารเชิงซ้อนนั้นขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ โครงสร้าง และถูกกำหนดโดยความยาวคลื่น l สูงสุด ซึ่งสอดคล้องกับค่าสูงสุดของแถบการดูดกลืนแสง ความเข้มของแถบ ซึ่งขึ้นอยู่กับว่าห้ามการเปลี่ยนผ่านทางอิเล็กทรอนิกส์ที่สอดคล้องกันทางเคมีควอนตัมหรือไม่ และการเบลอของแถบดูดกลืนแสงซึ่งขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์จำนวนหนึ่ง เช่น โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของสารเชิงซ้อน ความเข้มของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนในระบบ ระดับความบิดเบี้ยวของรูปทรงเรขาคณิตปกติของรูปทรงหลายเหลี่ยมที่มีการประสานงาน เป็นต้น
ทฤษฎีวิธีเวเลนซ์บอนด์
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 0 3d 6 4p 0 4d 0
ตาม กฎของฮุนด์อิเล็กตรอนในระดับพลังงานภายนอกจะถูกจัดเรียงดังนี้
ตัวแทนเชิงซ้อนมีหมายเลขประสานงานของc.n. = 6 จึงสามารถแนบลิแกนด์ได้ 6 ตัว ซึ่งแต่ละลิแกนด์มีคู่อิเล็กตรอนตัวเดียว จึงเป็นผู้บริจาคอิเล็กตรอน ตัวรับ (สารก่อให้เกิดสารเชิงซ้อน) จะต้องจัดเตรียมออร์บิทัลว่าง 6 อันเพื่อรองรับคู่อิเล็กตรอน 6 คู่ เมื่อไอออนเชิงซ้อน 3+ เกิดขึ้น อิเล็กตรอน 4 ตัวที่ไม่ได้รับการจับคู่ในสถานะ d – ของ Co 3+ จะก่อตัวเป็นคู่อิเล็กตรอนคู่แรก ซึ่งส่งผลให้ออร์บิทัล 3 มิติ 2 ตัวถูกปล่อยออกมา:
จากนั้นจะเกิดไอออนเชิงซ้อน 3+ โดยมีโครงสร้างดังต่อไปนี้:
วงโคจร 3 มิติด้านในและวงโคจร 4 วินาทีและ 4p ด้านนอกมีส่วนร่วมในการก่อตัวของไอออนเชิงซ้อนนี้ ประเภทของการผสมพันธุ์ - ง 2 เอสพี 3 .
การมีอยู่ของอิเล็กตรอนคู่เดียวบ่งบอกถึงคุณสมบัติไดแม่เหล็กของไอออน
ทฤษฎีสนามคริสตัล
ทฤษฎีสนามคริสตัลขึ้นอยู่กับสมมติฐานที่ว่าการเชื่อมต่อระหว่างสารก่อให้เกิดสารเชิงซ้อนกับลิแกนด์เป็นเพียงบางส่วน อย่างไรก็ตาม คำนึงถึงอิทธิพลของสนามไฟฟ้าสถิตของลิแกนด์ต่อสถานะพลังงานของอิเล็กตรอนของไอออนกลางด้วย
ลองพิจารณาเกลือเชิงซ้อนสองตัว: K 2 และ K 3 .
K 2 – มีโครงสร้างเชิงพื้นที่จัตุรมุข ( เอสพี 3 - การผสมพันธุ์)
K 3 – มีโครงสร้างเชิงพื้นที่แปดด้าน ( เอสพี 3 ง 2 -การผสมพันธุ์)
สารเชิงซ้อนมีดังต่อไปนี้ การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์:
d – อิเล็กตรอนที่มีระดับพลังงานเท่ากันจะเท่ากันในกรณีของอะตอมหรือไอออนอิสระ แต่การกระทำของสนามไฟฟ้าสถิตของลิแกนด์มีส่วนทำให้ระดับพลังงานของ d-orbitals ในไอออนกลางแตกตัว และยิ่งสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยลิแกนด์แข็งแกร่งเท่าไร การแยกตัวก็จะยิ่งมากขึ้น (สำหรับสารก่อให้เกิดสารเชิงซ้อนเดียวกัน) ตามความสามารถในการทำให้เกิดการแตกตัวของระดับพลังงาน ลิแกนด์จะถูกจัดเรียงเป็นแถว:
CN — > NO 2 — > NH 3 > SCN — > H 2 O > OH — > F — > Cl — > Br — > I —
โครงสร้างของไอออนเชิงซ้อนส่งผลต่อธรรมชาติของการแยกระดับพลังงานของสารก่อให้เกิดสารเชิงซ้อน
ที่ โครงสร้างแปดด้านไอออนเชิงซ้อน d γ -orbitals (d z 2 -, d x 2 - y 2 -orbitals) ขึ้นอยู่กับ ปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงของสนามลิแกนด์และอิเล็กตรอนของออร์บิทัลเหล่านี้สามารถมีพลังงานสูงกว่าอิเล็กตรอนของ d ε -ออร์บิทัล (d xy, d xz, d yz - ออร์บิทัล)
การแบ่งระดับพลังงานของอิเล็กตรอนในสถานะ d ในสนามรูปแปดด้านของลิแกนด์สามารถแสดงได้ใน รูปแบบไดอะแกรม:
โดยที่ Δ ต.ค. คือพลังงานที่แยกออกในสนามรูปแปดด้านของลิแกนด์
ด้วยโครงสร้างทรงสี่หน้าของไอออนเชิงซ้อน d γ ออร์บิทัลมีพลังงานต่ำกว่า d ε ออร์บิทัล:
โดยที่ Δ tetr คือพลังงานของการแยกตัวในสนามทรงสี่หน้าของลิแกนด์
การแยกพลังงาน ∆กำหนดโดยการทดลองจากสเปกตรัมการดูดกลืนแสงของควอนตัมแสงด้วยสสาร ซึ่งมีพลังงานเท่ากับพลังงานของการเปลี่ยนผ่านทางอิเล็กทรอนิกส์ที่สอดคล้องกัน สเปกตรัมการดูดกลืนแสง เช่นเดียวกับสีของสารประกอบเชิงซ้อนขององค์ประกอบ d เกิดจากการเปลี่ยนผ่านของอิเล็กตรอนจาก d-orbital ที่มีพลังงานต่ำไปเป็น d-orbital ที่มีพลังงานสูงกว่า
ดังนั้น ในกรณีของเกลือ K 3 เมื่อดูดซับควอนตัมแสง การเปลี่ยนแปลงของอิเล็กตรอนจากวงโคจร d ε ไปเป็นวงโคจร d γ ก็เป็นไปได้ นี่อธิบายว่าเกลือนี้มีสีส้มแดง และเกลือ K2 ไม่สามารถดูดซับแสงได้ ส่งผลให้ไม่มีสี สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าการเปลี่ยนอิเล็กตรอนจากวงโคจร d γ ไปเป็นวงโคจร d ε นั้นไม่สามารถทำได้
ทฤษฎีการโคจรของโมเลกุล
วิธีมิสซูรีได้ถูกกล่าวถึงก่อนหน้านี้ในส่วน
เมื่อใช้วิธีนี้ เราจะอธิบายการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของไอออนเชิงซ้อนสปินสูง 2+
การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของไอออน Ni 2+:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 0 3d 8 4p 0 4d 0 หรือ …4s 0 3d 8 4p 0 4d 0
ในไอออนเชิงซ้อน 2+ มีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะเคมี 8 อิเล็กตรอนไอออน Ni 2+ ส่วนกลางและอิเล็กตรอน 12 ตัวของลิแกนด์ NH 3 หกตัว
ผิวมันมี โครงสร้างแปดด้าน. การก่อตัวของ MOs จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อพลังงานของอนุภาคที่มีปฏิกิริยาเริ่มต้นนั้นใกล้เคียงกับค่าของมันและยังมุ่งเน้นไปที่อวกาศด้วย
ในกรณีของเรา วงโคจร 4s ของไอออน Ni 2+เหลื่อมซ้อนกับออร์บิทัลของลิแกนด์ทั้ง 6 ตัวเท่าๆ กัน ด้วยเหตุนี้จึงเกิดวงโคจรของโมเลกุลขึ้น: พันธะ σ s b และแอนติบอดี σ s dis
การทับซ้อนของออร์บิทัล 4p สามอันของสารก่อให้เกิดสารเชิงซ้อนเมื่อออร์บิทัลของลิแกนด์นำไปสู่การก่อตัวของ σp-ออร์บิทัล 6 ตัว: พันธะ σ x, σ y, σ z และแอนติบอดี σ x, σ y, σ z
การทับซ้อนกัน d z 2 และ d x 2 - y 2 ตัวแทนเชิงซ้อนด้วยวงโคจรของลิแกนด์มีส่วนทำให้เกิดวงโคจรโมเลกุลสี่วง: พันธะ σ พันธะ x 2 - y 2 พันธะ σ พันธะ z 2 และแอนติบอดีสองตัว σ แตก x 2 - y 2, σ ตัด z 2
วงโคจร d xy , d xz , d yz ของไอออน Ni 2+ ไม่จับกับวงโคจรของลิแกนด์ เพราะ ไม่ได้มุ่งตรงไปที่พวกเขา ด้วยเหตุนี้ พวกมันจึงไม่มีส่วนร่วมในการสร้างพันธะ σ และเป็นออร์บิทัลที่ไม่มีพันธะ: π xz, π xy, π yz
ทั้งหมด ไอออนเชิงซ้อน 2+ มีออร์บิทัลโมเลกุล 15 วงการจัดเรียงอิเล็กตรอนสามารถอธิบายได้ดังนี้:
(σ s св) 2 (σ х св) 2 (σ y св) 2 (σ z св) 2 (σ св x 2 - y 2) 2 (σ св z 2) 2 (π xz) 2 (π xy) 2 (π yz) 2 (σ ขนาด x 2 - y 2) (σ ขนาด z 2)
การก่อตัวของออร์บิทัลโมเลกุลแสดงไว้ในแผนภาพด้านล่าง:
ลองดูงานที่ 1 จากตัวเลือกการสอบ Unified State สำหรับปี 2559
ภารกิจที่ 1
สูตรอิเล็กทรอนิกส์ของชั้นอิเล็กตรอนชั้นนอก 3s²3p6 สอดคล้องกับโครงสร้างของแต่ละอนุภาคทั้งสอง:
1. Ar° และ K° 2. Cl‾ และ K+ 3. S²‾ และ Na° 4. Cl° และ Ca2+
คำอธิบาย:ในบรรดาตัวเลือกคำตอบ ได้แก่ อะตอมที่อยู่ในสถานะไม่ตื่นเต้นและตื่นเต้น กล่าวคือ โครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของโพแทสเซียมไอออนไม่ตรงกับตำแหน่งในตารางธาตุ พิจารณาตัวเลือก 1 Arº และ Kº มาเขียนการกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์กัน: Arº: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6; K°: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 - การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เหมาะสมสำหรับอาร์กอนเท่านั้น ลองพิจารณาตัวเลือกคำตอบหมายเลข 2 - Cl‾ และ K+ เค+: 1s2 2s2 2p6 3s2 4s0; คลาส: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 เพราะฉะนั้น, คำตอบที่ถูกต้องคือ 2
ภารกิจที่ 2
1. Ca° 2. K+ 3. Cl+ 4. Zn2+
คำอธิบาย:สำหรับเราเขียนการกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์ของอาร์กอน: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 แคลเซียมไม่เหมาะสมเนื่องจากมีอิเล็กตรอนมากกว่า 2 ตัว สำหรับโพแทสเซียม: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s0 คำตอบที่ถูกต้องคือ 2
ภารกิจที่ 3
องค์ประกอบที่มีการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมคือ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 ก่อให้เกิดสารประกอบไฮโดรเจน
1. CH4 2. SiH4 3. H2O 4. H2S
คำอธิบาย:ลองดูที่ตารางธาตุ อะตอมของกำมะถันมีโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์แบบนี้ คำตอบที่ถูกต้องคือ 4
ภารกิจที่ 4
อะตอมของแมกนีเซียมและ
1. แคลเซียม 2. โครเมียม 3. ซิลิคอน 4. อลูมิเนียม
คำอธิบาย:แมกนีเซียมมีการกำหนดค่าระดับพลังงานภายนอก: 3s2 สำหรับแคลเซียม: 4s2 สำหรับโครเมียม: 4s2 3d4 สำหรับซิลิคอน: 3s2 2p2 สำหรับอลูมิเนียม: 3s2 3p1 คำตอบที่ถูกต้องคือ 1.
ภารกิจที่ 5
อะตอมอาร์กอนในสถานะพื้นสอดคล้องกับการจัดเรียงอิเล็กตรอนของอนุภาค:
1. S²‾ 2. Zn2+ 3. Si4+ 4. Se°
คำอธิบาย:การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของอาร์กอนในสถานะกราวด์คือ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 S²‾ มีการกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p(4+2) คำตอบที่ถูกต้องคือ 1.
ภารกิจที่ 6
อะตอมของฟอสฟอรัสและฟอสฟอรัสมีระดับพลังงานภายนอกที่คล้ายคลึงกัน
1. อาร์ 2. อัล 3. Cl 4. น
คำอธิบาย:มาเขียนการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของระดับภายนอกของอะตอมฟอสฟอรัส: 3s2 3p3
สำหรับอะลูมิเนียม: 3s2 3p1;
สำหรับอาร์กอน: 3s2 3p6;
สำหรับคลอรีน: 3s2 3p5;
สำหรับไนโตรเจน: 2s2 2p3
คำตอบที่ถูกต้องคือ 4
ภารกิจที่ 7
การจัดเรียงอิเล็กตรอน 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 สอดคล้องกับอนุภาค
1. S4+ 2. P3- 3. Al3+ 4. O2-
คำอธิบาย:การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์นี้สอดคล้องกับอะตอมอาร์กอนในสถานะพื้น พิจารณาตัวเลือกคำตอบ:
S4+: 1s2 2s2 2p6 3s2 2p0
P3-: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p(3+3)
คำตอบที่ถูกต้องคือ 2
ภารกิจที่ 8
การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ใดที่สอดคล้องกับการกระจายตัวของเวเลนซ์อิเล็กตรอนในอะตอมโครเมียม:
1. 3d2 4s2 2. 3s2 3p4 3. 3d5 4s1 4. 4s2 4p6
คำอธิบาย:มาเขียนการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของโครเมียมในสถานะกราวด์: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5 เวเลนซ์อิเล็กตรอนจะอยู่ในสองระดับย่อยสุดท้ายคือ 4s และ 3d (ในที่นี้อิเล็กตรอนตัวหนึ่งจะกระโดดจากระดับย่อย s ถึง d) คำตอบที่ถูกต้องคือ 3
ภารกิจที่ 9
อะตอมประกอบด้วยอิเล็กตรอนที่ไม่ได้รับการจับคู่สามตัวในระดับอิเล็กทรอนิกส์ภายนอกในสถานะพื้น
1. ไทเทเนียม 2. ซิลิคอน 3. แมกนีเซียม 4. ฟอสฟอรัส
คำอธิบาย:องค์ประกอบนั้นจะต้องอยู่ในหมู่ 5 จึงจะมีอิเล็กตรอนไม่เท่ากัน 3 ตัว เพราะฉะนั้น, คำตอบที่ถูกต้องคือ 4
ภารกิจที่ 10
อะตอมขององค์ประกอบทางเคมีที่มีออกไซด์สูงสุดคือ RO2 มีการกำหนดค่าระดับภายนอก:
1.ns2 np4 2.ns2 np2 3.ns2 4.ns2 np1
คำอธิบาย:องค์ประกอบนี้มีสถานะออกซิเดชัน (ในสารประกอบนี้) เท่ากับ +4 นั่นคือจะต้องมีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 4 ตัวในระดับภายนอก เพราะฉะนั้น, คำตอบที่ถูกต้องคือ 2
(คุณอาจคิดว่าคำตอบที่ถูกต้องคือ 1 แต่อะตอมดังกล่าวจะมีสถานะออกซิเดชันสูงสุดที่ +6 (เนื่องจากมีอิเล็กตรอน 6 ตัวในระดับชั้นนอก) แต่เราต้องการให้ออกไซด์ที่สูงกว่าจึงมีสูตร RO2 และเช่นนั้น ธาตุหนึ่งจะมีออกไซด์ RO3 สูงกว่า)
การมอบหมายงานอิสระ
1. การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 สอดคล้องกับอะตอม
1. อลูมิเนียม 2. ไนโตรเจน 3. คลอรีน 4. ฟลูออรีน
2. อนุภาคมีเปลือกนอกแปดอิเล็กตรอน
1. P3+ 2. Mg2+ 3. Cl5+ 4. Fe2+
3. เลขอะตอมขององค์ประกอบที่มีโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมคือ 1s2 2s2 2p3 เท่ากับ
1. 5 2. 6 3. 7 4. 4
4. จำนวนอิเล็กตรอนในคอปเปอร์ไอออน Cu2+ คือ
1. 64 2. 66 3. 29 4. 27
5. อะตอมของไนโตรเจนและ
1. ซัลเฟอร์ 2. คลอรีน 3. สารหนู 4. แมงกานีส
6. สารประกอบใดประกอบด้วยแคตไอออนและแอนไอออนซึ่งมีโครงสร้างอิเล็กตรอนเป็น 1s2 2s2 2p6 3s3 3p6
1. NaCl 2. NaBr 3. KCl 4. KBr
7. จำนวนอิเล็กตรอนในไอออนเหล็ก Fe2+ คือ
1. 54 2. 28 3. 58 4. 24
8. ไอออนมีโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของก๊าซเฉื่อย
1. Cr2+ 2. S2- 3. Zn2+ 4. N2-
9. อะตอมของฟลูออรีนและฟลูออรีนมีการกำหนดค่าระดับพลังงานภายนอกคล้ายกัน
1. ออกซิเจน 2. ลิเธียม 3. โบรมีน 4. นีออน
10. ธาตุที่มีสูตรอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมคือ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 สอดคล้องกับสารประกอบไฮโดรเจน
1. HCl 2. PH3 3. H2S 4. SiH4
หมายเหตุนี้ใช้งานจากคอลเลกชัน Unified State Exam ปี 2016 ซึ่งแก้ไขโดย A.A. คาเวรินา.
คุณต้องเปิดใช้งาน JavaScript เพื่อเรียกใช้แอพนี้การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมเป็นสูตรแสดงการจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอมตามระดับและระดับย่อย หลังจากศึกษาบทความนี้คุณจะได้เรียนรู้ว่าอิเล็กตรอนอยู่ที่ไหนและอย่างไร ทำความคุ้นเคยกับตัวเลขควอนตัม และสามารถสร้างการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมตามจำนวนของมันได้ ในตอนท้ายของบทความจะมีตารางองค์ประกอบ
ทำไมต้องศึกษาการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ขององค์ประกอบ?
อะตอมเป็นเหมือนชุดก่อสร้าง: มีจำนวนชิ้นส่วนที่แน่นอน พวกมันแตกต่างกัน แต่สองส่วนของประเภทเดียวกันนั้นเหมือนกันทุกประการ แต่ชุดก่อสร้างนี้น่าสนใจกว่าชุดพลาสติกมากและนี่คือเหตุผล การกำหนดค่าจะเปลี่ยนไปขึ้นอยู่กับว่าใครอยู่ใกล้ๆ เช่น ออกซิเจนถัดจากไฮโดรเจน อาจจะกลายเป็นน้ำ เมื่ออยู่ใกล้โซเดียมก็จะกลายเป็นแก๊ส และเมื่ออยู่ใกล้เหล็กก็จะกลายเป็นสนิมโดยสิ้นเชิง เพื่อตอบคำถามว่าทำไมสิ่งนี้จึงเกิดขึ้นและทำนายพฤติกรรมของอะตอมที่อยู่ถัดจากอะตอมอื่น จำเป็นต้องศึกษาการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่าง
อะตอมมีอิเล็กตรอนกี่ตัว?
อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสและอิเล็กตรอนที่หมุนรอบนิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน ในสถานะเป็นกลาง แต่ละอะตอมจะมีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส จำนวนโปรตอนถูกกำหนดโดยเลขอะตอมของธาตุ ตัวอย่างเช่น ซัลเฟอร์มีโปรตอน 16 ตัว ซึ่งเป็นธาตุที่ 16 ของตารางธาตุ ทองคำมีโปรตอน 79 ตัว ซึ่งเป็นธาตุที่ 79 ของตารางธาตุ ดังนั้น ซัลเฟอร์จึงมีอิเล็กตรอน 16 ตัวในสถานะเป็นกลาง และทองคำมีอิเล็กตรอน 79 ตัว
จะหาอิเล็กตรอนได้ที่ไหน?
จากการสังเกตพฤติกรรมของอิเล็กตรอน จะได้รูปแบบบางอย่างขึ้นมา ซึ่งอธิบายด้วยตัวเลขควอนตัม มีทั้งหมด 4 รูปแบบ:
- เลขควอนตัมหลัก
- เลขควอนตัมวงโคจร
- เลขควอนตัมแม่เหล็ก
- หมุนหมายเลขควอนตัม
วงโคจร
นอกจากนี้ แทนที่จะใช้คำว่าวงโคจร เราจะใช้คำว่า "วงโคจร" วงโคจรคือฟังก์ชันคลื่นของอิเล็กตรอน โดยคร่าว ๆ มันคือบริเวณที่อิเล็กตรอนใช้เวลา 90%
เอ็น - ระดับ
L - เปลือก
M l - หมายเลขวงโคจร
M s - อิเล็กตรอนตัวแรกหรือตัวที่สองในวงโคจร
เลขควอนตัมในวงโคจร l
จากการศึกษาเมฆอิเล็กตรอน พวกเขาพบว่าเมฆมีรูปแบบหลักสี่รูปแบบ ขึ้นอยู่กับระดับพลังงาน: ลูกบอล ดัมเบลล์ และอีกสองรูปแบบที่ซับซ้อนกว่า เพื่อที่จะเพิ่มพลังงาน รูปแบบเหล่านี้เรียกว่า s-, p-, d- และ f-shell แต่ละวงสามารถมีออร์บิทัลได้ 1 (บน s), 3 (บน p), 5 (บน d) และ 7 (บน f) ออร์บิทัล เลขควอนตัมของวงโคจรคือเปลือกซึ่งมีวงโคจรอยู่ หมายเลขควอนตัมวงโคจรสำหรับวงโคจร s,p,d และ f จะใช้ค่า 0,1,2 หรือ 3 ตามลำดับ
มีหนึ่งวงโคจรบน s-shell (L=0) - อิเล็กตรอนสองตัว
มีวงโคจรสามวงบน p-shell (L=1) - อิเล็กตรอนหกตัว
มีห้าออร์บิทัลบน d-shell (L=2) - อิเล็กตรอนสิบตัว
f-shell มีวงโคจรเจ็ดวง (L=3) - อิเล็กตรอนสิบสี่ตัว
เลขควอนตัมแม่เหล็ก m l
มีวงโคจรสามวงบน p-shell ซึ่งถูกกำหนดด้วยตัวเลขตั้งแต่ -L ถึง +L นั่นคือสำหรับ p-shell (L=1) จะมีวงโคจร "-1", "0" และ "1" . เลขควอนตัมแม่เหล็กแสดงด้วยตัวอักษร m l
ภายในเปลือก จะง่ายกว่าสำหรับอิเล็กตรอนที่จะอยู่ในออร์บิทัลที่ต่างกัน ดังนั้นอิเล็กตรอนตัวแรกจะเต็มหนึ่งตัวในแต่ละออร์บิทัล จากนั้นอิเล็กตรอนคู่หนึ่งจะถูกเพิ่มเข้าไปในแต่ละออร์บิทัล
พิจารณา d-shell:
d-shell สอดคล้องกับค่า L=2 นั่นคือห้าออร์บิทัล (-2,-1,0,1 และ 2) อิเล็กตรอนห้าตัวแรกเติมเปลือกด้วยค่า M l =-2, M ลิตร =-1, ม.ล. =0 , ม.ล. =1,ม.ล. =2.
หมุนหมายเลขควอนตัม m s
การหมุนคือทิศทางการหมุนของอิเล็กตรอนรอบแกนของมัน มีสองทิศทาง ดังนั้นเลขควอนตัมการหมุนจึงมีสองค่า: +1/2 และ -1/2 ระดับย่อยพลังงานหนึ่งระดับสามารถมีอิเล็กตรอนสองตัวที่มีการหมุนตรงข้ามกันเท่านั้น หมายเลขควอนตัมสปินแสดงเป็น m s
หมายเลขควอนตัมหลัก n
เลขควอนตัมหลักคือระดับพลังงาน ปัจจุบันทราบระดับพลังงานได้ 7 ระดับ โดยแต่ละระดับระบุด้วยเลขอารบิค: 1,2,3,...7 จำนวนกระสุนในแต่ละระดับจะเท่ากับหมายเลขระดับ: มีหนึ่งกระสุนในระดับแรก, สองนัดในระดับที่สอง ฯลฯ
หมายเลขอิเล็กตรอน
ดังนั้น อิเล็กตรอนใดๆ สามารถอธิบายได้ด้วยเลขควอนตัมสี่ตัว การรวมกันของตัวเลขเหล่านี้จะไม่ซ้ำกันสำหรับแต่ละตำแหน่งของอิเล็กตรอน รับอิเล็กตรอนตัวแรก ระดับพลังงานต่ำสุดคือ N = 1 ที่ระดับแรกจะมีเปลือกหนึ่งอัน เปลือกแรกในระดับใด ๆ มีรูปร่างของลูกบอล (s -shell) เช่น L=0 เลขควอนตัมแม่เหล็กสามารถรับได้เพียงค่าเดียว M l =0 และการหมุนจะเท่ากับ +1/2 หากเรารับอิเล็กตรอนตัวที่ห้า (ในอะตอมใดก็ตาม) ตัวเลขควอนตัมหลักของมันจะเป็น: N=2, L=1, M=-1, หมุน 1/2
บทความในหัวข้อ
