Que es un orbital en quimica

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1.1A: El átomo

Rela cuerda del tu clase de Química General que uno átomo consiste del 1 núcleo, formado por protonser cargadospositivamentey neutronsera sin carga, rodea2 por una el nube del electrones cargados negativamempresa. El un número del protones en el núcleose llmatrona el’un número atómico’, y define la idempresa elemental del átomo: si hay solamenteun protónen uno serpiente núcleo, por un ejemplo, un serpiente átomo ser un hidrógeno, de mientras que si hay 6 protones serpiente átomo sera 1 carbón. Eluno número del masade un átomo es serpiente un número total del protonesy neutronesen serpiente núcleo.

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El el número de neutrones uno serpiente núcleo atómicopuedevariar, y átomos dserpiente mismo el elemento que tienen un númerodifercompañía del neutronesse llamanisótopos. Los isótoposdiferentera duno serpiente igual el elemento se diferencian por uno númerode isósotopo(el el número del protonesmás serpiente número de neutrones), enumeradosen uno serpiente superíndice al la izquierdade la abreviación del uno elemento. Hay, por uno ejemplo, 3 isótopos mayoresdel hidrógeno: alrededor del dserpiente 99% de núcleos del hidrógeno en la natural son compuestos por 1 solo protón, y son designados por los serpientes símbolo1H. Alrededor del 1% del los átomos de hidrógenoen la natural tienenun solo neutrón a pidoneidad del protón, y son comunmempresa llamadosdeuterios, designa2 por uno serpiente símbolo2H. El tercer isótopo dserpiente hidrógeno sera el tritio, designado por los serpientes símbolo3H. Un átomo de tritio tiene 2 neutronera a pdon dserpiente protón. El tritioforma pdestreza demenos dserpiente 1% del to2 los átomos de hidrógeno, y ser radiotan dinámico. Como veremos más la tarde en éste un texto, el2H y3H son comunmempresa usa2 en uno serpiente laboratorio parapermitirque los químicospuedannotar lal una diferencia entrelos átomos del hidrógeno en los compuestosorgánicos.

El númeroatómico dserpiente carbón es uno serpiente 6, lo que significal que to2 los núcleos del carbóntener seis protones. El isótopomás común del carbónen la natural sera el12C, para seis neutronsera. El isótopo más común del oxígeno(númeroatómico 8) es16O, para ocho neutronera. Isótopos menos comunsera duno serpiente carbóny serpiente oxígeno que son usadosa menudoen serpiente laboratorio orgánico y bioquímicoson13C,14C (los serpientes cual era radioactivo), y18O.


Ejemplo1.1


Cúal ser el un número del multitud de:
31P (serpiente isótopo más común dserpiente fósforo)? 32P (uno isótoporadiotan activo dun serpiente fósforo)? 37Cl ?

solution


Los protonesy neutrones en 1 núcleo atómicocuentanto paraprácticamentetoda la multitud atómica– lal multitud del electronesy otras particulas subatómicassera minúscula comparada al lal de uno protóno 1 neutrón. Eltamañode un átomo, por un serpiente otro el lado, cuentaprincipalmentepor serpiente espacioocupado por los electrones que circulan por alrededor duno serpiente núcleo–mientas que el diámetrode 1 átomo de carbón es aproximadamente7.7 x 10-11m (0.77Å ), por un ejemplo, el diáel metro dun serpiente núcleo es sólo10-14m aproximadamproporción. Mientras que los químicos nuclearsera y los físicos piensan mucha en lo que estápasando dentro dun serpiente núcleo del átomo, la colectividad del resto de químicos, incluyendo los químicos orgánicos y los bioquímicos, se preocupanmás que nada en lo que está pasandocon lal un nube del electronsera fueral dun serpiente núcleo. Esto sera por uno serpiente comportamientode los electrones que determinacomo los átomosde juntanto paraformar otras moléculas.

1.1B: Orbitalera Atómicos

Cómo se comportanta éstos electrones? Probablementidad te acuerdsera de que los químicos hablan del que los electronsera ocupan‘orbitales‘ de diferentsera nivelser de energía. Dado serpiente uso del término‘orbital‘, siempre es tentadorparal los estudiantser principiantser de lal química imaginarlos electrones siguiendoórbitasregularera y elípticaspor alrededor dserpiente núcleo, parecido al las órbitasque siguen los planetasalrededor del duno serpiente sol, o la lunaalrededor de de lal tierra. Es muy importanterecordar que éstala idea es incorrecta– por mientras que los astrónomospoder calcucobijo con granprecisiónserpiente un camino que lal lunasigue en su órbita, y dónde se sitúapara respeto al la tierray un serpiente sol 10 o 100 añosal partir de a1 hora, los químicosno poder hace tal cosa para los electronsera. Con los electrones, un solo nosotros podemos describir1 área en serpiente espacio, llamado orbital, dondeesprobableque esten.

La rama de la ciencia que describe ver cómo los electrones se muevenalrededor dserpiente núcleo atómico se llama‘químical cuántica‘. Las descripcionesy teorías que estás al el punto del leer puedenparecer arbitrarias al principio, pero puedsera estar seguro que son serpiente 1 resultado de décadas de investigación rigurosay teórica y hacen un mejor trabajodescribiendoy explicandolos fenómenos químicos que los científicosobservan cada uno época. Los detalles de éstas teoríasestán más allá del alcance del un cursointroductorio del químical orgánica, peroaprenderás mucho más si hacsera un uno curso de química física o físical cuántical.

El comportamiento dserpiente electrón se describe a través del ecuacionser matemáticas llamadasecuaciones de onda, similares a (pero mucho más complicadas que) ecuacionera trigonométricascomo y= sin(x), que describenuno serpiente comportamiento del las ondas. La soluciónal la ecuación de onda del uno electrónse llmatrona función de lal ondal, y ser designadal por la letra Griegaψ (psi). Cuando un serpiente valor deψ2ser trazado en los serpientes el espacio tridimensional, 1 el volumen por alrededor duno serpiente núcleosera definidocomo elmás probablede era ocupadopor serpiente electrón. Éste volumen se llmadama orbital. No hay uno borde definidoparael orbital, pero en de manera genera los químicosdibujan1 orbital comoserpiente volumenalrededordun serpiente núcleoen uno serpiente cual hay un 99% de posibilidaddel encontra uno electrón.

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La forma del un orbital es denotadal por las letras s, p, d,yf.En la química orgánical, tratamosprincipalmente para elementos en lal segundafilal de lal tabla períodicamás serpiente hidrógeno. Lal teoría cuántical nos dice que estos elementostienen un solo orbitalessyp.

Un orbitalsser unal esferacboleta en los serpientes núcleo. Un orbital p, por la otros pmaña, tiene lal forma del unal pesa, con dos lóbulos definiendo dondesera probable que esténlos electrones y unnodoen un serpiente el medio que define lal el región dondel hay cero densidad de electrones. El núcleo se encuentral en éste nodo.

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Aunque los dos estánen lal segunda capal, los serpientes orbital 2stieneenergía más bajal que los orbitalera 2p.

Cada orbital poder tiene 2 electronsera, pero ellos tienes que tener"giros" opuestos(recurda del la químical forma general que cada poco electrón en uno átomo tiene 1 número del giro cuántico dems= + ½ o–½). Para determinar lal configuracióndel un electrónde uno átomo, simplementetienes que rellenar los orbitalser para dos electronser cada uno, empezando por uno serpiente de menos energíal (1s) y continuandoal de energía más alta hasta que to2 los electronestenganuno local en los orbitalsera (era si es posible que recuardesque esto se llaristócrata uno serpiente principio de‘aufbau’, o serpiente principio de rellenar).

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Por ejemplo, uno átomo dun serpiente un elemento borón, para 5 electrones, tiene lal configuraciónelectrónica1s22s22px1: un serpiente orbital1scontienedos electrones, el 2s contiene 2 más, y elorbital2pxcontieneun.

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Un átomo de carbón, con 6 electronser, tiene la configuraciónelectrónica1s22s22px12py1.


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