انواع زیرلایه ها و اوربیتالها

چهار زیرلایه اول که اشغال آنها متداولتر نیز است، به صورت در ادامه آمده هستند. دقت داشته باشید که در تمام شکل های بعدی هسته در مبدا مختصات قرار دارد.

1) زیر لایه ی s یا  :

 متشکل از یک اوربیتال کروی شکل یا تک لپی است که با  sیا  مشخص می شود. شکل زیر را در نظر بگیرید.

2) زیر لایه ی p یا  :

 متشکل از 3 اوربیتال دمبلی شکل یا دو لپی است که هر 3 اوربیتال دو به دو برهم عمود هستند و با  یا  مشخص می شوند. شکل بعدی را در نظر بگیرید.

همانطور که در شکل هم قابل مشاهده است، اوربیتال p_x بر روی محور x ، اوربیتال p_y بر روی محور y و اوربیتال p_z بر روی محور z قرار دارد.

3 ) زیر لایه d یا  :

متشکل از 5 اوربیتال d است که عموماً 4 لپی هستند. 5 اوربیتال d شامل  و  هستند. شکل بعدی این اوربیتالها را نمایش می دهد.

همانطور که در شکل هم قابل مشاهده است، اوربیتال  به صورت یک چهارلپی بر روی محورهای x و y ، اوربیتال  به صورت یک چهارلپی بر روی نیمسازهای صفحه xy ، اوربیتال  به صورت یک چهارلپی بر روی نیمسازهای صفحه xz ، اوربیتال  به صورت یک چهارلپی بر روی نیمسازهای صفحه yz و اوربیتال   به صورت یک دولپی بر روی محور z بعلاوه یک حلقه در صفحه xy است.

4 ) زیر لایه f یا  : متشکل از 7 اوربیتال f است. شکل بعدی را در نظر بگیرید. دقت داشته باشید که نیازی به بخاطر سپردن شکل اوربیتالهای f نیست.

شکل بعدی مدل سه بعدی اوربیتالهای d,p,s و f را نشان می دهد.

زیرلایه های بعدی به صورت زیرلایه g با 9 اوربیتال g ، زیرلایه h با 11 اوربیتال h و ... خواهد بود که در حالت پایه اتمها پر نمی شوند و تنها در حالتهای برانگیخته مشاهده می شوند. از این رو متداول نیستند و چندان بحث و بررسی نمی شوند.

زیر لایه ها بصورت nl مشخص می شوند. بر اساس قیدهای کوانتومی زیرلایه های هفت لایه اصلی اول به صورت زیر خواهند بود:

n=1	1s
n=2	2s	2p
n=3	3s	3p	3d
n=4	4s	4p	4d	4f
n=5	5s	5p	5d	5f	5g
n=6	6s	6p	6d	6f	6g	6h
n=7	7s	7p	7d	7f	7g	7h	7i

حال که با انواع زیر لایه های متداول آشنا شدیم، می توانیم در مورد انواع اوربیتالها بحث کنیم. هر اوربیتال با سه عدد کوانتومی n ، ،  به صورت زیر مشخص می شود:

در نمایش بالا برای اوربیتالهای s که فقط یک m_l مشخص دارند، معمولا m_l نوشته نمی شود. برای نمایش زیر لایه ای که اوربیتال بدان تعلق دارد، همانطور که قبلا نیز گفتیم، از همان نمایش بالا بدون آوردن m_l استفاده می کنیم. بعنوان مثال می توان اوربیتالهای  و ... را که متعلق به زیر لایه های و ... هستند، در نظر گرفت. براساس قیدهای کوانتومی انواع زیرلایه ها بهمراه تعداد و نماد اوربیتالهای هر زیر لایه برای چهار لایه اصلی اول در جدول زیر آمده است:

شماره لایه اصلی	زیرلایه ها	نماد زیرلایه	تعداد اوربیتال	نماد اوربیتالها
n=1	l=0 or s	1s	1	1s
n=2	l=0 or s	2s	1	2s
	l=1 or p	2p	3	2px,2py,2pz
n=3	l=0 or s	3s	1	3s
	l=1 or p	3p	3	3px,3py,3pz
	l=2 or d	3d	5	3dx2-y2,3dxy,3dxz,3dyz,3dz2
n=4	l=0 or s	4s	1	4s
	l=1 or p	4p	3	4px,4py,4pz
	l=2 or d	4d	5	4dx2-y2,4dxy,4dxz,4dyz,4dz2
	l=3 or f	4f	7	4fz3,4fxz2,4fyz2,4fxyz,4fz(x2-y2),4fx(x2-3y2),4fy(3x2-y2)

تعداد الکترونهای حاضر در یک اوربیتال یا زیرلایه بصورت توان در نماد آن اوربیتال یا زیرلایه نمایش داده می شود. مثلا منظور از 2p⁴ زیرلایه 2p با 4 الکترون است. بعدا خواهیم دید که هر اوربیتال حداکثر دو الکترون در خود جای می دهد.

اوربیتال ها از نظر اندازه، شکل یا جهت گیری در فضا با هم متفاوتند که در ادامه این مطلب را بیشتر بررسی می کنیم.

اوربیتالهایی که متفاوت، اما یکسان دارند، اندازه و فاصله میانگین الکترون از هسته متفاوت اما شکل و جهت گیری یکسانی دارند. بعنوان مثال داریم:

برای اوربیتالهایی که  متفاوت، اما  یکسان است، اندازه و فاصله میانگین الکترون از هسته تقریبا یکسان اما شکل متفاوت است. بعنوان مثال داریم:

اوربیتالهایی که متفاوت، اما  و  یکسان دارند، جهت گیری متفاوت اما اندازه یکسانی دارند و شکل آنها نیز معمولا یکسان است. بعنوان مثال اوربیتالهای 2p_y,2p_x و 2p_z را می توان در نظر گرفت که برای هر سه n=2 و l=1 است، اما در m_l با هم تفاوت دارند:

با توجه به بحث و مثالهای قبلی می توان دید که عدد كوانتومی اصلی (n) اندازه اوربیتال، عدد كوانتومی فرعی () شکل اوربیتال ( گاهی اوقات در ترکیب با ) و عدد كوانتومی مغناطیسی اوربیتال جهت گیری اوربیتال را مشخص می کند.

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

**************************************************

سایت: www.youngchemist.com

مولف: محمد شاهی

نظرات، پیشنهادات و انتقادات: chemistry.shahi@gmail.com

**************************************************

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||