Fråga:
Hur kan två elektroner ligga tillsammans i en omloppsbana?
sedflix
2014-08-13 19:55:04 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Två elektroner med motsatt snurrning kan ligga i en enda bana .. Men hur är det med elektron-elektronavstötningen. Okej! Jag förstod att kärnkraftsladdningen snarare den stora Z-effektiviteten övervinner denna avstötning genom att dra dem ihop mot kärnan.

En sak mer visade sig att det kan vara attraktionen för de två till skillnad från magnet som utvecklats på grund av motsatt snurrning av elektronerna i en bana, vilket kan vara anledningen till att de två motsatta snurrelektronerna ligger i en bana ..

Har jag rätt?

Två svar:
Philipp
2014-08-13 21:51:26 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Preludium

I kemi använder vi ofta vissa tekniker för att faktorisera det (ganska komplicerade) grundpartitillståndet hos atomer och molekyler till en serie enpartikeltillstånd som måste uppfylla vissa krav; exempel är Hartree-Fock-Theory eller Kohn-Sham-Density-Functional-Theory. Dessa enpartikeltillstånd är vad vi vanligtvis kallar orbitaler, eller, när du differentierar dem enligt deras snurr, spin-orbitaler. I de teorier som jag citerade måste du lösa en serie Schroedinger-ekvationer med en partikel som ger dig vissa diskreta ​​strong> energinivåer som motsvarar systemets bundna tillstånd. Dessa energinivåer är en grundläggande egenskap hos systemet, dvs egenvärdet för Hamilton-operatören. Du kan inte ha energinivåer mellan eller under. Nu är problemet att orbitalerna och deras energinivåer beror på antalet elektroner du har i systemet, dvs med tanke på vissa arter $ \ ce {A} $ hittar du olika orbitaler vid olika energier för dess anjon $ \ ce { A -} $, neutral art $ \ ce {A} $ eller katjon $ \ ce {A +} $. Det är så, för elektronerna interagerar med varandra och befolkningen i en orbital förändrar potentialen som de andra elektronerna känner.

Huvudsvar

Men låt oss för en stund anta att orbitalerna för $ \ ce {A -} $, $ \ ce {A} $ och $ \ ce {A +} $ är desamma och endast tar hänsyn till elektronelektron- avstötning av elektroner som ockuperar samma omlopp: Från $ \ ce {A +} $ där vi har alla nedre liggande orbitaler dubbelt upptagna och en omlopp $ \ psi_n $ med energi $ E_n $ ensam upptagen. Om du nu vill lägga till ytterligare en elektron i detta system för att komma till $ \ ce {A} $ måste du välja var du ska placera denna elektron: Du kan antingen sätta den i $ \ psi_n $ eller i någon högre liggande orbital, som $ \ psi_ {n + 1} $ eller $ \ psi_ {n + 2} $. Om du lägger in den i $ \ psi_n $ och därmed parar ihop elektronerna måste du betala för det med elektron-elektron-avstötningsenergin mellan de parade elektronerna (även känd som spinnparingsenergi) $ \ Delta E _ {\ mathrm { par}} $. Så, jämfört med $ \ ce {A +} $ blir energin i ditt nya system $ \ ce {A} _ {\ text {paired}} $ högre med ett belopp på $ E_n + \ Delta E _ {\ mathrm {pair }} $. Om du istället sätter den nya elektronen i $ \ psi_ {n + 1} $ behöver du inte para ihop några elektroner, så du behöver inte betala $ \ Delta E _ {\ mathrm {pair}} $. Men energin $ E_ {n + 1} $ av orbital $ \ psi_ {n + 1} $ är högre än $ E_n $. Så, jämfört med $ \ ce {A +} $ blir energin i ditt nya system $ \ ce {A} _ {\ text {unpaired}} $ högre med ett belopp på $ E_ {n + 1} $. Nu frågan: Vilken situation är bättre? För det måste du titta på energidifferensen mellan $ \ ce {A} _ {\ text {paired}} $ och $ \ ce {A} _ {\ text {unpaired}} $. Detta kommer att

\ begin {ekvation} \ Delta E = E (\ ce {A} _ {\ text {parat}}) - E (\ ce {A} _ {\ text {oparad} }) = (E_n - E_ {n + 1}) + \ Delta E _ {\ mathrm {pair}} \. \ End {ekvation}

Om $ \ Delta E $ är negativ så är $ \ ce {A} _ {\ text {parat}} $ lägre i energi och därmed energiskt favoriserat, dvs parning av elektroner är favoriserade när $ | (E_n - E_ {n +1}) | > \ Delta E _ {\ mathrm {pair}} $. Så när vi kommer tillbaka till din ursprungliga fråga: Typiska värden för parningsenergin är mellan 200 och 300 kJ / mol (eller 2-3 eV) - se till exempel här: där kan du se att parningsenergin för kol och kväve ligger på cirka $ 20000 \, \ mathrm {cm} ^ {- 1} $ vilket är ca. 240 kJ / mol. Separationen mellan energinivåerna i atomer är vanligtvis mycket större, vilket kan ses i tabellen över joniseringspotentialer som ges här (skillnaderna mellan joniseringspotentialerna på $ \ ce {s} $ och $ \ ce { p} $ valensorbitaler är vanligtvis större än 6 eV). Endast i molekyler och övergångsmetallkomplex med gränsorbitaler som ligger nära energi (eller är degenererade) har du så kallade högspinnskonfigurationer där det är gynnsamt att inte para ihop elektronerna i en nedre liggande omlopp utan istället att ockupera den högre liggande banan. Sammanfattningsvis kostar det verkligen "energi" att para ihop elektroner i en enda bana, men det kostar vanligtvis mycket mer energi att tvinga en elektron in i en högre liggande bana istället.

Slutligen, en ord av varning: Mitt svar förenklar saker som jag försökte påpeka i mitt preludium. Det finns andra effekter på jobbet som i vissa fall kan ha stort inflytande.

ron
2014-08-13 21:50:50 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Du tänker är korrekt, kostar det att para elektronsnurr i en orbital (Pauli-energin eller utbyta energi som krävs för att para snurr). Alternativet är dock att placera den nästa elektronen i en högre energibana - som också kräver energi. Vanligtvis tar det mindre energi att para ihop snurr än att placera nästa elektron i en högre energibana. Men notera fall som $ \ ce {O2} $ där det finns två orbitaler med samma energi (degenererade orbitaler). Nu när vi lägger till den sista elektronen kostar det ingen extra energi att sätta den elektronen i nästa tillgängliga tomma omlopp eftersom den har samma energi. Så i fall som detta (eller när nästa omlopp är mycket nära energi till den delvis fyllda omloppsbanan) kan vi placera nästa elektron i en annan omloppsbana och lämna sina snurr omärkta.

enter image description here



Denna fråga och svar översattes automatiskt från det engelska språket.Det ursprungliga innehållet finns tillgängligt på stackexchange, vilket vi tackar för cc by-sa 3.0-licensen som det distribueras under.
Loading...