Εκφυλισμένα Τροχιακά

Τα εκφυλισμένα τροχιακά είναι τροχιακά που έχουν τα ίδια επίπεδα ενέργειας το ένα με το άλλο. Σχετίζονται με μια σειρά από διαφορετικές έννοιες, όπως η Αρχή Aufbau, ο κανόνας του Hund και η Αρχή του Pauli, που μας βοηθούν να κατανοήσουμε τη θεμελιώδη μέθοδο με την οποία τα ηλεκτρόνια κατανέμονται στα διάφορα τροχιακά.

Τα εκφυλισμένα τροχιακά είναι ηλεκτρονιακά τροχιακά που έχουν τα ίδια επίπεδα ενέργειας με τα ηλεκτρόνια σε αυτά. Δεν είναι δυνατό τα ηλεκτρόνια στα τροχιακά να αλλοιωθούν από εξωτερικές επιρροές όπως ένα ηλεκτρικό ή μαγνητικό πεδίο. Αυτό οφείλεται στον εκφυλισμό αυτών των τροχιακών, που παρεμποδίζει την εφαρμογή του μαγνητικού πεδίου.

Εκφυλισμένα τροχιακά:Μια σύντομη περιγραφή

Τα εκφυλισμένα τροχιακά είναι ηλεκτρονιακά τροχιακά που έχουν τα ίδια επίπεδα ενέργειας με τα γειτονικά τροχιακά ηλεκτρονίων τους. Σύμφωνα με την αρχή του Ababa, μικρότερα επίπεδα ενέργειας συμπιέζονται σε μικρότερους χώρους πριν από μεγαλύτερα επίπεδα ενέργειας. Σύμφωνα με τον κανόνα του Hund, τα εκφυλισμένα τροχιακά μπλοκάρονται στην ίδια ποσότητα χώρου με τα ηλεκτρόνια πριν στριμωχτούν σε υψηλότερα επίπεδα ενέργειας. Η αρχή του Aufbau, ο νόμος της φύσης του Pauli και ο κανόνας του Hund είναι οι τρεις αρχές που διέπουν τον τρόπο με τον οποίο τα ηλεκτρόνια διασκορπίζονται στα τροχιακά μέσα σε ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Ο νόμος της φύσης του Pauli είναι ο πιο γνωστός από τους τρεις κανόνες.

Ένα άτομο έχει τέσσερα τροχιακά, τα οποία συμβολίζονται με τα γράμματα s, p, d και f. Όλα τα τροχιακά p, px, py και pz, έχουν την ίδια ποσότητα ενέργειας με το ίδιο το p-τροχιακό. Ως αποτέλεσμα, αναφέρονται ως εκφυλισμένα τροχιακά. Κάθε τροχιακό αρχικά αποτελείται από ένα ηλεκτρόνιο, με το δεύτερο ηλεκτρόνιο να έχει το αντίθετο σπιν ως πρώτο ηλεκτρόνιο. Στο τέλος της ημέρας, υπάρχουν έξι ηλεκτρόνια, καθένα από τα οποία έχει τρία τροχιακά. Ως αποτέλεσμα, το ρ-τροχιακό γεμίζει πλήρως.

Όπως δηλώθηκε από τον Friedrich Hund, ο νόμος της Πολλαπλότητας του Hund δηλώνει ότι τα ηλεκτρόνια είναι υπεύθυνα για την πλήρωση των Εκφυλισμένων Τροχιακών με ηλεκτρόνια.

Τα εκφυλισμένα τροχιακά σε ένα υποκέλυφος γεμίζουν με ένα ηλεκτρόνιο πριν γεμίσει οποιοδήποτε άλλο τροχιακό με δύο ηλεκτρόνια.

Είναι πάντα απαραίτητο να προσθέτουμε ηλεκτρόνια σε ένα υποκέλυφος που έχει την ίδια τιμή με τον αριθμό του κβαντικού σπιν, προκειμένου κάθε τροχιακό σε αυτό το υποκέλυφος να περιέχει τουλάχιστον ένα ηλεκτρόνιο.

Γενικά, ο κανόνας της πολλαπλότητας του Hund δηλώνει ότι, σε μια δεδομένη ηλεκτρονική διαμόρφωση, το ζεύγος ηλεκτρονίων μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνο στα τροχιακά p, d και f εάν κάθε ηλεκτρόνιο σε ένα υποκέλυφος έχει ένα ηλεκτρόνιο το καθένα. Ας υποθέσουμε ότι η ηλεκτρική διαμόρφωση ενός ατόμου άνθρακα είναι 1s22s22p2. Αυτή είναι η περίπτωση. Ως αποτέλεσμα, σύμφωνα με τον κανόνα του Hund, το τροχιακό θα καταλαμβάνεται από δύο ηλεκτρόνια 2s, ενώ τα άλλα τροχιακά θα γεμίζουν με δύο ηλεκτρόνια (2p) στο καθένα.

Παραδείγματα εκφυλισμένων τροχιακών

Υπάρχουν τρία εκφυλισμένα τροχιακά στο τροχιακό P. Και οι τρεις έχουν την ίδια ποσότητα ενέργειας. Σε κάθε τροχιακό εκχωρείται αρχικά μόνο ένα ηλεκτρόνιο, το οποίο είναι η πιο κοινή διαμόρφωση. Το δεύτερο ηλεκτρόνιο έχει το αντίθετο σπιν με το πρώτο. Κάθε τροχιακό είναι γεμάτο και υπάρχουν συνολικά έξι ηλεκτρόνια στο σύστημα.

Εκφυλισμένα τροχιακά και η εξήγηση τους

Όλα τα τροχιακά μέσα στο υποεπίπεδο 2p είναι εκφυλισμένα τροχιακά – αυτό σημαίνει ότι οι ενέργειες όλων των τροχιακών σε αυτό το υποεπίπεδο είναι ακριβώς οι ίδιες – όπως φαίνεται στο διάγραμμα που παρέχεται παρακάτω. Τα τροχιακά 3px, 3py και 3pz είναι όλα εκφυλισμένα τροχιακά, επίσης. Στην 3d ενέργεια, τα 3dxy, 3dxz, 3dyz, 3dx2 – y2 και 3dz2 είναι εκφυλισμένα τροχιακά με την ίδια ενέργεια, όπως και τα  3dx2 – y2 και 3dz2 στην 3d ενέργεια.

Εκφυλισμός

Εκφυλισμός είναι ο όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει ολόκληρο το φάσμα διαφορετικών καταστάσεων με την ίδια ενέργεια. Αναφέρεται επίσης ως ο βαθμός εκφυλισμού σε ορισμένους κύκλους.

Υπάρχουν τρεις βαθμοί εκφυλισμού στα τροχιακά p.

Υπάρχουν πέντε βαθμοί εκφυλισμού στα d τροχιακά.

Ο βαθμός εκφυλισμού των f τροχιακών είναι επτά σε αριθμό μοιρών.

Εκφυλισμένο υποκέλυφος

Λαμβάνοντας ως παράδειγμα το υποεπίπεδο 2p, υπάρχουν εκφυλισμένα τροχιακά – δηλαδή, τα τροχιακά 2px, 2py και 2pz έχουν την ίδια ποσότητα ενέργειας μεταξύ τους, όπως φαίνεται στο διάγραμμα.

Μια υψηλότερη ενέργεια από το 2p προκαλεί εκφυλισμό στα τρίποντα x, τρίποντα y και τρίκτινα τροχιακά z.

Επιπλέον, σε υψηλότερο ενεργειακό επίπεδο, οι 3dxy, 3dxz, 3dyz, 3dx2 – y2 και 3dz2 είναι εκφυλισμένες καταστάσεις της ύλης.

Ο βαθμός εκφυλισμού, ή απλώς εκφυλισμός, είναι ο αριθμός των διακριτών καταστάσεων ίσης ενέργειας που μπορούν να υπάρχουν ταυτόχρονα.

Είναι γνωστό ότι ο εκφυλισμός των p τροχιακών είναι τρεις. ο εκφυλισμός των d τροχιακών είναι πέντε. και ο εκφυλισμός των f τροχιακών είναι επτά.

Συμπέρασμα

Τα εκφυλισμένα τροχιακά είναι τροχιακά στο ίδιο υποκέλυφος που έχουν την ίδια ενέργεια το ένα με το άλλο. Επειδή δεν επηρεάζονται από εξωτερικά στοιχεία όπως ένα ηλεκτρικό πεδίο ή ένα μαγνητικό πεδίο, τα ηλεκτρόνια στα τροχιακά έχουν τις ίδιες ενέργειες όταν δεν έρχονται σε επαφή μεταξύ τους.