Aurreko sarreretan, ikusi genuen nolakoa zen atomoaren egitura. Nukleo batez osatuta dago (protoiez eta neutroiez), eta honen inguruan elektroiak bueltaka. Bertan, ikusi genuen elektroiek ezin zutela edozein energia izan, bakarrik baimendutako energia maila batzuk okupatzen ahal zituztela. Horrela, elektroiek fotoiak absorbatzean, energia maila batetik bestera egin dezakete salto. Baina, absorbatutako fotoiaren energiak zehazki bi energia maila elektronikoen artean dagoen diferentzia izan behar du, ez gehiago ez gutxiago. Ikusi Argiaren natura eta Kuantikoa hitzaren jatorria hau gogoratzeko.
Gaurkoan, ohikoa den baino txapa gehiago sartuko dut, irakurri ahala joango zarete ikusten. Baina bukaera arte irakurtzea gomendatzen dizuet. Gaur ikusiko baitugu "orbitalen" forma eta bere energia jakiteak kimikan duen garrantzia. Gaurkoan, hidrogeno atomoaren orbitalak ikusiko ditugu bakarrik, baina honek duen garrantzia atomo zein molekula guztietara hedatzen ahal da.
Kuantika jaio zenean (ikusi hemen), atomoaren egitura ulertzeko eta kalkulatzeko tresna matematikoak lortu ziren. Horien artean, Schrödinger ekuazioa. Ekuazio hau, elektroi bakarreko atomoentzat exaktoki askatzen ahal da. Fijatu zaitezte! Badirudi ez dela munduko bertze gauza, elektroi bakarreko atomo bakarra dagoelako (hidrogenoa), baina aurrerapausu itzela izan zen. Lehendabizikoz, atomo baten egitura kuantiko exaktoa ezagutzeko aukera izan zen. Eta hau da gaur ikusiko duguna. Nolakoa den hidrogeno atomoaren egitura. Hemendik abiatuta, ondorengo sarreretan egitura honetatik beste atomoen egitura elektroniko kuantikoa nola ateratzen dugun ikusiko dugu. Has gaitezen gure hidrogeno lagunarekin. Sinplea dirudi, ezta? Bakarrik elektroi bat... Uste bezain erreza izanen ote da? Ikus dezagun.
Kuantika jaio zenean (ikusi hemen), atomoaren egitura ulertzeko eta kalkulatzeko tresna matematikoak lortu ziren. Horien artean, Schrödinger ekuazioa. Ekuazio hau, elektroi bakarreko atomoentzat exaktoki askatzen ahal da. Fijatu zaitezte! Badirudi ez dela munduko bertze gauza, elektroi bakarreko atomo bakarra dagoelako (hidrogenoa), baina aurrerapausu itzela izan zen. Lehendabizikoz, atomo baten egitura kuantiko exaktoa ezagutzeko aukera izan zen. Eta hau da gaur ikusiko duguna. Nolakoa den hidrogeno atomoaren egitura. Hemendik abiatuta, ondorengo sarreretan egitura honetatik beste atomoen egitura elektroniko kuantikoa nola ateratzen dugun ikusiko dugu. Has gaitezen gure hidrogeno lagunarekin. Sinplea dirudi, ezta? Bakarrik elektroi bat... Uste bezain erreza izanen ote da? Ikus dezagun.
Schrödinger ekuazioa askatzen dugunean, eta hau garbi eduki behar dugu, beti lotuta dauden bi gauza lortzen ditugu, elektroiaren egoera definitzen dituzten bi gauza: elektroia aurkitzeko probabilidadea deskribatzen duen funtzio bat (uhin-funtzio bat, ikusi Elektroiaren sekretu izkutua) eta honi asoziatuta dagoen energia. Beste hitzetan esanda, hidrogeno atomoan, bertan dagoen elektroiak energia bat izanen du, eta honi asoziatuta mugimendu bat izanen du. Mugimendu hau nolakoa den dakigu? Erantzuna da ezezkoa. Gogoratu, bi errendijen esperimentuan ikusi genuen elektroiarekin elkarrekintza izan arte, elektroi bakoitzak bi zirrikituetatik pasatzen zela... Hortaz, guk kalkulatuko dugun uhin-funtzioak (konkretuki, bere karratuak) zer esango digu? Elektroia espazioko zonalde horretan aurkitzeko probabilitatea. Laburbilduz, Schrödinger ekuazioa hidrogenoarentzat askatzean, jakin ahalko dugu zein den elektroiaren energia, eta espazioan aurkitzeko probabilitatea nola aldatzen den. Schrödinger ekuazioak soluzio asko ditu, hau da, elektroiak izan ditzakeen energia posible guztiak ematen ditu, eta kasu bakoitzean, asoziatuta duen uhin-funtzioa ematen digu. Goazen ikustera orain, nolakoak diren soluzio hauek.
Hau egin aurretik, imagina dezagun nola eman dezakegun puntu baten koordenatuak. Pentsa, elektroiak izan ditzakeen posizioen probabilitateak kalkulatuko ditugu, eta horretarako, posizio horiek definitu behar dira. Lehenik eta behin, jatorri bat behar dugu. Posizio bat definitzen dugunean, zerbaitekiko (beste puntu batekiko) definitzen dugu. Adibidez, hegazkin bat hegan doalarik, pilotoa arazoak dituela konturatzen da. Kontxo! Ahate bat motor batean sartu da, eta motorrak su hartu du (ikusi irudia). Irratia hartu, eta laguntza eske hasten da. Erantzuten diotenean, bere posizioa emateko eskatzen diote. Hau zehazteko, pilotoak hiru balio eman behar ditu: latitudea (ekuatoretik zein distantziara), longitudea (Greenwich meridianotik zein distantziara) eta altuera (itsas mailatik zein distantziara). Hortaz, HIRU balio eman behar ditu, eta horrekin, ekuatoreak eta Greenwich meridianoak elkartzen diren puntua erreferentzia hartuta, bere posizioa definitzen du. Gure kasuan, elektroiaren posizioa nukleoarekiko emanen dugu. Horretarako, nukleoarekiko duen distantzia (erradioa) eta bi angelu definitu behar ditugu (gogoratu denera 3 balio beharrezkoak direla). Honela, gure elektroiaren posizioen probabilitateak aurkitzeko, bi funtzio behar dira: alde batetik erradiala (nukleoarekiko distantzia ematen diguna) eta angeluarra (aipatutako bi angeluen funtzioa). Bi funtzio hauen biderkadurak ematen digu bilatzen ari garen soluzio osoa.
Goazen ikustera orain nolakoak diren lortzen ditugun soluzio hauek. Erradialarekin hasiko gara. Funtzio hauen forma matematikoa oso konplexua da, eta ez dugu hemen emango. Bakarrik aipatuko dut soluzioetan agertzen den gauza berri bat: Zenbaki Kuantikoak. Funtzio hauek balio osoak bakarrik hartu ditzaketen zenbaki batzuk dituzte, eta n eta l letraz adierazten dira; n zenbaki kuantiko nagusia da, eta bere balioak 1, 2, 3 etab dira. l-ren balioak, ordea, n-ri lotuak daude. l-ren balioak n-1 tik 0-ra doaz. Horrela, n=3 denean, l=2,1,0 izan daiteke, bakarrik. Zenbaki kuantikoak uhin-funtzioak bete behar dituen baldintza matematiko batzuetatik datoz. Funtzio angeluarrek ere zenbaki kuantikoak dituztela lortzen dugu, l (aurrekoaren berdina) eta ml. Azken honek har ditzakeen balioak ere zenbaki osoak dira, baina l-ri lotuta daude, eta -l tik l ra doaz. Horrela, l=2 bada, ml =-2, -1, 0, 1, 2 izan daitezke, bakarrik. Bi zenbaki hauek mugimendu angeluarrari lotuta daude.
Laburbilduz, elektroia aurkitzeko probabilidadeak hiru zenbaki kuantikoz dependatzen dituzten funtzioek emanen digute. Baina, zer esan dezakegu funtzio hauek asoziatuta duten energiei buruz? Energiek ere, hiru zenbaki kuantiko hauetaz dependatzen dute? Erantzuna, ezezkoa da. Energiak bakarrik n zenbaki kuantiko nagusiaren dependentzia du. Energia negatiboa bezala lortzen dugu, eta n zenbakiarekiko alderantziz proportzionala, hau da, n zenbat eta txikiago, balio negatiboagoa lortuko dugu (egoera horretan, elektroia indartsuago lotuta egongo da nukleotik).
Pentsatuko duzue, eta hau guztia zertarako?????? Nagusiki, bi gauzetarako. Alde batetik, kalkulatu ditugun energia hauen diferentziak, justo hidrogeno atomoaren espektroan lortzen ditugun seinaleekin bat datoz (espektroa ezkerrean, eta energia mailak parrafo honen azpian ikus ditzakezue). Hau da, hidrogeno atomoak absorbatzen duen erradiazio elektromagnetikoa elektroiak maila batetik bestera salto egitea baimentzen du! (hau molekuletan ere gertatzen da, eta, beste gauzen artean, landareek fotosintesia egiten dute eta guk ikusten dugu). Eta, bestalde, energiari asoziatuta dauden funtzioen formak (zehazki, bere karratuarenak) elektroiak espazioan har ditzakeen posizioak ematen dizkigu. Funtzio hauei ORBITALAK deitzen diegu, eta bere formak atomoaren edo molekularen erreaktibitatea determinatzen dute, energiarekin batera. Horrela, ikus dezakezue orbitalak eta bere energiak nolakoak diren jakitea zer garrantzitsua den, atomo zein molekula batek argiarekin zein materiarekin (beste molekulak) zer nolako elkarrekintza izango duen aurresateko informazioa ematen digutelako.
Ikus dezagun, bederen, hidrogeno atomoaren orbitalak eta bere energiak. Ezkerreko grafikan, energia n-rekiko nola aldatzen den ikus dezakezue. n=1 baliotik, n=2 baliora pasatzeko, hidrogeno atomoak energia asko behar du. Aldiz, n handiagoetara salto egiteko tartea gero eta txikiagoa da. Energia mailarik baxuenari, n=1, alegia, oinarrizko egoera deitzen diogu, eta besteei aldiz, egoera eszitatutak. Hidrogeno atomoa, kanpoko eraginperik gabe, oinarrizko egoeran egoteko joera izanen du. Era berean, edozein atomo zein molekula, oinarrizko egoera elektronikoan egoteko joera dute. Egoera eszitatuetara salto egiteko, bi aukera daude: 1) erradiazioaren bitartzen eszitatu, ala 2) erreakzio kimikoen bidez egoera hori lortu. Aurrerago gehiago sakonduko dugu honetan. Energiak ikusi eta gero, ikus dezagun orbitalak nolakoak diren, beheko irudian.
Hasteko, ikus dezagun hidrogenoaren oinarrizko egoerak duen orbitala (funtzioa). n zenbaki kuantikoa 1 da, n=1, hortaz, l=0 (s letraz adierazten da) eta ml ere 0. Horrela, orbital bakarra dugu, (n=1, l=0, ml=0), energia maila honetan. Orbital honen itxura beheko irudian duzue. 1s moduan izendatzen dugu, eta esfera baten modukoa da. Nukleoa horren erdian legoke, eta elektroia esfera horren barruan aurkitzeko probabilitatea ia %100 da.
Zenbaki kuantiko nagusia 2 denean, n=2, l=1, 0 izan daiteke. l=0 bada, ml ere 0 da, baina l=1 denean, ml=-1,0,1. Hortaz, lau aukera ditugu n=2 kasurako (n berdina dutenez, energia berdina dute, eta kasu hauei degeneratuak deitzen zaie).
Garbi dago s eta p ala d moduko orbitalen forma oso desberdina dela. Horrela, elektroiak horrelako orbitala okupatzean, bere erreaktibitatea oso desberdina izanen da. Honek kimikan garrantzi handia du, aurrerago ikusiko dugun moduan.
Gaurkoz nahikoa, beharbada gehiegi luzatu naiz. Gauza batzuk garbi gelditu badira, pozik naiz:
Descargo de responsabilidad: He utilizado las imágenes sin ánimo de lucro, con un objetivo de investigación y estudio, en el marco del principio de uso razonable - sin embargo, estoy dispuesto a retirarlas en caso de cualquier infracción de las leyes de copyright.Disclaimer: I have used the images in a non for profit, scholarly interest, under the fair use principle - however, I am willing to remove them if there is any infringement of copyright laws.
Laburbilduz, elektroia aurkitzeko probabilidadeak hiru zenbaki kuantikoz dependatzen dituzten funtzioek emanen digute. Baina, zer esan dezakegu funtzio hauek asoziatuta duten energiei buruz? Energiek ere, hiru zenbaki kuantiko hauetaz dependatzen dute? Erantzuna, ezezkoa da. Energiak bakarrik n zenbaki kuantiko nagusiaren dependentzia du. Energia negatiboa bezala lortzen dugu, eta n zenbakiarekiko alderantziz proportzionala, hau da, n zenbat eta txikiago, balio negatiboagoa lortuko dugu (egoera horretan, elektroia indartsuago lotuta egongo da nukleotik).
Pentsatuko duzue, eta hau guztia zertarako?????? Nagusiki, bi gauzetarako. Alde batetik, kalkulatu ditugun energia hauen diferentziak, justo hidrogeno atomoaren espektroan lortzen ditugun seinaleekin bat datoz (espektroa ezkerrean, eta energia mailak parrafo honen azpian ikus ditzakezue). Hau da, hidrogeno atomoak absorbatzen duen erradiazio elektromagnetikoa elektroiak maila batetik bestera salto egitea baimentzen du! (hau molekuletan ere gertatzen da, eta, beste gauzen artean, landareek fotosintesia egiten dute eta guk ikusten dugu). Eta, bestalde, energiari asoziatuta dauden funtzioen formak (zehazki, bere karratuarenak) elektroiak espazioan har ditzakeen posizioak ematen dizkigu. Funtzio hauei ORBITALAK deitzen diegu, eta bere formak atomoaren edo molekularen erreaktibitatea determinatzen dute, energiarekin batera. Horrela, ikus dezakezue orbitalak eta bere energiak nolakoak diren jakitea zer garrantzitsua den, atomo zein molekula batek argiarekin zein materiarekin (beste molekulak) zer nolako elkarrekintza izango duen aurresateko informazioa ematen digutelako.Ikus dezagun, bederen, hidrogeno atomoaren orbitalak eta bere energiak. Ezkerreko grafikan, energia n-rekiko nola aldatzen den ikus dezakezue. n=1 baliotik, n=2 baliora pasatzeko, hidrogeno atomoak energia asko behar du. Aldiz, n handiagoetara salto egiteko tartea gero eta txikiagoa da. Energia mailarik baxuenari, n=1, alegia, oinarrizko egoera deitzen diogu, eta besteei aldiz, egoera eszitatutak. Hidrogeno atomoa, kanpoko eraginperik gabe, oinarrizko egoeran egoteko joera izanen du. Era berean, edozein atomo zein molekula, oinarrizko egoera elektronikoan egoteko joera dute. Egoera eszitatuetara salto egiteko, bi aukera daude: 1) erradiazioaren bitartzen eszitatu, ala 2) erreakzio kimikoen bidez egoera hori lortu. Aurrerago gehiago sakonduko dugu honetan. Energiak ikusi eta gero, ikus dezagun orbitalak nolakoak diren, beheko irudian.
Hasteko, ikus dezagun hidrogenoaren oinarrizko egoerak duen orbitala (funtzioa). n zenbaki kuantikoa 1 da, n=1, hortaz, l=0 (s letraz adierazten da) eta ml ere 0. Horrela, orbital bakarra dugu, (n=1, l=0, ml=0), energia maila honetan. Orbital honen itxura beheko irudian duzue. 1s moduan izendatzen dugu, eta esfera baten modukoa da. Nukleoa horren erdian legoke, eta elektroia esfera horren barruan aurkitzeko probabilitatea ia %100 da.
Zenbaki kuantiko nagusia 2 denean, n=2, l=1, 0 izan daiteke. l=0 bada, ml ere 0 da, baina l=1 denean, ml=-1,0,1. Hortaz, lau aukera ditugu n=2 kasurako (n berdina dutenez, energia berdina dute, eta kasu hauei degeneratuak deitzen zaie).
- n=2, l=0, ml=0. Orbital honi 2s deitzen diogu (2 n zenbakiagatik, eta s l=0 delako)
- n=2, l=1, ml=-1,0,1. Orbital hauei 2p deitzen diogu (2 n zenbakiagatik, eta p l=1 delako). Ikusi hiru orbital daudela 2p modukoak (px, py, eta pz).
Garbi dago s eta p ala d moduko orbitalen forma oso desberdina dela. Horrela, elektroiak horrelako orbitala okupatzean, bere erreaktibitatea oso desberdina izanen da. Honek kimikan garrantzi handia du, aurrerago ikusiko dugun moduan.
Gaurkoz nahikoa, beharbada gehiegi luzatu naiz. Gauza batzuk garbi gelditu badira, pozik naiz:
- Schrödinger ekuaziotik emaitza hauek lortzen ditugu
- Zenbaki kuantikoak uhin-funtzioek bete behar dituzten baldintzetatik datoz.
- Zenbaki kuantikoek energiaren kuantizazioa (n) eta orbitalen forma determinatzen dituzte (n, l, ml).
- Orbitalen formak eta energien mailak beste atomo zein molekulekin (materiarekin) eta erradiazioarekin (argiarekin) elkarrekintza determinatzen dute.
Descargo de responsabilidad: He utilizado las imágenes sin ánimo de lucro, con un objetivo de investigación y estudio, en el marco del principio de uso razonable - sin embargo, estoy dispuesto a retirarlas en caso de cualquier infracción de las leyes de copyright.Disclaimer: I have used the images in a non for profit, scholarly interest, under the fair use principle - however, I am willing to remove them if there is any infringement of copyright laws.
iruzkinik ez:
Argitaratu iruzkina