اوربیتال چیست؟

اوربیتال اتمی ناحیه ای از فضای اطراف هسته اتم است که الکترون در آن قرار دارد. مکان دقیق را فقط با استفاده از قوانین احتمال می توان تقریب زد. اوربیتال های اتمی مناطق کروی اطراف هسته را به صورت سه بعدی اشغال می کنند، بنابراین الکترون ها مانند سیاره ای که به دور یک ستاره می چرخد به دور هسته نمی چرخند. اوربیتال ها نیز اشکال مختلفی دارند. یک orbital به طور متقارن هسته یک اتم را احاطه می کند و دیگری که در جهات مختلف در دو طرف هسته پخش می شود.

انواع اروبیتال

هر اوربیتال اتمی، صرف نظر از نوع آن، در سطوح انرژی متفاوتی قرار دارد. آنها هر چه  از هسته دورتر می شوند سطوح انرژی کمتری دارند و بیشترین سطح انرژی مربوط به نزدیک ترین آنهاست.

هنگامی که یک سطح انرژی هسته را احاطه می کند، اوربیتال s نامیده می شود و هنگامی که اوربیتال در هر طرف گسترش می یابد، به عنوان اوربیتال p شناخته می شود. اشکال مختلف دیگری نیز برای اوربیتال های اتمی وجود دارد که به توصیف ماهیت الکترون ها به عنوان امواجی که یک هسته را احاطه کرده اند کمک می کند.

اتم‌ های دارای یک الکترون منفرد ساختاری مانند یک سیاره با جو  منحصر به فرد دارند و به نظر می‌ رسد اتم‌ هایی که الکترون‌ های زیادی دارند ابری از الکترون‌ ها آنها را احاطه کرده‌ است. الکترون های نزدیک هسته انرژی کمتری دارند، در حالی که اوربیتال ها در سطوح انرژی بالاتر دورتر از هسته پیچیده تر می شوند.

یک عدد کوانتومی برای تعریف حالت های انرژی الکترون استفاده می شود و الکترون ها با گسیل یا جذب انرژی سطوح انرژی را تغییر می دهند. در هر لحظه، وضعیت یک اتم با تجزیه و تحلیل پیکربندی الکترونی آن تعیین می‌ شود که می‌ تواند با برهمکنش آن با سایر اتم‌ ها و مولکول ‌های محیط تغییر کند. در هر سطحی تا سه اوربیتال p وجود دارد، به جز  orbital اول در اطراف هسته، هر چه سطح انرژی بالاتر باشد، اوربیتال کشیده تر است. هر اوربیتال اتمی دو الکترون را در خود نگه می‌دارد که بر اساس جهت اسپینشان متمایز می‌ شوند.

در اتم های درگیر، هر اوربیتال اتمی در طول تشکیل مولکول ها و ترکیبات برهم کنش می کند. در اوربیتال‌ های اتمی ترکیبی خطی، دو یا چند اتم می ‌توانند الکترون‌ هایی را بین اوربیتال‌ های هر کدام به اشتراک بگذارند. تئوری اوربیتال های اتمی هیبریداسیون شکل یک مولکول را هنگامی که توسط یک اتم به هم پیوند می خورد به جای چند اتم توصیف می کند. این می تواند شامل ترکیبی از هر دو اوربیتال s و p باشد و تعداد الکترون ها نیز نشان داده شده است. اوربیتال اتمی هر الکترون در یک اتم توسط متخصصان مکانیک کوانتومی برای درک پیچیدگی اتم‌ ها و نحوه برهمکنش آنها مورد مطالعه قرار می‌ گیرد.

نظریه مدار مولکولی

نظریه اوربیتال مولکولی قرارگیری الکترون ها را در یک مولکول پیش بینی می کند. دو یا چند اتم با هم ترکیب می شوند و اوربیتال های مولکولی را تشکیل می دهند. این ترکیب یا برهمکنش اوربیتال های اتمی می تواند پیوندی یا ضد پیوند باشد. یک اوربیتال پیوندی از تعامل دو اوربیتال اتمی از یک فاز تشکیل می شود در حالی که اوربیتال ضد پیوند از طریق فازهای مختلف تشکیل می شود. اوربیتال ضد پیوند در مقایسه با اوربیتال پیوندی انرژی بیشتری دارد. الکترون ها ابتدا وارد اوربیتال های پیوندی با انرژی پایین تر شده و سپس به اوربیتال های انرژی بالاتر می روند.

تعداد اوربیتال های اتمی و تعداد اوربیتال های مولکولی یکسان است. نیمی از تعداد اوربیتال ‌های مولکولی پیوند دارند و نیمی دیگر اوربیتال‌ های غیر پیوندی هستند. یک  orbital غیر پیوندی زمانی ایجاد می شود که اوربیتال های اتمی با یکدیگر برهم کنش نداشته باشند.

اگر اتم های یکسانی با هم ترکیب شوند، اوربیتال مولکولی دو اتمی هم هسته نامیده می شود. به عنوان مثال H2، N2، O2، F2، B2 و C2 هستند

دو اتم مختلف با هم ترکیب می شوند تا اوربیتال های مولکولی دو اتمی هترو-هسته ای را تشکیل دهند. به عنوان مثال می توان به CO، HF، LiF، و NO اشاره کرد.

دو اوربیتال اتمی با هم اوربیتال پیوندی σ و اوربیتال ضد پیوند σ* را تشکیل می دهند. یک اوربیتال اتمی s و p می توانند یک اوربیتال پیوندی σ و اوربیتال ضد پیوند σ* را تشکیل دهند. دو اوربیتال p با هم تعامل می کنند تا یک اوربیتال π پیوندی و یک اوربیتال ضد پیوند π* را تشکیل دهند. اوربیتال های پیوندی حاوی برآمدگی نیستند اما اوربیتال های ضد پیوند برآمدگی دارند.