APA ITU ORBITAL DEGENERASI? - KIMIA - 2025

The orbital terdegenerasi adalah mereka yang berada pada tingkat energi yang sama. Menurut definisi ini, mereka harus memiliki bilangan kuantum utama yang sama n. Jadi, orbital 2s dan 2p mengalami degenerasi, karena keduanya termasuk dalam level energi 2. Namun, diketahui bahwa fungsi gelombang sudut dan radialnya berbeda.

Ketika nilai n meningkat, elektron mulai menempati sublevel energi lain, seperti orbital d dan f. Masing-masing orbital ini memiliki karakteristiknya masing-masing, yang sekilas terlihat dari bentuk sudutnya; Ini adalah figur spherical (s), dumbbell (p), cloverleaf (d) dan globular (f).

Sumber: Gabriel Bolívar

Di antara mereka, ada perbedaan energik, bahkan berada pada level n yang sama.

Misalnya, gambar di atas menunjukkan skema energi dengan orbital ditempati oleh elektron tak berpasangan (kasus abnormal). Dapat dilihat bahwa dari semua yang paling stabil (yang memiliki energi paling rendah) adalah orbital ns (1s, 2s, …), sedangkan nf adalah yang paling tidak stabil (yang memiliki energi paling tinggi).

Degenerasi orbital dari atom yang terisolasi

Orbital degenerasi, dengan nilai n yang sama, berada pada garis yang sama dalam skema energi. Karena alasan ini tiga garis merah yang melambangkan orbital p terletak pada garis yang sama; seperti halnya garis ungu dan kuning dengan cara yang sama.

Diagram pada gambar melanggar aturan Hund: orbital berenergi lebih tinggi diisi dengan elektron tanpa memasangkannya terlebih dahulu di orbital berenergi rendah. Saat elektron kawin, orbital kehilangan energinya, dan memberikan tolakan elektrostatis yang lebih besar pada elektron tak berpasangan dari orbital lain.

Namun, efek seperti itu tidak dipertimbangkan dalam banyak diagram energi. Jika demikian, dan mematuhi aturan Hund tanpa mengisi orbital d sepenuhnya, akan terlihat bahwa mereka berhenti mengalami degenerasi.

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, setiap orbital memiliki karakteristiknya masing-masing. Sebuah atom terisolasi, dengan konfigurasi elektroniknya, memiliki elektron yang tersusun dalam jumlah orbital yang tepat untuk menampungnya. Hanya mereka yang memiliki energi setara dapat dianggap merosot.

Orbital p

Tiga garis merah untuk orbital p yang mengalami degenerasi pada gambar menunjukkan bahwa p _x , p, _dan p _z memiliki energi yang sama. Ada elektron tidak berpasangan di masing-masing, dijelaskan oleh empat bilangan kuantum (n, l, ml, dan ms), sedangkan tiga yang pertama menjelaskan orbital.

Satu-satunya perbedaan di antara keduanya dilambangkan dengan momen magnet ml, yang menggambarkan jalur p _x pada sumbu x, p _y pada sumbu y, dan p _z pada sumbu z. Ketiganya sama, tetapi hanya berbeda dalam orientasi spasialnya. Untuk alasan ini mereka selalu tertarik dalam energi, yaitu merosot.

Karena keduanya sama, atom nitrogen yang terisolasi (dengan konfigurasi 1s ² 2s ² 2p ³ ) harus mempertahankan tiga orbital pnya berdegenerasi. Namun, skenario energi berubah secara tiba-tiba jika seseorang menganggap atom N di dalam molekul atau senyawa kimia.

Mengapa? Karena meskipun p _x , p _{dan dan} p _z memiliki energi yang sama, ia dapat bervariasi pada masing-masingnya jika mereka memiliki lingkungan kimia yang berbeda; yaitu, jika mereka terikat pada atom yang berbeda.

Orbital d

Ada lima garis ungu yang menunjukkan orbital d. Dalam atom yang terisolasi, bahkan jika mereka memiliki pasangan elektron, kelima orbital ini dianggap berdegenerasi. Namun, tidak seperti orbital p, kali ini ada perbedaan mencolok dalam bentuk sudutnya.

Oleh karena itu, arah perjalanan elektron di ruang angkasa yang bervariasi dari satu orbital ke orbital lainnya. Hal ini menyebabkan, menurut teori medan kristal, gangguan minimum menyebabkan penggandaan orbital yang energik; yaitu, lima garis ungu terpisah, meninggalkan celah energi di antara mereka:

Sumber: Gabriel Bolívar

Apa orbital atas dan berapa orbital bawah? Yang di atas dilambangkan sebagai e _g , dan yang di bawah t _2g . Perhatikan bagaimana awalnya semua garis ungu disejajarkan, dan sekarang satu set dua orbital e _{g yang} lebih energik daripada himpunan tiga orbital t _{2g lainnya} terbentuk .

Teori ini memungkinkan kita untuk menjelaskan transisi dd, di mana banyak warna yang diamati dalam senyawa logam transisi (Cr, Mn, Fe, dll.) Dikaitkan. Dan apa akibat dari gangguan elektronik ini? Untuk interaksi koordinasi pusat logam dengan molekul lain yang disebut ligan.

Orbital f

Dan dengan orbital f, garis-garis kuning yang terasa, situasinya menjadi lebih rumit. Arah spasial mereka sangat bervariasi di antara mereka, dan visualisasi hubungan mereka menjadi terlalu rumit.

Faktanya, orbital f dianggap memiliki selubung internal yang sangat dalam sehingga mereka tidak “berpartisipasi secara berarti” dalam pembentukan ikatan.

Ketika atom terisolasi dengan orbital f mengelilingi dirinya dengan atom lain, interaksi dimulai dan terjadi (hilangnya degenerasi):

Sumber: Gabriel Bolívar

Perhatikan bahwa sekarang garis kuning membentuk tiga set: t _1g , t _2g dan a _1g , dan mereka tidak lagi merosot.

Orbit Hibrida Merosot

Telah terlihat bahwa orbital dapat membuka dan kehilangan degenerasi. Namun, meskipun hal ini menjelaskan transisi elektronik, tidak ada artinya menjelaskan bagaimana dan mengapa ada geometri molekul yang berbeda. Di sinilah orbital hibrid masuk.

Apa karakteristik utamanya? Bahwa mereka merosot. Jadi, mereka muncul dari campuran karakter orbital s, p, d dan f, untuk menghasilkan hibrida yang mengalami degenerasi.

Misalnya, tiga orbital p bercampur dengan satu s menghasilkan empat orbital sp ³ . Semua orbital sp ³ mengalami degenerasi, dan karenanya memiliki energi yang sama.

Sebagai tambahan, jika dua orbital d dicampur dengan empat orbital sp ³ , kita akan memperoleh enam orbital sp ³ d ² .

Dan bagaimana mereka menjelaskan geometri molekuler? Karena ada enam, dengan energi yang sama, oleh karena itu mereka harus diorientasikan secara simetris di ruang angkasa untuk menghasilkan lingkungan kimia yang sama (misalnya, dalam senyawa MF ₆ ).

Ketika mereka melakukannya, sebuah oktahedron koordinasi terbentuk, yang sama dengan geometri oktahedral di sekitar sebuah pusat (M).

Akan tetapi, geometri sering kali terdistorsi, yang berarti bahwa orbital hibrid pun tidak benar-benar mengalami degenerasi. Oleh karena itu, sebagai kesimpulan, orbital yang berdegenerasi hanya ada di atom yang terisolasi atau di lingkungan yang sangat simetris.

Referensi

1. Kamus Chemicool. (2017). Definisi Degenerasi. Diperoleh dari: chemicool.com
2. SparkNotes LLC. (2018). Atom dan Orbit Atom. Diperoleh dari: sparknotes.com
3. Kimia murni. (sf). Konfigurasi elektronik. Diperoleh dari: es-puraquimica.weebly.com
4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia. (Edisi ke-8). CENGAGE Learning.
5. Moreno R. Esparza. (2009). Kursus kimia koordinasi: Medan dan orbital. . Diperoleh dari: depa.fquim.unam.mx
6. Menggigil & Atkins. (2008). Kimia anorganik. (Edisi keempat). Mc Graw Hill.