تفاوت اوربیتال اتمی و اوربیتال مولکولی چیه؟

تفاوت اصلی بین اوربیتال اتمی و اوربیتال مولکولی اینه که اوربیتال اتمی حاوی الکترون‌هایی هستش که تحت تاثیر یک هسته مثبت قرار دارن، در حالی که اوربیتال مولکولی حاوی الکترون‌هایه که بسته به تعداد اتم‌های یک مولکول تحت تاثیر بیش از دو هسته مثبت قرار می‌گیرن. توی این مقاله از سایت دیفرتو ویژگی‌های هر دو رو بررسی می‌کنیم تا تفاوت اوربیتال اتمی و اوربیتال مولکولی رو بهتر درک کنین.

اوربیتال اتمی (Atomic Orbital) چیه؟

منطقه‌ای که بیشترین امکان رو برای پیدا کردن الکترون داره، اوربیتال اتمی گفته میشه. موقعیت یک الکترون اتمی رو میشه با مکانیک کوانتومی توضیح داد؛ اما مکانیک کوانتومی نمی‌تونه انرژی خاص یک الکترون در یک زمان خاص رو توضیح بده. این انرژی خاص توی اصل عدم قطعیت هایزنبرگ توضیح داده میشه.

محاسبات معادله شرودینگر برای پیدا کردن چگالی الکترون یک اتم معین استفاده میشه؛ طبق معادله شرودینگر، حداکثر دو الکترون می‌تونه توی یک اوربیتال اتمی وجود داشته باشه. یک اوربیتال اتمی بر اساس سطوح فرعی خودش به‌صورت s، p، d و f طبقه بندی میشه. شایان ذکره که مدارهای این سطوح فرعی، اشکال مختلفی دارن.

اوربیتال سطح فرعی s کروی هستش و حداکثر دو الکترون داره و فقط از یک سطح زیر انرژی تشکیل شده. شکل اوربیتال p مثل یک دمبل هست، که حاوی حداکثر شش الکترونه و سه سطح انرژی فرعی توی اون وجود داره.

اوربیتال‌های d و f هم شکل‌های ترکیبی بیشتری دارن، چون اوربیتال d پنج سطح زیر انرژی داره و حداکثر از ۱۰ الکترون تشکیل شده. در حالی که اوربیتال f شامل هفت سطح زیر انرژی هستش و حداکثر ده تا پانزده الکترون رو در بر می‌گیره. سطوح انرژی اوربیتال‌ها هم به صورت s<p<d<f هست و الکترون‌ها همیشه از نزدیک‌ترین اوربیتال به هسته – یعنی s – به اوربیتالی با بیشترین سطح انرژی – یعنی f  – پر میشن.

حالا که با تعریف و معنی اوربیتال اتمی آشنا شدیم، وقتشه بریم سراغ تعریف اوربیتال مولکولی.

اوربیتال مولکولی (Molecular Orbital) چیه؟

نظریه اوربیتال مولکولی»، خواص اوربیتال‌های مولکولی رو توضیح داده؛ این نظریه اولین بار توسط F. Hund و R.S. Mulliken توی سال ۱۹۳۲ ارائه شد. طبق نظریه اوربیتال مولکولی، وقتی که اتم‌ها به هم دیگه ملحق میشن تا یک مولکول ایجاد کنن، اوربیتال‌های اتمی که کنار هم قرار گرفتن – معمولاً به خاطر تأثیر هسته‌ها روی هم دیگه – شکل خودشون رو از دست میدن. حالا به دنبال این اتفاق، اوربیتال‌های جدیدی که توی مولکول‌ها به وجود میان، به عنوان اوربیتال‌های مولکولی شناخته میشن.

«هم‌جوشی اوربیتال‌های اتمی – که از انرژی نسبتاً یکسانی برخوردارن – موجب تولید اوربیتال‌های مولکولی میشه. اوربیتال‌های مولکولی برخلاف اوربیتال اتمی، تنها به یک اتم توی یک مولکول تعلق ندارن، بلکه توی هسته همه اتم‌هایی که مولکول رو تشکیل میدن، قرار دارن؛ بنا بر این هسته اتم‌های مختلف، به عنوان یک هسته چند مرکزی عمل می‌کنن.

شکل نهایی اوربیتال‌های مولکولی پیچیده هستش، چون شکل اوربیتال‌های اتمی که مولکول‌ها رو می‎‌سازن، معمولاً شکل اوربیتال‌های مولکولی رو مشخص می‌کنن؛ طبق قانون Aufbau، اوربیتال‌های مولکولی – بر خلاف اوربیتال‌های اتمی – به ترتیب از اوربیتال کم انرژی به سمت اوربیتال پر انرژی پر میشن.

اگه به شناخت بیشتر اتم و مولکول علاقه‌مندی، پیشنهاد می‌کنیم مقالات زیر رو هم بخونی:

• تفاوت اتم و مولکول چیه؟
• تفاوت اتم و یون چیه؟
• تفاوت یون و ایزوتوپ چیه؟

تا این جای مقاله با تعریف اوربیتال اتمی و اوربیتال مولکولی آشنا شدیم؛ حالا وقتشه بریم ببینیم فرق اوربیتال اتمی با اوربیتال مولکولی چیه».

نمای شماتیک اوربیتال اتمی

فرق بین اوربیتال اتمی و اوربیتال مولکولی چیه؟ 

اوربیتال اتمی به ناحیه‌ای از اتم گفته میشه که بیشترین امکان برای پیدا کردن الکترون، در اون ناحیه وجود داره؛ در مقابل، اوربیتال مولکولی به‌عنوان ناحیه‌ای در نظر گرفته میشه که، در اون یک الکترون بیشترین موقعیت رو برای پیدا کردن جا توی یک مولکول داره.

ابر الکترونی در اطراف اتم مسئول تولید اوربیتال‌های اتمی هستش، در حالی که هم‌جوشی اوربیتال‌های اتمی که از انرژی نسبتاً یکسانی تشکیل شدن مسئول تولید اوربیتال‌های مولکولی هستن.

نوع اوربیتال‌های اتمی مثل s، p، d یا f شکل اوربیتال‌های اتمی رو تعیین می‌کنه؛ اما شکل اوربیتال‌های مولکولی رو نوع اوربیتال‌های اتمی که مولکول رو تشکیل میدن، تعیین می‌کنه.

«معادله شرودینگر توی اوربیتال‌های اتمی استفاده میشه، در حالی که به طور کلی توی اوربیتال‌های مولکولی، از ترکیب خطی اوربیتال‌های اتمی استفاده میشه.

ابر الکترونی توی اوربیتال‌های اتمی می‌تونه تحت تاثیر یک هسته قرار بگیره، در حالی که ابر الکترونی توی اوربیتال‌های مولکولی می‌تونه تحت تاثیر دو یا چند تا هسته قرار بگیره.

یک اوربیتال اتمی به خاطر این که در نزدیکی یک هسته قرار داره، تک مرکزی شناخته میشه؛ در حالی که اوربیتال مولکولی چند مرکزی نامیده میشه، چون در نزدیکی دو یا تعداد زیادی هسته مختلف قرار داره.

اوربیتال‌های اتمی به صورت«s، p، d و f»وجود دارن، در حالی که اوربیتال مولکولی از دو نوع اوربیتال‌های مولکولی پیوندی یا اوربیتال‌های مولکولی ضد پیوندی تشکیل شدن.

پیکربندی الکترونی توی اوربیتال‌های اتمی روی پایداری یک اتم تأثیر نمی‌ذاره، در حالی که پیکربندی الکترونی توی اوربیتال مولکولی روی پایداری مولکولی تأثیر می‌ذاره. شایان ذکره که منظور از این پایداری»، تمایل به دادن یا گرفتن الکترون توی اتم یا مولکوله.

جدول تفاوت بین اوربیتال اتمی و اوربیتال مولکولی

توی جدول مقایسه‌ای زیر، ویژگی‌های اوربیتال اتمی و اوربیتال مولکولی رو یکجا جمع کردیم، تا شناخت تفاوت‌های این دو اصطلاح، برای شما راحت‌تر بشه:

جمع بندی

در آخر به این نتیجه می‌رسیم که، خواص اوربیتال‌های اتمی رو میشه توسط تک هسته اتم تعیین کرد ولی خواص اوربیتال مولکولی رو می‌تونیم با هم‌جوشی چند اوربیتال اتمی تعیین کنیم که با چند اتم»، یک مولکول رو می‌سازن.

منبع: difference.wiki