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Théorie des orbites moléculaires Je ne sais pas comment décrire ce que je ne comprends pas, aidez-moi s'il vous plaît. S'il vous plaît, expliquez-moi comme si j'avais cinq ans.
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Tout le monde connaît le modèle d'un atome où vous avez un noyau positif, avec des électrons négatifs tourbillonnant en cercles, nous appelons ces cercles des orbitales, où le nombre orbital augmente à mesure que vous vous éloignez du noyau. Un électron ne peut être situé que dans ces orbitales, jamais entre elles, pensez-y comme une échelle. Vous pouvez grimper sur une échelle, mais vous ne vous tenez que sur chaque barreau individuel. C'est, pour beaucoup de choses, une bonne image. Cependant, nous savons que ce n'est *pas* l'apparence réelle des choses. Nous le savons parce que les physiciens sont vraiment doués pour jouer au jeu « si ceci, alors… ». Fondamentalement , si les électrons étaient en fait sur des orbites circulaires autour du noyau , la structure de l' atome ne serait pas stable , et nous ne serions pas ici pour poser la moindre question ( je peux aller plus loin si vous voulez , mais j'essaie surtout de fournir une trame de fond pour expliquer pourquoi nous avons ) . Alors , quelle est une meilleure image ? Eh bien , les formes de gouttes que vous avez vues / traitées dans la théorie des orbitales moléculaires . Voici pourquoi . L'un des éléments les plus fondamentaux de la mécanique quantique est ce qu'on appelle l'équation de Schrodinger (SE). Il y a beaucoup de formalisme mathématique que je vais passer ici, mais le SE est utile car il nous permet de résoudre, dans certaines conditions physiques, le comportement d'une particule. À la suite de la SE , nous apprenons que les très petites particules ne se comportent pas comme le ferait une balle de baseball , où nous pouvons dire " Le lanceur a lancé la balle , à cette vitesse , et nous pouvons la suivre . emplacement d' ici , à ici , à ici , à ... " Au lieu de cela , nous apprenons que de minuscules choses , comme les électrons , ont des * probabilités * d' être à certains endroits , de voyager à certaines vitesses , etc , et lorsque nous mesurons l' une de ces choses ( voir : Principe d'incertitude de Heisenberg pour plus d'informations), nous réduisons notre degré de connaissance de l'autre, car l'acte de mesurer affecte la chose réelle. Pensez-y comme si vous deviez mesurer où se trouvait une balle de baseball entre l'endroit où le lanceur l'a lancée et le frappeur qui l'a frappée en la frappant avec une autre balle de baseball. Évidemment, vous perturberiez sa trajectoire d'origine, de sorte que vous ne pourriez pas savoir où il se trouverait après l'avoir mesuré avec beaucoup de certitude. Ainsi , les physiciens commencent à résoudre le SE pour des choses spécifiques pour voir comment une minuscule particule se comporterait dans certaines circonstances qui sont très basiques ; le plus fondamental étant la particule dans le puits de potentiel infini. Imaginez une particule coincée dans un trou profond. Il peut rebondir, avoir plus ou moins d'énergie, mais ne peut pas s'échapper du trou. Imaginons qu'il s'agit maintenant d'une très petite particule, de sorte que nous avons affaire au SE. Eh bien, si nous résolvons le SE, nous constatons que la particule peut avoir différents niveaux d'énergie (encore une fois, pensez aux barreaux d'une échelle ; ainsi la particule peut exister à différentes hauteurs depuis le fond du trou). Nos solutions au SE sont des ondes ( sinus , cosinus ) . Lorsque vous suivez les règles de la théorie des probabilités et la règle de Born (qui est une règle sur la façon dont nous mesurons les probabilités en mécanique quantique), nous pouvons constater que nous pouvons calculer la probabilité de [où la particule se trouve dans notre puits] (URL_0), étant donné différents niveaux d'énergie. Les sommets des graphiques représentent l'endroit le plus probable, tandis que les nœuds sont à probabilité nulle. Finalement, les physiciens résolvent le SE pour l'ensemble spécifique de circonstances qu'un électron aurait s'il était lié à un proton ; par exemple. « en orbite autour d'un proton » si vous pensez encore à l'image orbitale/planétaire d'un atome. Un électron faisant le tour d'un proton ? Eh bien , c'est un atome d' hydrogène . Ainsi , lorsque le SE a été résolu pour l' atome d' hydrogène , en trois dimensions , les physiciens ont pu résoudre les différents niveaux d' énergie ( niveaux orbitaux ) de l' électron . Ce serait comme le graphique ci-dessus, où il y a des zones de forte probabilité, de faible probabilité et d'aucune probabilité (comme l'espace entre les orbitales, où l'électron n'est pas autorisé). Ce graphique est cependant plus compliqué car nous avons maintenant trois dimensions au lieu d'une dimension. Les " blobs " vous donnent les zones où il y a une probabilité de trouver un électron , et , comme la particule dans un puits , différents niveaux d' énergie ( n=1,2 , ... ) donnent des solutions de formes différentes . Celles-ci surviennent parce que les solutions de l'atome d'hydrogène sont un ensemble spécifique d'équations appelées harmoniques sphériques [qui donnent lieu à des solutions qui ressemblent à ceci] (URL_1). Pour les atomes autres que l'hydrogène, le système devient trop compliqué à résoudre sous forme fermée, sauf dans des cas spécifiques où un atome peut ressembler à un atome d'hydrogène (comme si tous les électrons avaient été éliminés sauf un). * Cependant * les physiciens ( et chimistes ! ) sont une bande de gars assez intelligents , et utilisent ces solutions pour analyser qualitativement ( et parfois quantitativement ) un système . La liaison entre les atomes (selon le type de liaison en cours de formation) se produit lorsque les niveaux d'énergie se croisent entre les atomes ; ce qui se produit de manière assez spécifique, certaines étant plus courantes que d'autres parce qu'elles sont énergétiquement plus favorables. Ces blobs correspondent à différentes "forces" ou énergies de liaison (liaisons sigma, pi…). Les chimistes et les physiciens caractérisent les niveaux d'énergie/coquilles par la façon dont ils se remplissent d'électrons. Ceci est votre 1s , 2p , etc . Les règles de la mécanique quantique , et les solutions de la SE vous donnent ces différents niveaux d' énergie ou « coquilles » . Même s'il est * très * difficile ( ou impossible ? ) de résoudre la SE pour les atomes et molécules à Z élevé , nous pouvons résoudre ( parfois numériquement ) pour ces choses en supposant certaines formes de solutions ( les différentes gouttes ) et en connaissant la probabilité que les choses se produisent , et en exploitant les symétries . Ce sont les règles (parfois compliquées) que les chimistes connaissent pour expliquer comment se produit la liaison moléculaire. Faîtes moi savoir si vous avez d'autres questions . Je suis correct en physique , moins familier avec la chimie ( ça faisait un moment que j'avais ces cours ) . Si d'autres veulent ajouter/corriger moi sur quoi que ce soit, n'hésitez pas. Ce que j'ai posté est ma compréhension de ce que OP a demandé, et ne signifie pas nécessairement que c'est 100% correct, et l'interprétation peut parfois être erronée.