«Почти все молекулы, встречающиеся в повседневной жизни, существуют в синглетном состоянии, но молекулярный кислород является исключением».
«Необычная электронная конфигурация не позволяет молекулярному кислороду напрямую реагировать со многими другими молекулами, которые часто находятся в синглетном состоянии. Однако триплетный кислород будет легко реагировать с молекулами в дублетном состоянии, такими как радикалы, с образованием нового радикала. ''
Эта вики-страница также актуальна. Вот картинка (не могу прочитать).
Как количественно вычисляется это свойство триплетного состояния и почему оно является таким исключительным свойством?
Как возникает триплетное состояние в кислороде? Разве большее количество электронов в электронной оболочке не означает более сложное разложение на представления и, следовательно, еще более сложные состояния?
Как это влияет на термодинамические свойства элемента и где термодинамическое отличие (помимо разной энергии) от синглетного состояния? Как можно понять особенности реакции?
Откуда берется разница энергий двух состояний. Взглянув на периодическую таблицу элементов, или похожие свойства?
Кстати. Я не возражаю против математики, но мне, вероятно, понадобятся объяснения таких выражений, как .
Здесь задают много вопросов, но я постараюсь ответить на некоторые из них...
Кислород находится в триплетном состоянии, потому что триплетное состояние наиболее стабильно. Это сложная функция свойств атомов (например, заряд и расстояние между атомами) и электронов (например, количество присутствующих электронов, возможные комбинации орбиталей). Молекулярные орбитали, указанные на вики-странице, показывают три разных состояния:
: Основное триплетное состояние
: Основное синглетное состояние
: Возбужденное синглетное состояние
Эти символы хорошо объясняются в Википедии . Короче говоря, триплетное состояние имеет два электрона с параллельными спинами, например две красные стрелки, указывающие «вверх» на схема МО.
Если мы исследуем энергию молекулы кислорода в зависимости от расстояния между атомами кислорода, мы сможем выяснить, какие из этих состояний наиболее стабильны. Пример этого приведен здесь . Очевидно, что состояние ниже, чем все другие состояния, поэтому мы ожидаем, что триплетный кислород будет наиболее стабильным состоянием.
Существуют более сложные электронные конфигурации , пример которых дается состояние. Мы видим здесь , что он еще менее стабилен, чем наземный синглет ( ) кислород. Эти вариации энергетических состояний возникают из-за того, что «помещение» электронов на разные орбитали с разными спинами дает различную «степень перекрытия» .
Можно было бы ожидать, что термодинамические свойства будут слегка различаться между электронными состояниями. Это связано с тем, что молекула будет иметь разные колебательные состояния, которые будут «переводиться» в другую термодинамику посредством статистической механики. Я не могу найти источник, который напрямую сравнивает такие свойства.
Особенности реакции, конечно, очень разные. Например, триплетный кислород с радостью растворится в воде, а синглетный прореагирует с ней. Синглетный кислород часто используется, когда нужно «атаковать» двойные связи. Объяснение того , почему это так, очень сложное, но, если коротко, оно связано с квантовым состоянием кислорода по сравнению с состояниями большинства молекул, с которыми он пытается реагировать.
гигантский