Propiedades de f-orbitales

Question

Yo no soy Químico, pero me tomó bastante licenciatura de Química de clases para entender las propiedades básicas de s, p y d orbitales y de cómo el comportamiento de los electrones contribuye a los diferentes tipos de enlaces químicos y elemental/propiedades moleculares.

Me detuve antes de llegar a real de la mecánica cuántica - mis matemáticas no han sido lo suficientemente bueno como para soportarlo. Aún no lo es.

Sin embargo, siempre me ha fascinado de por qué ninguno de los profesores nunca iba a decirnos acerca de f-orbitales. Cuando se le preguntó, murmuraron oscuro sugerencias que fueron significativamente diferentes de las de más bajo capas de electrones, y que explica por qué no fue sólo una pérdida de tiempo, pero podría estropear nuestro conocimiento existente.

Salí de la universidad hace 20 años, pero de repente me sentí sorprendido por recordar a esta pregunta de la nada. Y ahora quiero saber la respuesta. Las búsquedas de Google revelar una gran cantidad de matemáticas que no puede seguir. Así puede alguien explicar:

• ¿Cuáles son algunas de las propiedades básicas de los elementos con los electrones en los f-orbitales, y en qué se diferencian de los bajos de la posición orbital?
• Supongo que esto está relacionado con el hecho de que la mayoría (todos?) los elementos con los f-orbitales de manifiesto como los metales, así que ¿cómo y por qué? Y ¿por qué algunos elementos sin f-orbitales de la pantalla de propiedades metálicas?
• ¿Por qué fueron mis tutores tan poco dispuesta a tratar de explicar esto a los no-Químicos que se suponía que iban a parar en su apreciación de la baja de los orbitales básicos y enlaces covalentes?

Answer 1

Creo que hay varias razones que contribuyen.

Primero de todo, los orbitales atómicos de la f-bloque y sus propiedades e interacciones son complicadas. Usted tiene una gran cantidad de electrones, y están lejos del núcleo, en muchos orientación diferente orbital de los lóbulos. (bueno, esa es la visualización, al menos, en realidad atómicos orbitales son descritos por la mecánica cuántica wavefunctions, y los más complicada, así como para la f orbitales)
Puesto que usted tiene un montón de electrones se repelen, y en la parte superior de que hay efectos relativistas en juego, es bastante difícil hacer cálculos de química cuántica con estos elementos para determinar sus niveles de energía, etc. Una gran cantidad de "reglas" (y aproximaciones) válido para un bajo número atómico de los elementos de dejar de trabajar.
En general, los elementos pesados tienen propiedades especiales, que no puede ser explicado por las reglas simples y aproximaciones utilizadas para los elementos ligeros. Como te han dicho que hay un montón de difíciles de matemáticas en el fondo. Las reglas y de visualización sólo están ahí para ser fácil de entender la abstracción de la física subyacente. El efecto secundario de esto es que se necesita más y más excepciones como el sistema se vuelve más complicado.

En segundo lugar, son generalmente raros y costosos elementos.(actínidos son también radiactivos) tienen conoce ninguna función biológica, y por lo general sólo tienen pocos usos importantes. Por lo general, uno no se encuentra con ellos a menos que uno esté trabajando en algún campo de nicho.