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Electron Orbital Model01:18

Electron Orbital Model

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Orbitals are the areas outside of the atomic nucleus where electrons are most likely to reside. They are characterized by different energy levels, shapes, and three-dimensional orientations. The location of electrons is described most generally by a shell or principal energy level, then by a subshell within each shell, and finally, by individual orbitals found within the subshells.
The first shell is closest to the nucleus, and it has only one subshell with a single spherical orbital called the...
72.1K
Ionic Bonding and Electron Transfer02:48

Ionic Bonding and Electron Transfer

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Ions are atoms or molecules bearing an electrical charge. A cation (a positive ion) forms when a neutral atom loses one or more electrons from its valence shell, and an anion (a negative ion) forms when a neutral atom gains one or more electrons in its valence shell. Compounds composed of ions are called ionic compounds (or salts), and their constituent ions are held together by ionic bonds: electrostatic forces of attraction between oppositely charged cations and anions. 
49.0K
Atomic Orbitals02:44

Atomic Orbitals

43.8K
An atomic orbital represents the three-dimensional regions in an atom where an electron has the highest probability to reside. The radial distribution function indicates the total probability of finding an electron within the thin shell at a distance r from the nucleus. The atomic orbitals have distinct shapes which are determined by l, the angular momentum quantum number. The orbitals are often drawn with a boundary surface, enclosing densest regions of the cloud.
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Molecular Orbital Theory II03:51

Molecular Orbital Theory II

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Molecular Orbital Energy Diagrams
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Molecular Orbital Theory I02:35

Molecular Orbital Theory I

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Overview of Molecular Orbital Theory
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The Energies of Atomic Orbitals03:21

The Energies of Atomic Orbitals

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In an atom, the negatively charged electrons are attracted to the positively charged nucleus. In a multielectron atom, electron-electron repulsions are also observed. The attractive and repulsive forces are dependent on the distance between the particles, as well as the sign and magnitude of the charges on the individual particles. When the charges on the particles are opposite, they attract each other. If both particles have the same charge, they repel each other.
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Mapeo de cambios orbitales durante la transferencia de electrones con microscopía de túnel en aislantes

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  • 1Institute of Experimental and Applied Physics, University of Regensburg, Regensburg, Germany. laerte.patera@ur.de.

Nature
|February 15, 2019
PubMed
Resumen

Los investigadores desarrollaron una nueva técnica de microscopía de fuerza atómica para visualizar la transferencia de electrones en moléculas individuales. Este método permite mapear la estructura orbital molecular y los estados redox en superficies no conductoras, avanzando en el estudio de las reacciones químicas.

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Área de la Ciencia:

  • Ciencias de la superficie
  • Espectroscopia molecular
  • Nanotecnología

Sus antecedentes:

  • La transferencia de electrones es fundamental para numerosas reacciones químicas como la fotosíntesis y la corrosión.
  • El mapeo de las transiciones de estado redox a nivel de una sola molécula es un desafío debido a las limitaciones del sustrato.
  • Las técnicas existentes como la microscopía de túnel de barrido (STM) requieren sustratos conductores, lo que dificulta los estudios redox, mientras que la microscopía de fuerza atómica (AFM) generalmente carece de acceso al estado electrónico.

Objetivo del estudio:

  • Desarrollar un nuevo método para mapear la estructura orbital de una sola molécula en función del estado redox.
  • Para superar las limitaciones de los sustratos conductores en el estudio de la transferencia de electrones.
  • Visualizar las transiciones electrónicas y la formación de polarones en moléculas aisladas.

Principales métodos:

  • Se aplicaron pulsos de voltaje sincronizados para dirigir el túnel de electrones entre una punta de AFM y un sustrato.
  • La oscilación de la punta se sincronizó con los pulsos de voltaje para permitir experimentos de túnel en sustratos no conductores.
  • Esta técnica permite el mapeo de resolución sub-ångström de la estructura orbital molecular y los estados electrónicos.

Principales resultados:

  • Realizó con éxito experimentos de túnel en sustratos no conductores, mapeando la estructura orbital de moléculas aisladas.
  • Resolvió transiciones electrónicas previamente inaccesibles tanto en el espacio como en la energía.
  • Visualizó los efectos de la transferencia de electrones y la formación de polarones en orbitales moleculares individuales.

Conclusiones:

  • La técnica AFM de túnel sincronizado desarrollada permite el mapeo de la estructura electrónica con resolución de estado redox de moléculas individuales.
  • Este enfoque supera las limitaciones del sustrato, abriendo nuevas vías para estudiar la dinámica de transferencia de electrones.
  • Se prevé que el método sea valioso para investigar reacciones redox complejas y fenómenos de carga con alta resolución.