Atomske orbitale
Atomska orbitala kvantno je stanje elektrona u atomu, a ne mala planetarna putanja. Matematička valna funkcija ψ može mijenjati predznak, dok |ψ|² opisuje gustoću vjerojatnosti i omogućuje predviđanje raspodjele elektronske gustoće i njezine uloge u vezivanju.
Čvorovi orbitale
Od valne funkcije do vjerojatnosti
Predznak ψ označava fazu, a ne pozitivan ili negativan električni naboj. Površine nacrtane oko orbitala obuhvaćaju odabrani dio vjerojatnosti, često oko 90 %; elektron nije zatvoren unutar površine i obojeni režnjevi nisu čvrsti predmeti.
Ljuske, podljuske i kapacitet
Glavni kvantni broj n određuje ljusku, a orbitalni broj l vrstu podljuske: s, p, d, f odgovaraju l = 0, 1, 2, 3. Za zadani l postoji 2l+1 orbitala, pa su maksimalni kapaciteti s, p, d i f 2, 6, 10 i 14 elektrona.
Čvorovi proizlaze iz kvantnog rješenja
Za orbitalu s brojevima n i l ukupan broj čvorova je n−1, broj kutnih čvorova l, a radijalnih n−l−1. Čvor je područje u kojem je valna funkcija nula; nije umjetno umetnuta prazna ljuska.
Penetracija razdvaja energije podljuski
U vodiku orbitale s istim n imaju istu energiju. U višeelektronskim atomima elektronsko odbijanje i različita penetracija uklanjaju degeneraciju: orbitala s iste ljuske prodire bliže jezgri od p i često osjeća veći efektivni naboj jezgre.
Gustoća i radijalna vjerojatnost nisu isto
Za 1s je |ψ|² najveći kod jezgre, ali mali volumen sferne ljuske pri r=0 znači da radijalna raspodjela ima maksimum dalje. Za vodik 1s maksimum radijalne vjerojatnosti je kod Bohrova polumjera; to nije kružna putanja elektrona.
Orijentacija i faza dobivaju značenje u okolini
Uobičajeni prikazi p_x, p_y i p_z prikladne su realne kombinacije stanja. Rotacija osi ne mijenja fiziku izoliranog atoma, ali u molekuli ili kristalu međujezgrena os, polje ili simetrija okoline mogu odabrati orijentacije i razdvojiti energije.
Orbitala nema jedan geometrijski polumjer
Možemo definirati najvjerojatniji polumjer, očekivanu vrijednost r ili površinu koja obuhvaća odabrani udio vjerojatnosti. Te definicije odgovaraju na različita pitanja i ne smiju se poistovjetiti s tabličnim atomskim polumjerima iz veza ili kristala.
Kako orbitalni prikaz povezati s mjerenjem
Orbitale su teorijski objekti, ali nisu proizvoljni crteži. Njihove energije i simetrije ostavljaju trag u apsorpcijskim i emisijskim spektrima, ionizacijskim energijama, raspršenju i kartama elektronske gustoće. Orbitalni prikaz zato je alat za predviđanje mjerljivih veličina, a ne fotografija elektrona. Kada vodikov model više nije dovoljan, višeelektronski proračuni mijenjaju energije i oblike, ali pojmovi n, l, čvorova, faze i simetrije i dalje čine temelj kemijskog tumačenja.
Riješeni primjeri
Orbitala 3p
Rješenje
l=1, pa ima 1 kutni čvor i 3−1−1 = 1 radijalni čvor.
Kapacitet podljuske d
Rješenje
Za l=2 je 2l+1=5 orbitala, pa je najveći kapacitet 10 elektrona.
Predznaci režnjeva p
Rješenje
Predznaci + i − označavaju suprotnu fazu valne funkcije, a ne suprotne naboje.