Mini-kurzus
Atomi orbitálok
Az atomi orbitál egy elektron kvantumállapotának térbeli és energetikai leírása. Nem egy klasszikus pálya, amelyen az elektron körbejár: a hullámfüggvényből származó valószínűségi eloszlást, energiát és szimmetriát kapcsoljuk hozzá.
A kvantumszámok szerepe
Egy hidrogénszerű atomban az n főkvantumszám főként az energiaszintet és méretskálát, az l mellékkvantumszám az orbitál típusát, m_l a térbeli orientációt jellemzi. l=0,1,2,3 rendre s, p, d, f jelölést kap. Az elektron spinjéhez külön m_s kvantumszám tartozik.
Hány orbitál van egy alhéjon?
Adott l esetén m_l értéke −l és +l között minden egész lehet, ezért s alhéjon 1, p-n 3, d-n 5, f-en 7 orbitál található. A Pauli-elv miatt egy orbitál legfeljebb két, ellentétes spinű elektront tartalmaz, így az alhéjak maximális kapacitása 2, 6, 10 és 14 elektron.
Mit jelent az orbitál alakja?
Az s orbitál valószínűségi sűrűsége gömbszimmetrikus, a p orbitálok kétlebenyes ábrázolásai pedig a hullámfüggvény előjelét és csomósíkját is tükrözik. A rajzolt határfelület általában csak egy választott valószínűségi tartományt zár körül; az elektronfelhő matematikailag nem ér véget éles falnál.
Csomók és energia
A hullámfüggvénynek lehetnek olyan felületei, ahol a megtalálási valószínűség nulla. Ezeket csomóknak nevezzük. Nagyobb n értéknél több csomó jelenhet meg. Többelektronos atomokban az orbitál energiáját nemcsak n, hanem behatolás, árnyékolás és elektron–elektron kölcsönhatás is befolyásolja.
Orbitál és elektronfelhő nem azonos fogalom
Az „1s orbitál” egy lehetséges egy-elektron állapotot jelöl. Ha két elektron foglalja el, ugyanahhoz a térbeli orbitálhoz tartoznak, de spinjük ellentétes. Egy teljes atom elektronfelhője sok betöltött orbitál hozzájárulásából áll, ezért nem szabad egyetlen orbitálrajzzal azonosítani.
Miért fontos a kémiában?
A kovalens kötés leírásában atomi orbitálok kombinációiból molekulapályák hozhatók létre. A periódusos rendszer s-, p-, d- és f-blokkjai pedig közvetlenül ahhoz kötődnek, milyen típusú alhéj töltődik az alapállapotú atomokban. Az orbitálfogalom így a kvantummechanikai modell és a kémiai szerkezet közötti kapcsolat.
Fázis és kötés
Az orbitálrajzokon használt eltérő színek vagy előjelek nem pozitív és negatív elektromos töltést jelentenek, hanem a hullámfüggvény fázisát. Két orbitál azonos fázisú átfedése kötő kombinációt erősíthet, ellentétes fázisú átfedés pedig csomót és lazító jellegű kombinációt hozhat létre.
Próbáld ki
Hány orbitál és legfeljebb hány elektron tartozik egy d alhéjhoz?
Megoldás
d esetén l=2, ezért m_l öt értéket vehet fel: öt orbitál van. Orbitálonként két elektron fér el, tehát legfeljebb 10 elektron.