Atomske orbitale

Od valovne funkcije do verjetnosti

Predznak ψ pomeni fazo, ne pozitivnega ali negativnega električnega naboja. Površine, narisane okoli orbital, zajamejo izbrani delež verjetnosti, pogosto okoli 90 %; elektron ni zaprt znotraj površine in barvni kraki niso trdni predmeti.

Lupine, podlupine in kapaciteta

Glavno kvantno število n določa lupino, orbitalno število l pa vrsto podlupine: s, p, d, f ustrezajo l = 0, 1, 2, 3. Za dani l obstaja 2l+1 orbital, zato so največje kapacitete s, p, d in f 2, 6, 10 in 14 elektronov.

Vozli izhajajo iz kvantne rešitve

Za orbitalo s številoma n in l je skupno število vozlov n−1, kotnih vozlov l in radialnih n−l−1. Vozel je območje, kjer je valovna funkcija nič; ni umetno vstavljena prazna lupina.

Penetracija razcepi energije podlupin

V vodiku imajo orbitale z enakim n enako energijo. V večelektronskih atomih elektronsko odbojno delovanje in različna penetracija odpravita degeneracijo: orbitala s iste lupine prodre bližje jedru kot p in pogosto občuti večji efektivni jedrski naboj.

Gostota in radialna verjetnost nista isto

Pri 1s je |ψ|² največja pri jedru, toda majhen volumen sferične plasti pri r=0 pomeni, da ima radialna porazdelitev maksimum dlje. Pri vodiku 1s je maksimum radialne verjetnosti pri Bohrovem polmeru; to ni krožna tirnica elektrona.

Orientacija in faza dobita pomen v okolju

Običajne slike p_x, p_y in p_z so priročne realne kombinacije stanj. Vrtenje osi ne spremeni fizike izoliranega atoma, v molekuli ali kristalu pa lahko medjedrna os, polje ali simetrija okolja izbere orientacije in razcepi energije.

Orbitala nima enega geometrijskega polmera

Lahko definiramo najverjetnejši polmer, pričakovano vrednost r ali površino, ki zajame izbrani delež verjetnosti. Te definicije odgovarjajo na različna vprašanja in jih ne smemo zamenjevati s tabelarnimi atomskimi polmeri iz vezi ali kristalov.

Kako orbitalno sliko povežemo z meritvijo

Orbitale so teoretični objekti, vendar niso poljubne risbe. Njihove energije in simetrije se kažejo v absorpcijskih in emisijskih spektrih, ionizacijskih energijah, sipanju ter kartah elektronske gostote. Orbitalna slika je zato orodje za napoved opazljivih količin, ne fotografija elektrona. Ko vodiku podoben model ni več dovolj, večelektronski izračuni spremenijo energije in oblike, toda pojmi n, l, vozlov, faze in simetrije še vedno tvorijo osnovno ogrodje kemijske razlage.

Rešeni primeri

Orbitala 3p

Rešitev

l=1, zato ima 1 kotni vozel in 3−1−1 = 1 radialni vozel.

Kapaciteta podlupine d

Rešitev

Za l=2 je 2l+1=5 orbital, zato je največja kapaciteta 10 elektronov.

Predznaki krakov p

Rešitev

Predznaka + in − pomenita nasprotno fazo valovne funkcije, ne nasprotnega naboja.