Atomik orbitaller
Bir atomik orbital, elektronun atom içindeki kuantum durumudur; küçük bir gezegen yörüngesi değildir. Dalga fonksiyonu ψ durumu tanımlar, |ψ|² ise olasılık yoğunluğuyla ilişkilidir. s, p, d ve f orbitallerinin şekilleri elektron yoğunluğunun uzayda nasıl dağıldığını, düğümlerin nereden geldiğini ve farklı orbitallerin bağ oluşumuna neden farklı biçimde katıldığını anlamaya yardım eder.
Görsel model
Etkileşimli model
Dalga fonksiyonundan olasılığa
ψ pozitif, negatif veya sıfır olabilir; işareti elektrik yükü değil dalga fonksiyonunun fazıdır. Ölçülebilir olasılık yoğunluğu |ψ|² ile orantılıdır ve negatif olamaz. p ve d orbitallerinde farklı renkle çizilen loblar çoğu zaman zıt fazı gösterir. Bu faz bilgisi, komşu atomların orbitalleri üst üste geldiğinde bağlayıcı ve karşıt bağlayıcı moleküler orbitallerin oluşumunu belirlediği için kimyasal açıdan önemlidir.
Kabuklar, alt kabuklar ve kapasite
Baş kuantum sayısı n kabuğu, açısal momentum kuantum sayısı ℓ ise alt kabuk tipini belirler: s için ℓ=0, p için 1, d için 2 ve f için 3. Her ℓ için 2ℓ+1 orbital vardır ve her orbital zıt spinli en fazla iki elektron barındırabilir. Böylece p alt kabuğu üç orbital ve altı elektron, d alt kabuğu beş orbital ve on elektron kapasitesine sahiptir.
Düğümler, nüfuz etme ve enerji
Toplam düğüm sayısı n−1, açısal düğüm sayısı ℓ ve radyal düğüm sayısı n−ℓ−1’dir. Hidrojende aynı n değerine sahip orbitaller eş enerjilidir; çok elektronlu atomlarda elektron–elektron itmesi ve orbitallerin çekirdeğe farklı ölçüde nüfuz etmesi bu eşitliği bozar. 2s orbitalinin çekirdeğe yakın bölgede bulunma olasılığı 2p’den daha büyüktür ve bu nedenle 2s çoğu çok elektronlu atomda daha düşük enerjidedir.
Orbital çizimi neyi gösterir?
Çizilen yüzey elektronun geçemeyeceği bir sınır değildir. Genellikle toplam olasılığın yaklaşık %90’ını kapsayan bir eşyoğunluk yüzeyi seçilir. Ayrıca |ψ|² ile radyal olasılık dağılımı aynı şey değildir; radyal dağılım 4πr² hacim çarpanını da içerir. Hidrojen 1s için elektron yoğunluğu çekirdekte en büyükken radyal olasılık Bohr yarıçapı civarında maksimum yapar.
Kimyada orbitaller neden işe yarar?
Orbitallerin yönelimi ve fazı bağların yönlülüğünü, orbital örtüşmesini, molekül geometrisinin önemli bir bölümünü ve spektroskopideki seçim kurallarını açıklar. Orbital, tek bir elektronun yolunun fotoğrafı değildir; iyonlaşma enerjileri, spektrumlar ve elektron yoğunluğu için sınanabilir öngörüler veren kuramsal bir kuantum durumudur. pₓ, pᵧ ve p_z çizimleri eksenlerin seçimine bağlıdır; eksenleri döndürmek yalıtılmış atomun fiziğini değiştirmez.
Alıştırmalar
3p düğümleri
3p orbitali kaç açısal ve kaç radyal düğüme sahiptir?
Çözüm: p için ℓ=1 olduğundan 1 açısal düğüm vardır. Radyal düğüm sayısı 3−1−1=1’dir.
d alt kabuğu
Bir d alt kabuğunda kaç orbital ve en fazla kaç elektron bulunur?
Çözüm: ℓ=2 için 2ℓ+1=5 orbital vardır. Her orbital iki elektron alır; toplam kapasite 10 elektrondur.
Faz işareti
p orbitalindeki + ve − loblar pozitif ve negatif elektrik yükü müdür?
Çözüm: Hayır. Bunlar ψ’nin zıt fazlarını gösterir. Olasılık yoğunluğu |ψ|² her iki bölgede de negatif değildir.