Fire typer af orbitaler og deres former

Atomer er sammensat af en tung kerne omgivet af lys elektroner. Elektronernes opførsel reguleres af kvantemekanikernes regler. Disse regler tillader elektroner at besætte bestemte regioner kaldet orbitaler. Atomernes vekselvirkninger er næsten udelukkende gennem deres yderste elektroner, så formen af ​​disse orbitaler bliver meget vigtig. For eksempel, når atomer bringes ved siden af ​​hinanden, hvis deres yderste orbitaler overlapper hinanden, kan de skabe en stærk kemisk binding; så noget kendskab til orbitals form er vigtigt for at forstå atomiske interaktioner.

Kvantum og Orbitaler

Fysikere har fundet det praktisk at bruge stenografi til at beskrive egenskaberne af elektroner i et atom. Shorthand er udtrykt i kvante tal; disse tal kan kun være hele tal og ikke fraktioner. Hovedkvantumet, n, er relateret til elektronens energi; så er der det orbitale kvante nummer, l og vinkel momentum kvantumet, m. Der er andre kvante tal, men de er ikke direkte relateret til orbitals form. Orbitaler er ikke kredsløb, i den forstand at være stier rundt om kernen; I stedet repræsenterer de de positioner hvor elektronen sandsynligvis findes.

S Orbitals

For hver værdi af n er der et orbital hvor både l og m er lig med nul. Disse orbitaler er kugler. Jo højere værdien af ​​n, jo større er kuglen - det er jo mere sandsynligt, at elektronen vil blive fundet længere væk fra kernen. Kuglerne er ikke lige tætte i hele; de er mere som indlejrede skaller. Af historiske grunde kaldes dette en s orbital. På grund af kvantemekanikernes regler skal de laveste energikroner med n = 1 have både l og m lig med nul, så det eneste kredsløb, der eksisterer for n = 1, er s-orbitalt. S orbitalen findes også for hver anden værdi af n.

P Orbitals

Når n er større end en, åbnes flere muligheder. L, det orbitale kvante nummer, kan have nogen værdi op til n-1. Når l er lig med en, kaldes orbitalet et p orbitalt. P-orbitaler ser lidt som dumbbells. For hver l går m fra positiv til negativ l i trin på en. Så for n = 2, 1 = 1, m kan ligge 1, 0 eller -1. Det betyder, at der er tre versioner af p-orbitalen: den ene med håndvægten op og ned, en anden med håndvægten til venstre mod højre og en anden med håndvægten vinkelret på begge de andre. P-orbitaler eksisterer for alle hovedkvantumnumre større end en, selvom de har ekstra struktur, da n bliver højere.

D Orbitals

Når n = 3, så kan jeg ligge 2, og når l = 2, m kan ligge 2, 1, 0, -1 og -2. De l = 2 orbitaler kaldes d orbitaler, og der er fem forskellige der svarer til de forskellige værdier af m. N = 3, l = 2, m = 0 kredsløb ser også ud som en håndvægt, men med en doughnut rundt om midten. De andre fire d-orbitaler ser ud som fire æg stablet på enden i et firkantet mønster. De forskellige versioner har kun ægene peger i forskellige retninger.

F Orbitals

N = 4, l = 3 orbitaler kaldes f orbitaler, og de er svære at beskrive. De har flere komplekse funktioner. For eksempel er n = 4, 1 = 3, m = 0; m = 1; og m = -1 orbitaler er formet som håndvægte igen, men nu med to donuts mellem enderne af barbell. De andre m-værdier ser lidt ud som en pakke med otte balloner, med alle deres knuder bundet sammen i midten.

Visualiseringer

Den matematik, der styrer elektronens orbitaler, er ret kompleks, men der er mange online ressourcer, der giver grafiske realiseringer af de forskellige orbitaler. Disse værktøjer er meget nyttige i visualisering af adfærd af elektroner omkring atomer.