Definicja orbity i przykład

Ian Cuming/Getty Images

Definicja orbity

W chemia oraz mechanika kwantowa , jakiś orbitalny to funkcja matematyczna opisująca zachowanie podobne do fali elektronu, pary elektronów lub (rzadziej) nukleonów. Orbital można również nazwać orbitalem atomowym lub orbitalem elektronowym. Chociaż większość ludzi myśli o „orbicie” w odniesieniu do koła, regiony gęstości prawdopodobieństwa, które mogą zawierać elektron, mogą być kuliste, w kształcie hantli lub bardziej skomplikowane trójwymiarowe formy.

Celem funkcji matematycznej jest odwzorowanie prawdopodobieństwa położenia elektronu w regionie wokół (lub teoretycznie wewnątrz) jądra atomowego.

Orbital może odnosić się do chmura elektronów o stanie energetycznym opisanym przez podane wartości n , ℓ i m liczby kwantowe . Każdy elektron jest opisany przez unikalny zestaw liczb kwantowych. Orbital może zawierać dwa elektrony ze sparowanym kręci się i jest często kojarzony z określonym regionem an atom . Orbital s, orbital p, orbital d i orbital f odnoszą się do orbitali, które mają liczbę kwantową momentu pędu ℓ = odpowiednio 0, 1, 2 i 3. Litery s, p, d i f pochodzą z opisów linii spektroskopii metali alkalicznych, które pojawiają się jako ostre, główne, rozproszone lub fundamentalne. Później s, p, d i f , nazwy orbitalne poza ℓ = 3 są alfabetyczne (g, h, i, k, ...). Litera j została pominięta, ponieważ nie różni się od i we wszystkich językach.

Przykłady orbitalne

1s^dwaorbital zawiera dwa elektrony. Jest to najniższy poziom energii (n = 1), o liczbie kwantowej momentu pędu ℓ = 0.

Elektrony w 2p_xorbity atomu znajdują się zwykle w chmurze w kształcie hantli wokół osi x.

Właściwości elektronów na orbitalach

Elektrony wykazują dualność falowo-cząstkową, co oznacza, że ​​wykazują pewne właściwości cząstek i pewne cechy fal.

Właściwości cząstek

• Elektrony mają właściwości podobne do cząstek. Na przykład pojedynczy elektron ma ładunek elektryczny -1.
• Wokół jądra atomowego znajduje się całkowita liczba elektronów.
• Elektrony poruszają się między orbitalami jak cząstki. Na przykład, jeśli foton światła jest pochłaniany przez atom, tylko jeden elektron zmienia poziomy energii.

Właściwości fali

Jednocześnie elektrony zachowują się jak fale.

• Chociaż powszechnie uważa się elektrony za pojedyncze cząstki stałe, pod wieloma względami przypominają one bardziej foton światła.
• Nie da się dokładnie określić położenia elektronu, opisz tylko prawdopodobieństwo znalezienia go w obszarze opisanym funkcją falową.
• Elektrony nie krążą wokół jądra tak, jak Ziemia okrąża Słońce. Orbita jest falą stojącą, z poziomami energii jak harmoniczne na drgającej strunie. Najniższy poziom energii elektronu jest jak podstawowa częstotliwość drgającej struny, podczas gdy wyższe poziomy energii są jak harmoniczne. Obszar, który może zawierać elektron, przypomina bardziej chmurę lub atmosferę, z wyjątkiem sferycznego prawdopodobieństwa, które ma zastosowanie tylko wtedy, gdy atom ma tylko jeden elektron!

Orbitale i jądro atomowe

Chociaż dyskusje na temat orbitali prawie zawsze odnoszą się do elektronów, w jądrze występują również poziomy energetyczne i orbitale. Różne orbitale dają początek izomery jądrowe i stany metastabilne.