Obsah
Atómy sú zložené z ťažkého jadra obklopeného ľahkými elektrónmi. Správanie elektrónov sa riadi pravidlami kvantovej mechaniky. Tieto pravidlá umožňujú elektrónom obsadzovať konkrétne regióny nazývané orbitály. Interakcie atómov sú takmer výlučne prostredníctvom ich najvzdialenejších elektrónov, takže tvar týchto orbitálov sa stáva veľmi dôležitým. Napríklad, keď sa atómy privedú vedľa seba, ak sa ich najvzdialenejšie orbitály prekrývajú, môžu vytvoriť silnú chemickú väzbu; Preto je pre pochopenie atómových interakcií dôležitá určitá znalosť tvaru orbitálov.
Kvantové čísla a orbitály
Fyzici zistili, že je vhodné použiť skratku na opis charakteristík elektrónov v atóme. Skratka je vyjadrená kvantovými číslami; tieto čísla môžu byť iba celé čísla, nie zlomky. Hlavné kvantové číslo n sa vzťahuje na energiu elektrónu; potom je tu orbitálne kvantové číslo, l a kvantové číslo hybnej hybnosti, m. Existujú aj ďalšie kvantové čísla, ale priamo nesúvisia s tvarom orbitálov. Orbitály nie sú obežné dráhy v tom zmysle, že sú cestami okolo jadra; namiesto toho predstavujú polohy, kde sa elektrón najpravdepodobnejšie nájde.
S Orbitáli
Pre každú hodnotu n je jedna obežná dráha, kde l a ma sú rovné nule. Tieto orbity sú sféry. Čím vyššia je hodnota n, tým väčšia je sféra - to znamená, že je pravdepodobnejšie, že elektrón bude nájdený ďalej od jadra. Gule nie sú v celom objeme rovnako husté; sú skôr ako vnorené škrupiny. Z historických dôvodov sa to nazýva orbitálne. Kvôli pravidlám kvantovej mechaniky musia mať elektróny s najnižšou energiou, keď n = 1, n a m rovné nule, takže jediným obežným bodom, ktorý existuje pre n = 1, je orbitál s. Orbitál existuje aj pre každú ďalšiu hodnotu n.
P Orbitály
Ak je n väčšie ako jedna, otvorí sa viac možností. L, orbitálne kvantové číslo, môže mať ľubovoľnú hodnotu až do n-1. Keď sa rovná jednej, obežná dráha sa nazýva orbitálna. Orbitaly vyzerajú ako činky. Pre každý l, m prechádza z kladného na záporný l v krokoch po jednom. Takže pre n = 2, l = 1, m sa môže rovnať 1, 0 alebo -1. To znamená, že existujú tri verzie orbitálu: jedna s činkou hore a dole, ďalšia s činkou zľava doprava a druhá s činkou v pravých uhloch k ostatným. P orbitaly existujú pre všetky základné kvantové čísla väčšie ako jedna, hoci majú vyššiu štruktúru, keď n je vyššie.
D Orbitály
Ak n = 3, potom l sa môže rovnať 2 a keď l = 2, m sa môže rovnať 2, 1, 0, -1 a -2. Orbitaly l = 2 sa nazývajú d orbitaly a existuje päť rôznych, ktoré zodpovedajú rôznym hodnotám m. N = 3, l = 2, m = 0 obežná dráha tiež vyzerá ako činka, ale so šišou okolo stredu. Ostatné štyri orbitaly vyzerajú ako štyri vajcia naskladané na konci v štvorcovom vzore. Rôzne verzie majú vajcia nasmerované rôznymi smermi.
F Orbitály
N = 4, l = 3 orbitály sa nazývajú f orbitaly a je ťažké ich opísať. Majú viac komplexných funkcií. Napríklad n = 4, l = 3, m = 0; m = 1; a m = -1 orbitaly sú opäť tvarované ako činky, ale teraz s dvoma šiškami medzi koncami činky. Ostatné hodnoty m vyzerajú ako zväzok ôsmich balónov so všetkými uzlami zviazanými v strede.
vizualizácia
Matematika, ktorá riadi elektrónové orbitaly, je dosť zložitá, existuje však veľa online zdrojov, ktoré poskytujú grafické realizácie rôznych orbitálov. Tieto nástroje sú veľmi užitočné pri vizualizácii správania elektrónov okolo atómov.