Atomorbital
En atomorbital är inom kvantfysiken en vågfunktion för en elektron i en atom. Dessa orbitaler liknar mycket de exakta lösningarna av schrödingerekvationen för väteatomen. Ordet "orbital" ersätter ordet "bana" (engelska: orbit) som användes i Bohrs atommodell och i den halvklassiska gamla kvantmekaniken av Sommerfeld. Istället för en bana som beskriver en partikels rörelse representerar orbitaler stående vågor.
Innehåll |
Väteorbitaler[redigera]
För väte med en elektron i det elektriska fältet av en proton har schrödingerekvationen exakta lösningar. Dessa lösningar beskrivs med tre kvanttal, n, l och m. Orbitalernas energi beror i väte endast på huvudkvanttalet n, som motsvarar bohrmodellens atomskal. Man räknar från n = 1, 2, 3, 4, 5, vilket motsvarar skalen K, L, M, N, O.
Kvanttalet l anger elektronens rörelsemängdsmoment. Talet kan anta värden från 0 till n-1. Vågfunktionerna betecknas med bokstäverna s, p, d, f.
När rörelsemängdsmoment har sitt maximala värde vid l=n-1, har vågfunktionen inga radiella noder. Man talar här om cirkulära orbitaler, till exempel 3d- och 4f-orbitalerna. Elektronens sannolikhetstäthet i dessa orbitaler har sitt maximum vid bohrmodellens banradie n²a0. Lägre värden av l motsvarar Sommerfeld-teorins elliptiska orbitaler.
Det tredje kvanttalet m anger rörelsemängdsmomentets komponent parallellt med en vald axel, dess z-komponent. Talet m kan anta heltalliga värden mellan -l och l. När dess absoluta värde är maximalt för en "cirkulär orbital", ligger cirkelns plan vinkelrätt på z-axeln och har vinkelkomponenten ett antal de Broglie-våglängder lika med n. För m=l och m=-l är detta löpande vågor. En superposition av dessa två medurs och moturs löpande vågor är en stående våg; z-axeln ligger i nodplanen.
s-orbitaler[redigera]
För varje värde av huvudkvanttalet finns bara en s-orbital. Vid l=0 finns inget beroende på riktning utan vågfunktionen beror endast på avståndet till kärnan. Vågfunktionen beskrivs helt av den radiella delen, som är en stående våg med noder och antinoder. Endast s-orbitaler har en antinod vid kärnan. Antalet radiella noder (nollgenomgånger) är lika med n-l-1.
I väte och i joner med endast en elektron har alla orbitaler med samma huvudkvanttal samma energi. Det är en konsekvens av att elektronen rör sig i ett fält som är omvänt proportionellt mot avståndet i kvadrat enligt Coulombs lag. Men i atomer med fler elektroner har fältet ett starkare beroende på avstånd. Vid atomens utsida ger dessa negativt laddade elektroner en stor avskärmning av atomkärnans elektriska fält. Men s-orbitaler har en stor elektrontäthet nära kärnan, där fältet är starkt. Därmed befinner s-elektroner sig i genomsnitt i en djupare potential än elektroner med högre l-kvanttal. Det gör att kalium-atomens 4s-elektron kan ligga lägre i energi än dess cirkulära 3d-orbital. Se vidare artikeln elektronkonfiguration.
p-orbitaler[redigera]
För värden av huvudkvanttalet större eller lika med 2 finns tre olika p-orbitaler. Dessa kan skrivas som en produkt av en radiell funktion och klotytefunktioner som beror på två riktningsvinklar.
Se även[redigera]
Externa länkar[redigera]
- Wikimedia Commons har media som rör Atomorbital
