Indhold
Atomer er sammensat af en tung kerne omgivet af lette elektroner. Opførelsen af elektronerne styres af kvantemekanikens regler. Disse regler tillader elektroner at besætte bestemte regioner, der kaldes orbitaler. Atomer vekselvirker 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 en vis viden om orbitalernes form er vigtig for at forstå atomiske interaktioner.
Kvantetal og orbitaler
Fysikere har fundet det praktisk at bruge kortfattet beskrivelse af egenskaber ved elektroner i et atom. Korthormen angår kvanttal; disse tal kan kun være hele tal, ikke fraktioner. Det vigtigste kvanttal, n, er relateret til elektronens energi; så er der det orbitale kvanttal, l og det vinkelmomentiske kvanttal, m. Der er andre kvanttal, men de er ikke direkte relateret til formen på orbitaler. Orbitaler er ikke kredsløb i den forstand, at de er stier rundt om kernen; i stedet repræsenterer de de positioner, hvor elektronet mest sandsynligt findes.
S Orbitaler
For hver værdi af n er der en orbital, hvor både l og m er lig med nul. Disse orbitaler er sfærer. Jo højere værdien af n, jo større er kuglen - det vil sige, desto mere sandsynligt er det, at elektronet findes længere væk fra kernen. Kuglerne er ikke lige så tæt igennem; de ligner mere indlejrede skaller. Af historiske grunde kaldes dette en orbital. På grund af kvantemekanikens regler skal de laveste energielektroner med n = 1 have både l og m lig med nul, så den eneste orbitale, der findes for n = 1, er s orbitale. Orbitalen findes også for enhver anden værdi af n.
P Orbitaler
Når n er større end én, åbnes der flere muligheder. L, det orbitale kvanttal, kan have en hvilken som helst værdi op til n-1. Når jeg er lig med en, kaldes orbitalen en p-orbital. P orbitaler ser lidt ud som håndvægte. For hver l går m fra positiv til negativ l i trin af en. Så for n = 2, l = 1, kan m være 1, 0 eller -1. Det betyder, at der er tre versioner af p-orbitalen: en med håndvægten op og ned, en anden med håndvægten fra venstre til højre og en anden med håndvægten vinkelret på begge de andre. P-orbitaler findes for alle vigtigste kvanttal, der er større end et, selvom de har yderligere struktur, når n bliver højere.
D Orbitaler
Når n = 3, så kan l være 2, og når l = 2, kan m være 2, 1, 0, -1 og -2. L = 2 orbitaler kaldes d orbitaler, og der er fem forskellige, der svarer til de forskellige værdier for m. N = 3, l = 2, m = 0 orbital ligner også en håndvægt, men med en donut omkring midten. De andre fire d orbitaler ligner fire æg, der er stablet i enden i et kvadratisk mønster. De forskellige versioner har bare ægene, der peger i forskellige retninger.
F Orbitaler
N = 4, l = 3 orbitaler kaldes f orbitals, og de er vanskelige at beskrive. De har flere komplekse funktioner. For eksempel er n = 4, l = 3, m = 0; m = 1; og m = -1 orbitaler er formet som håndvægte igen, men nu med to donuts mellem enderne af vektstangen. De andre m-værdier ligner lidt et bundt med otte balloner, med alle deres knob bundet sammen i midten.
visualiseringer
Matematikken for elektroniske orbitaler er temmelig kompliceret, men der er mange online ressourcer, der giver grafiske realiseringer af de forskellige orbitaler. Disse værktøjer er meget nyttige til at visualisere opførsel af elektroner omkring atomer.