Czytaj więcej"/> Drukuj
Orbital funkcja falowa, będąca rozwiązaniem równania Schrödingera dla szczególnego przypadku układu jednego elektronu znajdującego się na jednej z powłok atomowych lub tworzących wiązanie chemiczne.
Orbital jest funkcją falową jednego elektronu, której kwadrat modułu (zgodnie z interpretacją Maxa Borna) określa gęstość prawdopodobieństwa napotkania elektronu w danym punkcie przestrzeni.
Pojęcie orbitalu jest często mylone z tzw. "kształtem" orbitalu, czyli konturem orbitalu, który jest najmniejszym obszarem w którym prawdopodobieństwo napotkania elektronu jest bliskie 1 (zwykle przyjmuje się wartość 0,9). W terminach chemii kwantowej orbital to jednak funkcja matematyczna, a nie kształt obszaru z tej funkcji wynikający, ani jakieś "miejsce", gdzie elektron zwykle przebywa.

Rodzaje orbitali

Orbitale dzielimy na:

Kształty orbitali

Kształty orbitali opisujących dany elektron w atomie lub cząsteczce zależą od usytuowania tych elektronów względem jąder oraz innych elektronów, które z kolei wynikają z liczb kwantowych przypisanych do danego elektronu. Usytuowanie to jest nazywane konfiguracją elektronową.
Orbital -

Kształty orbitali w funkcji liczb kwantowych

Zapełnianie orbitali przez elektrony przebiega zgodnie z zakazem Pauliego. Dany orbital (poziom energetyczny) może pomieścić co najwyżej dwa elektrony o różnym spinie co stanowi podstawę budowy ukladu okresowego pierwiastków.

Głębsze spojrzenie na orbitale jako funkcje falowe

Pojęcie orbitalu ma sens wyłącznie w ramach tzw. przybliżenia jednoelektronowego (czyli w metodzie Hartree'go-Focka, Kohna-Shama (DFT) i pochodnych) i nie ma bezpośredniej interpretacji fizycznej. W tej teorii wieloelektronowa funkcja falowa jest równa tzw. wyznacznikowi Slatera, utworzonemu z jednoelektronowych orbitali. Należy podkreślić, że dla danego układu istnieje nieskończenie wiele "zestawów" orbitali molekularnych odpowiadających tej samej wieloelektronowej funkcji falowej. Najczęściej korzysta się z tzw. kanonicznych (lub spektroskopowych) orbitali Hartree'go-Focka lub z orbitali lokalizowanych.
Orbitalami atomowymi nazywa się albo orbitale elektronów w izolowanych atomach, albo funkcje bazy, na których rozwijane są orbitale molekularne.
Orbitale molekularne to funkcje falowe elektronów poruszających się w uśrednionym polu pozostałych elektronów cząsteczki i w polu jąder. Zwykle przedstawia się je w postaci kombinacji liniowej funkcji bazy (jest to tzw. metoda LCAO MO, czyli rozwinięcie Roothaana-Halla). Jako funkcje bazy stosuje się zazwyczaj funkcje zbliżone do orbitali atomu wodoru, lecz o uproszczonej części radialnej.
Orbitale niezajęte (wirtualne, antywiążące) opisują stany nie zajęte przez elektrony w stanie podstawowym cząsteczki.
Z orbitalem związana jest tzw. energia orbitalna (równa średniej wartości operatora Focka). Zgodnie z twierdzeniem Koopmansa, energia orbitalu HOMO (czyli najwyższego zajętego) jest zbliżona do potencjału jonizacji, a energia orbitalu LUMO (najniższego niezajętego) jest przybliżeniem energii powinowactwa elektronowego. W teorii funkcjonałów gęstości (DFT) odpowiednikiem twierdzenia Koopmansa jest twierdzenie Janaka.

Uwaga końcowa

Pojęcie orbitalu nastręcza często trudności w wyobrażeniu sobie jaki ruch wykonują elektrony w atomach. Najprostszą odpowiedzią na ten dylemat jest nie starać się sobie tego wyobrażać w konwencjonalny, mechaniczny sposób. Elektron (a także inne cząstki elementarne) nie zachowują się bowiem tak jak kulki czy planety wokół słońca, lecz mają złożony falowo-korpuskularny charakter, który daje się opisywać złożonymi równaniami matematycznymi, których nie sposób sobie "uzmysłowić", czyli wytworzyć sobie na ich podstawie jakiś model, który dałoby się zbudwać z prostych wrażeń zmysłowych.
Materiał wydrukowany z portalu zgapa.pl dnia 2020-10-30 20:22:09