Orbital

Orbital, in chemistry and physics, a mathematical expression, called a wave function, that describes properties characteristic of no more than two electrons in the vicinity of an atomic nucleus or of a system of nuclei as in a molecule. An orbital often is depicted as a three-dimensional region within which there is a 95 percent probability of finding the electron (see illustration).

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Wie bereits erwähnt, sind die mit einem Atomkern assoziierten Elektronen in verschiedenen spezifischen Regionen des Raums lokalisiert oder konzentriert, die…

Atomorbitale werden üblicherweise durch eine Kombination von Ziffern und Buchstaben bezeichnet, die für bestimmte Eigenschaften der mit den Orbitalen verbundenen Elektronen stehen – zum Beispiel 1s, 2p, 3d, 4f. Die Ziffern, die sogenannten Hauptquantenzahlen, geben die Energieniveaus sowie den relativen Abstand zum Kern an. Ein 1s-Elektron nimmt das Energieniveau ein, das dem Kern am nächsten liegt. Ein 2s-Elektron, das weniger stark gebunden ist, verbringt die meiste Zeit in größerer Entfernung vom Kern. Die Buchstaben s, p, d und f bezeichnen die Form des Orbitales. (Die Form ergibt sich aus der Größe des Drehimpulses des Elektrons, der sich aus seiner Winkelbewegung ergibt.) Ein s-Orbital ist kugelförmig und hat seinen Mittelpunkt im Kern. So ist ein 1s-Elektron fast vollständig auf einen kugelförmigen Bereich in der Nähe des Kerns beschränkt; ein 2s-Elektron ist auf eine etwas größere Kugel beschränkt. Ein p-Orbital hat die ungefähre Form eines Paares von Lappen auf gegenüberliegenden Seiten des Kerns oder die Form einer Art Hantel. Die Wahrscheinlichkeit, dass sich ein Elektron in einem p-Orbital befindet, ist in beiden Hälften gleich groß. Die Formen der anderen Orbitale sind etwas komplizierter. Die Buchstaben s, p, d, f wurden ursprünglich verwendet, um Spektren anschaulich in Serien zu klassifizieren, die als scharf, hauptsächlich, diffus und fundamental bezeichnet wurden, bevor der Zusammenhang zwischen Spektren und atomarer Elektronenkonfiguration bekannt war.

Im ersten Energieniveau gibt es keine p-Orbitale, aber in jedem der höheren Niveaus gibt es einen Satz von drei. Diese Tripletts sind im Raum so ausgerichtet, als lägen sie auf drei rechtwinklig zueinander stehenden Achsen, und können durch tiefgestellte Buchstaben unterschieden werden, z. B. 2px, 2py, 2pz. Mit Ausnahme der ersten beiden Hauptniveaus gibt es in allen Niveaus eine Gruppe von fünf d-Orbitalen und mit Ausnahme der ersten drei Hauptniveaus eine Gruppe von sieben f-Orbitalen, die alle eine komplizierte Ausrichtung haben.

Jedem Orbital können aufgrund ihres Spins nur zwei Elektronen zugeordnet werden. Man kann sich vorstellen, dass ein Elektron entweder einen Spin im oder gegen den Uhrzeigersinn um seine Achse hat, was jedes Elektron zu einem kleinen Magneten macht. Elektronen in vollen Orbitalen sind mit entgegengesetzten Spins oder entgegengesetzten magnetischen Polaritäten gepaart.