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Come visualizzare gli orbitali di elettrone di idrogeno

Come visualizzare gli orbitali di elettrone di idrogeno


Molti dei concetti che si incontrano nella meccanica quantistica o chimica quantistica può essere difficile da visualizzare. È una cosa da dire, ad esempio, che gli elettroni presentano proprietà ondulatorie e particella-come, ma cosa significa in realtà? Orbitali atomici di disegno può essere un ottimo modo per familiarizzare con alcuni concetti di base e ottenere un senso più intuitivo di come importa opere giù a livello subatomico. Ecco come disegnare gli orbitali per un atomo di idrogeno.

Istruzioni

1 ricordiamo che un elettrone in un atomo di idrogeno può esistere solo in determinati stati discreti, ciascuno descritto da un'equazione ondulatoria chiamata una funzione d'onda. Un orbitale atomico è fondamentalmente uno degli Stati di che un elettrone può occupare. La funzione d'onda di squadratura dà la probabilità che l'elettrone si trova in un qualsiasi punto. Se si dovesse disegnare un grafico 3D del quadrato della funzione d'onda e aree di alta probabilità un colore più scuro a colori e aree di bassa probabilità un colore più chiaro, si avrebbe una giusta idea dove potrebbe essere trovato l'elettrone.

2 si noti che, anziché scrivere la funzione d'onda completa, chimici utilizzano una sorta di stenografia, dove ogni stato che può occupare un elettrone è descritto da quattro diversi numeri quantici. Il primo, il principale o il n, indica la dimensione del orbital e può essere qualsiasi valore intero 1 o superiore. Tutti gli orbitali che condividono lo stesso numero quantico principale sono chiamati una shell. La seconda, la quantità di moto angolare, denota la forma del orbital. Per evitare confusione, è generalmente rappresentato come una lettera piuttosto che un numero; le lettere sono s, p, d dove s = 0, p = 1, d = 2 e f = 3. (Ci sono altri valori possibili per la quantità di moto angolare, ma non si incontrano niente sopra d in un corso di chimica organica o generale). Tutti gli orbitali che condividono lo stesso numero di quantum di quantità di moto angolare sono chiamati una subshell. Il terzo numero quantico, il numero di quantum magnetico, indica l'orientamento del orbital. Il quarto numero di quantum è lo spin, o l'orientamento dell'asse di rotazione dell'elettrone. Gli elettroni possono avere solo due valori per spin, + 1/2 e -1/2. Nessun elettrone può avere lo stesso insieme di numeri quantici. Di conseguenza, un massimo di due elettroni possa occupare qualsiasi dato orbitale, e se un orbitale contiene due elettroni, devono avere spin opposti.

3 si noti che a causa dei possibili valori per il numero di quantum magnetico e il momento angolare, coperture superiori contengono più subshell, e subshell superiore contengono orbitali più possibili. Un s-subshell può avere solo un orbitale, mentre una subshell p ha tre, una subshell d 5 e una subshell f 7. I numeri quantici consentiti sono i seguenti: la prima shell (n = 1) contiene solo una s orbitale. La seconda shell (n = 2) contiene un orbitale s e orbitali 3P. La shell terza (n = 3) contiene un orbitale s, 3P orbitali e orbitali 5D. La shell di quarta (n = 4) contiene un orbitale s, gli orbitali 3P, 7 f orbitali e orbitali 5D.

4 aprire il link nella sezione risorse qui sotto e guardare le animazioni per ogni tipo di orbitale per ottenere un tatto per le diverse forme.

5 disegnare un s-orbitale. S-orbitali sono di forma sferica e centrata sul nucleo. Più è alto il numero principale di quantum, sarà più grande il s-orbitale. Un atomo di idrogeno non ionizzata nella sua energia più bassa o stato fondamentale ha solo un elettrone in un orbitale-1s. (Si noti che chimici di solito scrivono il numero principale di quantum, seguito dalla subshell o quantità di moto angolare; pertanto, 1s significa primo guscio, orbitali di tipo s). Ricordate che quando si disegna la forma, si è semplicemente disegnando la forma approssimativa della regione di più alta densità di probabilità..--cioè dove ci aspettiamo che l'elettrone sarà più probabile essere. Poiché un elettrone esibisce dualità onda - particella, non possiamo sapere con precisione sia la posizione e la quantità di moto dell'elettrone, tuttavia, così ci sarà sempre qualche incertezza, e se abbiamo voluto essere davvero precisi i bordi del orbital dovrebbero essere fuzzy come una nuvola. In realtà, una nuvola costante mutamento di carica negativa è forse il modo migliore e più semplice immaginare gli elettroni in un orbitale.

6 disegnare tre p-orbitali in seconda shell. P-orbitali sono approssimativamente a forma di bilanciere. Ognuno dei tre si trova lungo un asse diverso: lungo l'asse x, lungo l'asse y e asse z. Si noti che p-orbitali hanno una forma molto diversa da s-orbitali.

7 disegnare cinque d-orbitali in shell terza. D-orbitali sono un po' più complicati disegnare. Quattro di loro formano figure a trifoglio. Un quadrifoglio è nel piano xy, con suo "lascia" a metà strada tra i due assi su entrambi i lati. Un altro Quadrifoglio è nella yz aereo e ancora un altro è nel piano xz. Un quarto orbitale a forma di Quadrifoglio è nel piano xy, ma con la sua "lascia" che punta direttamente lungo gli assi. Il quinto e ultimo d-orbitale è a forma di elica e punti dritto lungo l'asse z con un anello intorno al centro.