Орбіталь атомна
А́томна орбіта́ль — хвильова функція електрона в атомі, яку описують трьома квантовими числами: головним квантовим числом n, азимутальним квантовим числом l та орбітальним магнітним квантовим числом m.
Атомна орбіталь може містити кілька електронних хвильових функцій. Зокрема, в молекулах та твердих тілах атомна орбіталь має вигляд лінійних комбінацій електронних хвильових функцій.
Атомну орбіталь позначають s, p, d, f, g, ... відповідно до значень квантового числа l = 0, 1, 2, 3, 4, ..., яке визначає характер симетрії хвильових функцій, тобто симетрію атомної орбіталі. Коли l = 0, то атомна орбіталь має сферичну симетрію; у сферичних координатах хвильові функції, які утворюють відповідну атомну орбіталь, залежать лише від відстані r і не залежать від кутових координат Θ та φ. Це проілюстровано прикладом хвильових функцій атома водню s-типу (див. таблицю). Якщо l ≠ 0, то хвильова функція електрона стає функцією кутових змінних.
Стани з l = 1 називають р-станами; існує 3 р-стани: pх, py i pz. Їх подають через хвильові функції [math]ψ_m[/math], які відповідають певним значенням m:
ψpx = 1/√2 (ψ1 + ψ-1); ψpy = - 1/√2 (ψ1 - ψ-1); ψpz = ψ0.
Як приклад можна розглянути хвильову функцію стану 2pх атома водню (див. таблицю). Ця функція відповідає електронній хмарі, розтягненій у напрямку ОХ завдяки кутовому множникові sin Θ cos φ.
Таблиця. Хвильові функції, які відповідають двом найнижчим енергетичним рівням атома водню
| Квантове число n | Квантове число l | Квантове число m | Хвильові функції | |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 0 | 0 | ψ 1s = (π) - 1 / 2 (a0) - 3 / 2 exp ( - r / a0) | |
| 2 | 0 | 0 | ψ 2s = 1/4 (2π) - 1 / 2 (a0) - 3 / 2 (2 - r / a0) exp ( - r / 2a0) | |
| 2 | 1 | 0 | ψ 2pz = 1/4 (2π) - 1 / 2 (a0) - 5 / 2 r exp ( - r / 2a0) cos Θ | |
| 2 | 1 | 1 | ψ 2px = 1/4 (2π) - 1 / 2 (a0) - 5 / 2 r exp ( - r / 2a0) sin Θ cos φ | |
| 2 | 1 | -1 | ψ 2py = 1/4 (2π) - 1 / 2 (a0) - 5 / 2 r exp ( - r / 2a0) sin Θ sin φ |
У загальному випадку хвильові функції атомної орбіталі описують просторовими та спіновими координатами, а відповідну атомну орбіталь називають спін-орбіталлю. Згідно з принципом Паулі (принципом заборони), на одній спін-орбіталі не може перебувати більше 1 електрона, тобто не може існувати 2 електрони з однаковим вибором 4-х квантових чисел.
У процесі утворення атомами хімічних зв’язків у молекулах та твердих тілах головну роль відіграють гібридні атомні орбіталі, які є лінійними комбінаціями атомних орбіталей з різними значеннями. Для багатоелектронних атомних систем утворення таких лінійних комбінацій є наближеним, тому що енергія електронів – функція не лише головного квантового числа n, але й азимутального l. Однак, оскільки залежність енергії від n значно сильніша, ніж від l, згадане наближення використовують доволі часто: воно зручне для вирішення багатьох завдань квантової теорії молекул та твердих тіл. Найчастіше гібридні атомні орбіталі будуються з s- та р-орбіталей, у деяких випадках до них додаються також d-орбіталі. Наприклад, sp3-гібридні атомні орбіталі, які складаються з чотирьох атомних орбіталей s, px, py та pz, просторово утворюють тетраедричну атомну орбіталь — структуру цинкової обманки (Si, Ge, GaAs та ін.). У молекулах та твердих тілах, що складаються з відносно простих атомів, хімічний зв’язок утворюється з гібридних атомних орбіталей, як правило, на основі s- та p-атомних орбіталей. У багатоелектронних системах тип гібридизації складніший.
Література
- Кнорре Д. Г., Крылова Л. Ф., Музыкантов В. С. Физическая химия. 2-е изд. Москва : Высшая школа, 1990. 416 с.
- Blackman A., Bottle S., Schmid S. Chemistry. 4th ed. Milton : John Wiley & Sons, 2019. 1704 p.
Автор ВУЕ
Покликання на цю статтю: Орбіталь атомна // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Орбіталь атомна (дата звернення: 28.04.2024).
Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено: 17.07.2022
Важливо!
Ворог не зупиняється у гібридній війні і постійно атакує наш інформаційний простір фейками.
Ми закликаємо послуговуватися інформацією лише з офіційних сторінок органів влади.
Збережіть собі офіційні сторінки Національної поліції України та обласних управлінь поліції, аби оперативно отримувати правдиву інформацію.
Отримуйте інформацію тільки з офіційних сайтів
Офіс Президента України
Верховна Рада України
Кабінет Міністрів України
Служба безпеки України
Міністерство оборони України
Міністерство внутрішніх справ України
