| Orbital | Dieser Text beschreibt Orbital.
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Orbital ArtikelAls Orbitale eines Atoms bezeichnet man die Aufenthaltsräume von Elektronen in der Elektronenhülle des jeweiligen Atoms. Das Quadrat der Wellenfunktion eines Elektrons in einer Atomhülle beschreibt die räumliche Aufenthaltswahrscheinlichkeit, die charakterisiert, wo man mit welcher Wahrscheinlichkeit Elektronen in der Elektronenhülle antreffen könnte.
Im zugrunde liegenden Wellenmodell existieren keine Kreisbahnen, wie in dem Atommodell von Niels Bohr und auch keine anderen, definierten Bahnen. Viel mehr brachten Entwicklungen der Quantenmechanik die Erkenntnis, dass der genaue Aufenthaltsort der Elektronen aufgrund der Unschärferelation nicht exakt, sondern ca. ihre Verteilung stochastisch beschrieben werden kann. Siehe auch heisenbergsche Unschärferelation.
Da sich die Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Elektronen bis in das Unendliche erstreckt, wählt man als Orbital den Aufenthaltsraum, im sich das betrachtete Elektron mit ungefähr 98 Prozent Wahrscheinlichkeit aufhält. Man erhält damit Räume, die ungefähr der Größe der Atome entsprechen. Die Begrenzungsflächen sind Flächen gleicher Aufenthaltswahrscheinlichkeit (Isoflächen).
Buch-Tipp: Einführung in die Festkörperphysik (Teubner Studienbücher) Kein schlechtes Buch zur Festkörperphysik Die Festkörperphysik ist derzeit eines der aktuellsten und wichtigsten Forschungsgebiete der experimentellen und theoretischen Physik. Das Buch von Konrad Kopitzki (und Peter Herzog) gefällt mir ganz gut. Es ist lesbar geschrieben, nicht zu langweilig, Vektoren werden mit Vektorpfeilen geschrieben, Formeln... | |
Orbitale werden anhand der vier Quantenzahlen n, m, l und s klassifiziert, wobei gilt:
- n (Hauptquantenzahl, Wertebereich: 1, 2, 3, ..) beschreibt das Hauptenergieniveau, welches ein Elektron besitzt. Es entspricht gewissermaßen der Bahnzahl n des Bohr'schen Atommodells
- l (Bahndrehimpulsquantenzahl, Wertebereich: 0, 1, .. n-1) beschreibt den Bahndrehimpuls des Elektrons
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- Bei gleichem n-Wert haben Orbitale höherer l-Werte höhere Energie.
- m (magnetische Quantenzahl, Wertebereich: -l .. +l) beschreibt die räumliche Ausrichtung, die das Orbital bezüglich eines äußeren Magnetfeldes einnimmt. Für die Projektion des Drehimpulsvektors auf die Richtung des Magnetfeldes gilt:
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- s ist die Spinmagnetquantenzahl, kurz Spin. Ihre Existenz deutet man als Eigenrotation der Elektronen. Sie legt den Drehimpuls dieser Rotation fest und kann für Elektronen den Wert +1/2 oder −1/2 annehmen.
Buch-Tipp: Elektronen gibt es hier nicht Elektrizität mal anders Früher dachte ich eigentlich nicht, dass Elektrizität so lustig sein kann. . . bis ich dieses Buch gelesen habe! Die viele Erklärungen sind sehr bildhaft und wirklich verständlich geschrieben, eingebettet in eine lustige Geschichte von einem "Grüni", der der Menschheit endlich die Wahrheit über Elektrizität sagen will.... |
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Die Orbitale zu den verschiedenen l Zahlen haben charakteristische (grobe) Formen, die auch bei höheren n-Werten qualitativ erhalten bleiben. Jedem l wird aus historischen Gründen ein bestimmter Buchstabe zugeteilt:
| Name | ausgeschrieben | Wert von l | Aussehen
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| s-Orbital | sharp | l=0 | radialsymetrisch
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| p-Orbital | principal | l=1 | hantelförmig in den drei Raumachsen
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| d-Orbital | diffuse | l=2 | gekreuzte Doppelhantel
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| f-Orbital | fundamental | l=3 | rosettenförmig
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(Die Nennungen s, p, d und f stammen aus der Spektroskopie und dienen ca. der Nennung)
Die Orbitale charakterisieren streng genommen ca. die möglichen Eigenschwingungszustände der Elektronen-Wahrscheinlichkeitswellen , wie sie in Einelektronensystemen, wie z.B. Wasserstoffatom H oder Heliumionen He+, Lithiumionen Li2+ usw. vorkommen. Die zu den Orbitalen gehörigen Wellenfunktionen (siehe Kugelflächenfunktionen) ergeben sich aus der stationären Schrödingergleichung Einelektronensystems. Trotz dieser Beschränktheit reicht allerdings die Kenntnis der groben Form der Orbitale, die auch in Mehrelektronensystemen erhalten bleibt, um viele qualitative Fragen zu dem Aufbau von Stoffen zu beantworten.
Buch-Tipp: Imaging of Orbital and Visual Pathway Pathology (Medical Radiology) Das Buch " Imaging of Orbital and Visual Pathway Pathology (Medical Radiology)" ist leider ohne Beschreibung. Klicken Sie auf den Link über diesem Text um zu der Seite des Buchhändlers zu gelangen. Beim Klicken ö ffnet sich automatich ein neues Fenster mit dem Entsprechenden Buch. |
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Einige Symmetrien von chemischen Bindungen scheinen den charakteristischen Formen der Orbitale zu widersprechen. Diese Bindungssymmetrien werden erst durch die Bildung von Hybrid-Orbitalen verständlich.
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