Elektroniorbitaaleille

Elektroniorbitaaleille tarkoitetaan atomissa sijaitsevien elektronien todennäköisyysjakaumia, jotka kuvaavat alueita, joilla elektroni sijaitsee suurimmalla todennäköisyydellä. Ne muodostavat elektronipilviä, eivät tarkkoja polkuja, ja niiden kuvaukseen käytetään kvanttimekaniikkaa sekä Schödingerin yhtälöä.

Tilat määritellään kvanttiluvuilla: pääkvanttiluku n, azimuthaln/k(l), magneettinen kvanttiluku m_l sekä spinin kvanttiluku s. S-tyypin orbitaalo (l = 0) on pallon symmetrinen, p-tyypin orbitaale (l = 1) ovat suunnikkaan muotoisia, d-tyypin (l = 2) ja f-tyypin (l = 3) orbitaaleilla on monimutkaisemmat muoto. Jokaisessa kuorella on n^2 orbitalia, ja kunkin kuoren enimmäismäärä elektroneja on 2n^2. Orbitaleja merkitään usein kirjaimilla ja numeroinnilla, kuten 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d ja niin edelleen.

Elektronit täyttävät orbitaleja Aufbau-periaatteen, Hundin säännön ja Pauli-esto-periaatteen mukaan. Tämä määrittää elektronikonfiguraation, joka vaikuttaa atomin kemiallisiin ominaisuuksiin sekä järjestykseen jaksollisessa järjestelmässä. Monien elektronien atomeissa energiatasot eivät ole täysin degeneroituneita elektronien vuorovaikutusten vuoksi; s-, p-, d- ja f-tilojen energiatasot voivat erota toisistaan pienesti.

Orbitaalit eivät kuitenkaan kuvaa elektronien todellisia ratoja, vaan todennäköisyydestä muodostuvia tiloja. Sijaintia voidaan pitää epävarmana, kunnes elektronin mittaaminen toteutuu. Orbitaalikonsepti on keskeinen kemian ja materiaalitieteen teorian ja laskennan perusta.