Orbitaaleihin

Orbitaaliin viitataan kvanttimekaniikan elektronin todennäköisyysjakaumana atomin ytimen ympärillä. Orbitaalit kuvaavat tiloja, joissa elektronin todennäköisyys esiintyä on suurin, ja ne määrittävät sekä energian että mahdolliset elektronien sijainnit tilassa. Jokaisella elektronilla on neljä kvanttinumeroa: pääkvanttiluku n, kulmamomentin kvanttiluku l, magneettinen kvanttiluku ml ja spinnin kvanttiluku ms.

Pääkuori n määrittää energian tason ja mahdollisten elektronien määrän. L-arvo saa arvon 0–n−1. Subshellin l-arvo määrittää orbitaalien määrän: 2l+1. Näin ollen s-subshellissa on 1 orbital, p-subshellissa 3, d-subshellissa 5 ja f-subshellissa 7. Jokainen orbital voi sisältää enintään kaksi elektronia, joiden spinit ovat vastakkaiset.

Geometrisesti s-orbitali on sferinen; p-orbitalit muodostavat kolme lobia ja ovat suunnattuina x-, y- ja z-akselien suuntiin; d- ja f-orbitalien muodot ovat monimutkaisempia. Elektronien täyttö noudattaa Aufbau- sekä Hundin sääntöjä: pienin n+l-arvoinen tila täytetään ensin, ja jos saman n+l-arvon orbitaleja on useita, täytetään ensin pienemmän n-arvon orbitalit. Hundin säännön mukaan samaan energiaan kuuluvilla orbitaleilla elektronit täyttävät ensin eri orbitaleihin ja suurimman mahdollisen määrän epäparittaisia spinejä ennen parittamista samaan orbitaliin.

Merkitys. Orbitaaleilla on keskeinen rooli kemiallisessa sitoutumisessa, elektronien jakautumisessa ja aineiden ominaisuuksissa. Ulkoelektronien konfiguraatio määrää sidosten todennäköisyyden, reaktiivisuuden sekä jaksollisen järjestelmän kuvauksen. Käytännössä orbitaleiden ymmärtäminen antaa perustan kemialliselle selitykselle, spektroskopialle ja materiaalien elektroniselle rakenteelle.