orbitaaleista

Orbitaaleista (orbitaalit) on käsite kvanttimekaniikasta, joka kuvaa elektronin todennäköisyysjakaumaa tietyllä alueella atomissa. Ne ovat ratkaisuja Schrödingerin yhtälölle ja niille liitetään kvanttiluvut: pääkvanttiluku n, kulmajäteinen l (l = 0 s-, l = 1 p-, l = 2 d-, l = 3 f- orbitaaleille), sekä magneettinen kvanttiluku m_l, joka voi olla -l … +l. Elektronin spinin ominaisuutta kuvaa kvanttiluku m_s, jonka arvot ovat +1/2 tai -1/2. Orbitaaleja merkitään usein nℓ, esimerkiksi 1s, 2s, 2p, 3d. Orbitaaleilla on tyypillisiä muotoja: s-orbitaali on pallomainen; p-orbitaaleilla on kolme lobia (px, py, pz); d- ja f- orbitaaleilla muotoja on monimutkaisempia, mutta niiden kokonaismäärä on viisi (d) ja seitsemän (f).

Energia- ja täyttötasotAtomien elektronit sijoittuvat orbitaaleihin Auf­bau-periaatteen ja Hundin säännön mukaan: elektronit täyttävät pienimmän energian orbitaaleja ensin, parittamisesta huolimatta, ja samalla tasolla pyritään yksinkertaiseen spinin suuntaan. Monien elektronien atomit voivat osoittaa energian hienosäätöjä elektronien välisestä vuorovaikutuksesta, jolloin energiat riippuvat sekä n:stä että l:stä (rielty Madelungin sääntöön). Tästä johtuen atomien elektronikonfiguraatiot määrittävät kemialliset ominaisuudet ja käyttäytymisen.

Orbitaleja käytetään laajasti sekä yksittäisten atomien että molekyylien rakenteen ja spektraalisuuden kuvauksessa. Ne toimivat perustana esimerkiksi elektronin jakautumiselle, kemialliselle sidokselle ja elektronipitoisuuden tutkimukselle.