Ein Atomaugenhöhlen-ist eine mathematische Funktion, die das Welle ähnliche Verhalten entweder eines Elektrons oder eines Paares von Elektronen in einem Atom beschreibt. Diese Funktion kann verwendet werden, um die Wahrscheinlichkeit zu berechnen, jedes Elektron eines Atoms in jedem spezifischen Gebiet um den Kern des Atoms zu finden. Der Begriff kann sich auch auf das physische Gebiet beziehen, wo das Elektron berechnet werden kann, um, wie definiert, durch die besondere mathematische Form des Augenhöhlen-zu sein.

Atomare orbitals sind mathematische Funktionen, die von den Koordinaten von nur einem Elektron abhängen. Sie beschreiben die Welle ähnliche Natur dieses Elektrons in jedem Energiestaat, und werden deshalb Welle-Funktionen genannt, die gewöhnlich durch das Symbol ψ (griechischer Brief psi) angezeigt sind. Sie können die wasserstoffähnlichen "orbitals" sein, die genaue Lösungen der Gleichung von Schrödinger für ein wasserstoffähnliches "Atom" (d. h., ein Atom mit einem Elektron) sind. Wechselweise beziehen sich atomare orbitals auf Funktionen, die von den Koordinaten eines Elektrons (d. h. orbitals) abhängen, aber als Startpunkte verwendet werden, um Welle-Funktionen näher zu kommen, die von den gleichzeitigen Koordinaten aller Elektronen in einem Atom oder Molekül abhängen. Die für atomaren orbitals gewählten Koordinatensysteme sind gewöhnlich kugelförmige Koordinaten (r, θ,φ) in Atomen und Kartesianern (x, y, z) in Polyatommolekülen. Der Vorteil von kugelförmigen Koordinaten (für Atome) besteht darin, dass eine Augenhöhlenwelle-Funktion ein Produkt von drei Faktoren jeder Abhängige auf einer einzelnen Koordinate ist: ψ (r, θ,φ) = R(r) Θ (θ) Φ (φ).

Innerhalb eines Sehzusammenhangs sind atomare orbitals die grundlegenden Bausteine des einleitenden pädagogischen Elektronwolkenmodells (ist auf das Welle-Mechanik-Modell oder Atomaugenhöhlenmodell zurückzuführen gewesen, aber Verwenden-Partikel-Konzepte, um sich die mathematischen Verfahren zu vergegenwärtigen, haben gepflegt, Welle-Funktionen für Atome mit vielen Elektronen näher zu kommen). So (mit Partikel-Konzepten in der Kursive) stellt dieses Modell ein Fachwerk zur Verfügung, für das Stellen von Elektronen in einem Atom zu beschreiben. In diesem Modell besteht das Atom aus einem umgebenen Kern durch das Umkreisen von Elektronen. Diese Elektronen bestehen in so genannten atomaren orbitals, die eine Reihe von Quant-Staaten der negativ beladenen Elektronen sind, die im elektrischen Feld gefangen sind, das durch den positiv beladenen Kern erzeugt ist (der durch die Wirkung anderer Elektronen geschwächt werden kann, aber noch attraktiv in der Summe bleibt). Das Elektronwolkenmodell kann durch die Quant-Mechanik schließlich beschrieben werden, in der die Elektronen als stehende Wellen genauer beschrieben werden, die den Kern umgeben.

Atomare orbitals werden normalerweise durch n, l, und M Quantenzahlen kategorisiert, die der Energie des Elektrons, winkeligem Schwung und einem winkeligen Schwung-Vektor-Bestandteil beziehungsweise entsprechen. Jeder Augenhöhlen-wird durch einen verschiedenen Satz von Quantenzahlen definiert und enthält ein Maximum von zwei Elektronen. Die einfachen Namen s Augenhöhlen-, p Augenhöhlen-, d Augenhöhlen- und f Augenhöhlen-beziehen sich auf orbitals mit der winkeligen Schwung-Quantenzahl l = 0, 1, 2 und 3 beziehungsweise. Diese Namen zeigen die Augenhöhlengestalt an und werden verwendet, um die Elektronkonfigurationen zu beschreiben. Sie werden aus den Eigenschaften ihrer spektroskopischen Linien abgeleitet: Scharf, hauptsächlich, weitschweifig, und grundsätzlich, der Rest, der in alphabetischer Reihenfolge wird nennt (j weglassend).

Die Welle-Funktion für die Elektronwolke eines Mehrelektronatoms kann als gesehen werden (in der Annäherung) in einer Elektronkonfiguration aufgebaut werden, die ein Produkt von einfacherem wasserstoffähnlichem atomarem orbitals ist. Ψ (x, y, z, x, y, z)  1s (x, y, z) · 1s (x, y, z) = 1s. (Das wird als gelesen, "Der genauen Welle-Funktion abhängig von den gleichzeitigen Koordinaten der zwei Elektronen im Helium-Atom wird als ein Produkt von zwei atomare orbitals näher gekommen, von denen jeder von den Koordinaten von nur einem Elektron abhängt.") In solch einer Konfiguration werden Paare von Elektronen in einfachen sich wiederholenden Mustern eingeordnet, ungerade Zahlen zu vergrößern (1,3,5,7..) Von denen jeder eine Reihe von Elektronpaaren mit einer gegebenen Energie und winkeligem Schwung vertritt. Die sich wiederholende Periodizität der Blöcke 2, 6, 10, und 14 Elemente innerhalb von Abteilungen des Periodensystems entsteht natürlich aus der Gesamtzahl von Elektronen, die einen ganzen Satz von s, p, d und f atomarem orbitals beziehungsweise besetzen.

Die winkeligen Faktoren von atomarem orbitals Θ (θ) Φ (φ) erzeugen s, p, d, usw. Funktionen als echte Kombinationen von kugelförmigen Obertönen Y (θ, φ) (wo l und M Quantenzahlen sind). Es gibt normalerweise drei mathematische Formen für die radialen Funktionen R(r), der als ein Startpunkt für die Berechnung der Eigenschaften von Atomen und Molekülen mit vielen Elektronen gewählt werden kann.

1. die wasserstoffähnlichen atomaren orbitals werden aus der genauen Lösung der Gleichung von Schrödinger für ein Elektron und einen Kern abgeleitet. Der Teil der Funktion, die von der Entfernung vom Kern abhängt, hat Knoten (radiale Knoten) und verfällt als e vom Kern.
2. Der Augenhöhlen-Schieferdecker-Typ (STO) ist eine Form ohne radiale Knoten, aber verfällt vom Kern, wie den wasserstoffähnlichen Augenhöhlen-tut.
3. Die Form des Typs Gaussian Augenhöhlen-(Gaussians) hat keine radialen Knoten und Zerfall als e.

Obwohl wasserstoffähnlich, werden orbitals noch als pädagogische Werkzeuge verwendet, das Advent von Computern hat STOs vorzuziehend für Atome und diatomic Moleküle gemacht, da Kombinationen von STOs die Knoten im wasserstoffähnlichen atomar Augenhöhlen-ersetzen können. Gaussians werden normalerweise in Molekülen mit drei oder mehr Atomen verwendet. Obwohl nicht so genau durch sich wie STOs Kombinationen von vielen Gaussians die Genauigkeit von wasserstoffähnlichem orbitals erreichen können.

Einführung

Mit der Entwicklung der Quant-Mechanik wurde es gefunden, dass die umkreisenden Elektronen um einen Kern als Partikeln nicht völlig beschrieben werden konnten, aber durch die Dualität der Welle-Partikel erklärt werden mussten. In diesem Sinn haben die Elektronen die folgenden Eigenschaften:

Welle ähnliche Eigenschaften

Die Elektronen umkreisen den Kern im Sinne eines Planeten nicht, der die Sonne umkreist, aber bestehen stattdessen als stehende Wellen. Die niedrigstmögliche Energie, die ein Elektron nehmen kann, ist deshalb der grundsätzlichen Frequenz einer Welle auf einer Schnur analog. Höhere Energiestaaten sind dann Obertönen der grundsätzlichen Frequenz ähnlich.

Die Elektronen sind nie in einer einzelnen Punkt-Position, obwohl die Wahrscheinlichkeit, mit dem Elektron an einem einzelnen Punkt aufeinander zu wirken, von der Welle-Funktion des Elektrons gefunden werden kann.

Einer Partikel ähnliche Eigenschaften

Es gibt immer eine Zahl der ganzen Zahl von Elektronen, die den Kern umkreisen.

Elektronen springen zwischen orbitals auf eine einer Partikel ähnliche Mode. Zum Beispiel, wenn ein einzelnes Foton die Elektronen schlägt, ändert nur ein einzelne Elektron Staaten als Antwort auf das Foton.

Die Elektronen behalten Partikel-Mögen-Eigenschaften wie: Jeder Welle-Staat hat dieselbe elektrische Anklage wie die Elektronpartikel. Jeder Welle-Staat hat eine einzelne getrennte Drehung (Drehung oder Drehung unten).

Sich atomaren orbitals intuitiv vergegenwärtigend

Trotz der offensichtlichen Analogie zu Planeten, die um die Sonne kreisen, können Elektronen nicht als feste Partikeln beschrieben werden. Außerdem ähneln atomare orbitals einem elliptischen Pfad eines Planeten in gewöhnlichen Atomen nicht nah. Eine genauere Analogie könnte die eines großen und häufig oddly-shaped "Atmosphäre" (das Elektron), verteilt um einen relativ winzigen Planeten (der Atomkern) sein. Ein Unterschied ist, dass einige von Elektronen eines Atoms, denjenigen in s orbitals, winkeligen Nullschwung haben, so können sie nicht in jedem Sinn, so das Bewegen des Kerns gedacht werden, wie ein Planet tut. (Ein Planet würde vertikal in die Sonne fallen und oben und unten dadurch schwingen müssen, um in einer Bahn ohne winkeligen Schwung zu sein). Andere Elektronen haben wirklich unterschiedliche Beträge des winkeligen Schwungs.

Atomare orbitals beschreiben genau die Gestalt dieser "Atmosphäre" nur, wenn ein einzelnes Elektron in einem Atom da ist. Wenn mehr Elektronen zu einem einzelnen Atom hinzugefügt werden, neigen die zusätzlichen Elektronen dazu, ein Volumen des Raums um den Kern gleichmäßiger auszufüllen, so dass die resultierende Sammlung (hat manchmal die "Elektronwolke des Atoms" genannt), zu einer allgemein kugelförmigen Zone der Wahrscheinlichkeit neigt, die beschreibt, wo die Elektronen des Atoms gefunden werden.

Geschichte

Der Begriff "Augenhöhlen-" wurde von Robert Mulliken 1932 ins Leben gerufen. Jedoch wurde die Idee, dass Elektronen um einen Kompaktkern mit dem bestimmten winkeligen Schwung kreisen könnten, mindestens 19 Jahre früher von Niels Bohr überzeugend diskutiert, und der japanische Physiker Hantaro Nagaoka hat eine Bahn-basierte Hypothese für das elektronische Verhalten schon in 1904 veröffentlicht.

Das Erklären des Verhaltens dieser Elektron"Bahnen" war eine der treibenden Kräfte hinter der Entwicklung der Quant-Mechanik.

Frühe Modelle

Mit der Entdeckung von J.J. Thomson des Elektrons 1897 ist es klar geworden, dass Atome nicht die kleinsten Bausteine der Natur waren, aber ziemlich zerlegbare Partikeln waren. Die kürzlich entdeckte Struktur innerhalb von Atomen hat viele verlockt sich vorzustellen, wie die konstituierenden Teile des Atoms mit einander aufeinander wirken könnten. Thomson hat theoretisiert, dass vielfache Elektronen in einer Bahn ähnlichen Ringen innerhalb einer positiv beladenen einem Gelee ähnlichen Substanz, und zwischen der Entdeckung des Elektrons und 1909 gekreist haben, war dieses "Pflaume-Pudding-Modell" die am meisten weit akzeptierte Erklärung des Atombaus.

Kurz nach der Entdeckung von Thomson hat Hantaro Nagaoka, ein japanischer Physiker, ein verschiedenes Modell für die elektronische Struktur vorausgesagt. Verschieden vom Pflaume-Pudding-Modell wurde die positive Anklage im "Saturnmodell von Nagaoka" in einen Hauptkern konzentriert, die Elektronen in kreisförmige an die Ringe des Saturns erinnernde Bahnen ziehend. Wenige Menschen haben Notiz von der Arbeit von Nagaoka zurzeit, genommen

und Nagaoka selbst hat einen grundsätzlichen Defekt in der Theorie sogar an seiner Vorstellung nämlich anerkannt, dass ein klassischer beladener Gegenstand Augenhöhlenbewegung nicht stützen kann, weil es sich beschleunigt und deshalb Energie wegen der elektromagnetischen Radiation verliert. Dennoch hat sich das Saturnmodell erwiesen, mit der modernen Theorie mehr gemeinsam zu haben, als einige seiner Zeitgenossen.

Atom von Bohr

1909 hat Ernest Rutherford entdeckt, dass die positive Hälfte von Atomen in einen Kern, dicht kondensiert wurde

und es ist klar von seiner Analyse 1911 geworden, dass das Pflaume-Pudding-Modell Atombau nicht erklären konnte. Kurz danach, 1913, hat der Postdoktorstudent von Rutherford Niels Bohr ein neues Modell des Atoms vorgeschlagen, worin Elektronen den Kern mit klassischen Perioden umkreist haben, aber nur erlaubt wurden, getrennte Werte des winkeligen Schwungs zu haben, der in Einheiten h/2π gequantelt ist. Diese Einschränkung hat automatisch nur bestimmte Werte von Elektronenergien erlaubt. Das Modell von Bohr des Atoms hat das Problem des Energieverlustes von der Radiation von einem Boden-Staat befestigt (durch das Erklären, dass es keinen Staat darunter gab), und wichtiger den Ursprung von geisterhaften Linien erklärt hat.

Nach dem Gebrauch von Bohr der Erklärung von Einstein der fotoelektrischen Wirkung, Energieniveaus in Atomen mit der Wellenlänge des ausgestrahlten Lichtes zu verbinden, ist die Verbindung zwischen der Struktur von Elektronen in Atomen und der Emission und den Absorptionsspektren von Atomen ein immer nützlicheres Werkzeug im Verstehen von Elektronen in Atomen geworden. Das hervorstechendste Merkmal der Emission und Absorptionsspektren (bekannt experimentell seit der Mitte des 19. Jahrhunderts), war, dass diese Atomspektren getrennte Linien enthalten haben. Die Bedeutung des Modells von Bohr bestand darin, dass es die Linien in der Emission und den Absorptionsspektren zu den Energieunterschieden zwischen den Bahnen verbunden hat, die Elektronen um ein Atom nehmen konnten. Das wurde jedoch von Bohr durch das Geben der Elektronen eine Art Welle ähnliche Eigenschaften seit der Idee nicht erreicht, dass sich Elektronen benehmen konnten, weil Sache-Wellen bis zwölf Jahre später nicht angedeutet wurde. Und doch, der Mustergebrauch von Bohr von gequantelten winkeligen Schwüngen und deshalb waren gequantelte Energieniveaus ein bedeutender Schritt zum Verstehen von Elektronen in Atomen, und auch ein bedeutender Schritt zur Entwicklung der Quant-Mechanik im Vorschlagen, das Selbstbeherrschungen gequantelt hat, muss für alle diskontinuierlichen Energieniveaus und Spektren in Atomen verantwortlich sein.

Mit dem Vorschlag von de Broglie der Existenz von Elektronsache-Wellen 1924, und seit einer kurzen Zeit vor vollem 1926 Gleichungsbehandlung von Schrödinger von Wasserstoff wie Atom, wie man sehen konnte, war ein Elektron von Bohr "Wellenlänge" eine Funktion seines Schwungs, und so, wie man sah, hat ein Bohr, der Elektron umkreist, in einem Kreis an einem Vielfache seiner Halbwellenlänge umkreist (dieses historisch falsche Modell von Bohr wird noch gelegentlich Studenten unterrichtet). Das Modell von Bohr seit einer kurzen Zeit konnte als ein klassisches Modell mit einer zusätzlichen durch das 'Wellenlänge'-Argument zur Verfügung gestellten Einschränkung gesehen werden. Jedoch wurde diese Periode durch die volle dreidimensionale Welle-Mechanik von 1926 sofort ersetzt. In unserem aktuellen Verstehen der Physik wird das Modell von Bohr ein halbklassisches Modell wegen seines quantization des winkeligen Schwungs genannt, nicht in erster Linie wegen seiner Beziehung mit der Elektronwellenlänge, die im Nachhinein ein Dutzend Jahre erschienen ist, nachdem das Modell von Bohr vorgeschlagen wurde.

Das Modell von Bohr ist im Stande gewesen, die Emission und Absorptionsspektren von Wasserstoff zu erklären. Die Energien von Elektronen im n=1, 2, 3, setzen usw. im Mustermatch von Bohr diejenigen der aktuellen Physik fest. Jedoch hat das Ähnlichkeiten zwischen verschiedenen Atomen, wie ausgedrückt, durch das Periodensystem wie die Tatsache nicht erklärt, dass Helium (2 Elektronen), Neon (10 Elektronen), und Argon (18 Elektronen) ähnliches chemisches Verhalten ausstellt. Moderne Physik erklärt das durch die Anmerkung, dass der N=1-Staat 2 Elektronen hält, hält der N=2-Staat 8 Elektronen, und der N=3-Staat hält 8 Elektronen (in Argon). Schließlich wurde das durch die Entdeckung der modernen Quant-Mechanik und des Pauli Ausschluss-Grundsatzes gelöst.

Moderne Vorstellungen und Verbindungen zum Heisenberg Unklarheitsgrundsatz

Sofort, nachdem Heisenberg seine Unklarheitsbeziehung, entdeckt

hat

es wurde von Bohr bemerkt, dass die Existenz jeder Sorte des Welle-Pakets Unklarheit in der Welle-Frequenz und Wellenlänge einbezieht, da eine Ausbreitung von Frequenzen erforderlich ist, um das Paket selbst zu schaffen.

In der Quant-Mechanik, wo alle Partikel-Schwünge mit Wellen vereinigt werden, ist es die Bildung solch eines Welle-Pakets, das die Welle, und so die Partikel im Raum lokalisiert. In Staaten, wo ein Quant mechanische Partikel gebunden wird, muss sie als ein Welle-Paket lokalisiert werden, und die Existenz des Pakets und seiner minimalen Größe bezieht eine Ausbreitung und minimalen Wert in der Partikel-Wellenlänge, und so auch Schwung und Energie ein. In der Quant-Mechanik, weil eine Partikel zu einem kleineren Gebiet im Raum lokalisiert wird, verlangt das verbundene komprimierte Welle-Paket eine größere und größere Reihe von Schwüngen, und so größere kinetische Energie. So, die Bindungsenergie, um eine Partikel in einem kleineren Gebiet des Raums, der Zunahmen ohne bestimmten zu enthalten oder zu fangen, weil das Gebiet des Raums kleiner wächst. Partikeln können auf einen geometrischen Punkt im Raum nicht eingeschränkt werden, da das einen unendlichen Partikel-Schwung verlangen würde.

In der Chemie, Schrödinger, Pauling, haben Mulliken und andere bemerkt, dass die Folge der Beziehung von Heisenberg war, dass, wie man betrachten konnte, das Elektron, als ein Welle-Paket, keine genaue Position in seinem Augenhöhlen-hatte. Max Born hat vorgeschlagen, dass die Position des Elektrons durch einen Wahrscheinlichkeitsvertrieb beschrieben werden musste, der mit der Entdeckung des Elektrons an einem Punkt in der Welle-Funktion verbunden wurde, die sein verbundenes Welle-Paket beschrieben hat. Die neue Quant-Mechanik hat genaue Ergebnisse, aber nur die Wahrscheinlichkeiten für das Ereignis einer Vielfalt von möglichen solche Ergebnisse nicht gegeben. Heisenberg hat gemeint, dass der Pfad einer bewegenden Partikel keine Bedeutung hat, wenn wir es nicht beobachten können, wie wir nicht mit Elektronen in einem Atom können.

Im Quant-Bild von Heisenberg, Schrödinger und anderen, ist das Atom von Bohr Nummer n für jeden Augenhöhlen-bekannt als ein N-Bereich in einem dreidimensionalen Atom geworden und wurde als die Mittelenergie der Wahrscheinlichkeitswolke des Welle-Pakets des Elektrons geschildert, das das Atom umgeben hat.

Augenhöhlennamen

Orbitals sind Vornamen in der Form:

:

wo X das Energieniveau entsprechend der Hauptquantenzahl n ist, ist Typ ein Kleinbuchstabe, der die Gestalt oder Subschale des Augenhöhlen-anzeigt, und es entspricht der winkeligen Quantenzahl l, und y ist die Zahl von Elektronen darin Augenhöhlen-.

Zum Beispiel hat der Augenhöhlen-1s (ausgesprochen "ein ess zwei") zwei Elektronen und ist das niedrigste Energieniveau (n = 1) und hat eine winkelige Quantenzahl von l = 0. In der Röntgenstrahl-Notation wird die Hauptquantenzahl ein damit vereinigter Brief gegeben. Da die mit jenen Zahlen vereinigten Briefe K, L, M, N, O... beziehungsweise sind.

Formelles Quant mechanische Definition

In der Quant-Mechanik wird der Staat eines Atoms, d. h. der eigenstates atomaren Hamiltonian, ausgebreitet (sieh Konfigurationswechselwirkungsvergrößerung und Basissatz) in geradlinige Kombinationen von anti-symmetrized Produkten (Schieferdecker-Determinanten) Ein-Elektron-Funktionen. Die Raumbestandteile dieser Ein-Elektron-Funktionen werden atomaren orbitals genannt. (Wenn man auch ihren Drehungsbestandteil denkt, spricht man von der Atomdrehung orbitals.)

In der Atomphysik entsprechen die geisterhaften Atomlinien Übergängen (große Fortschritte) zwischen Quant-Staaten eines Atoms. Diese Staaten werden durch eine Reihe von Quantenzahlen etikettiert, die im Begriff Symbol zusammengefasst ist, und haben gewöhnlich mit besonderen Elektronkonfigurationen, d. h. durch Beruf-Schemas von atomarem orbitals verkehrt (z.B, 1s 2s 2 Punkte für den Boden-Staat von Neon - Begriff-Symbol: S).

Diese Notation bedeutet, dass die entsprechenden Schieferdecker-Determinanten ein klares höheres Gewicht in der Konfigurationswechselwirkungsvergrößerung haben. Das Atomaugenhöhlenkonzept ist deshalb ein Schlüsselkonzept, für sich den mit einem gegebenen Übergang vereinigten Erregungsprozess zu vergegenwärtigen. Zum Beispiel kann man für einen gegebenen Übergang sagen, dass er der Erregung eines Elektrons von einem besetzten Augenhöhlen-bis einen gegebenen freien Augenhöhlen-entspricht. Dennoch muss man beachten, dass Elektronen fermions sind, der durch den Ausschluss-Grundsatz von Pauli geherrscht ist, und von den anderen Elektronen im Atom nicht bemerkenswert sein können. Außerdem geschieht es manchmal, dass die Konfigurationswechselwirkungsvergrößerung sehr langsam zusammenläuft, und dass man über die einfache Ein-Determinante-Welle-Funktion überhaupt nicht sprechen kann. Das ist der Fall, wenn Elektronkorrelation groß ist.

Im Wesentlichen ist ein Atomaugenhöhlen-eine Ein-Elektron-Welle-Funktion, wenn auch die meisten Elektronen in Ein-Elektron-Atomen nicht bestehen, und so ist die Ein-Elektron-Ansicht eine Annäherung. Wenn wir orbitals denken, wird uns häufig eine Augenhöhlenvision gegeben, die (selbst wenn sie nicht dargelegt wird) schwer unter Einfluss dieser Hartree-Fock Annäherung ist, die eine Weise ist, die Kompliziertheiten der molekularen Augenhöhlentheorie zu reduzieren.

Wasserstoffähnliche Atome

Die einfachsten atomaren orbitals sind diejenigen, die für Systeme mit einem einzelnen Elektron wie das Wasserstoffatom berechnet werden. Ein Atom jedes anderen Elements ionisiert unten zu einem einzelnen Elektron ist Wasserstoff sehr ähnlich, und die orbitals nehmen dieselbe Form an. In der Gleichung von Schrödinger für dieses System einer Verneinung und einer positiver Partikel sind die atomaren orbitals der eigenstates des Maschinenbedieners von Hamiltonian für die Energie. Sie können analytisch erhalten werden, bedeutend, dass die resultierenden orbitals Produkte einer polynomischen Reihe und trigonometrische und Exponentialfunktionen sind. (sieh Wasserstoffatom).

Für Atome mit zwei oder mehr Elektronen können die Regierungsgleichungen nur mit dem Gebrauch von Methoden der wiederholenden Annäherung gelöst werden. Orbitals von Mehrelektronatomen sind denjenigen von Wasserstoff, und in den einfachsten Modellen qualitativ ähnlich, sie werden genommen, um dieselbe Form zu haben. Für die strengere und genaue Analyse müssen die numerischen Annäherungen verwendet werden.

Ein gegebener (wasserstoffähnlicher) Atomaugenhöhlen-wird durch einzigartige Werte von drei Quantenzahlen identifiziert: n, l, und M. Die Regeln, die die Werte der Quantenzahlen und ihre Energien (sieh unten) einschränken, erklären die Elektronkonfiguration der Atome und des Periodensystems.

Die stationären Staaten (Quant-Staaten) der wasserstoffähnlichen Atome sind sein atomarer orbitals. Jedoch, im Allgemeinen, wird ein Verhalten eines Elektrons durch eine Augenhöhlen-Single nicht völlig beschrieben. Elektronstaaten werden am besten durch zeitabhängende "Mischungen" (geradlinige Kombinationen) vielfachen orbitals vertreten. Sieh Geradlinige Kombination der molekularen orbitals Atomaugenhöhlenmethode.

Die Quantenzahl n ist zuerst im Modell von Bohr erschienen, wo es den Radius jeder kreisförmigen Elektronbahn bestimmt. In der modernen Quant-Mechanik jedoch bestimmt n die Mittelentfernung des Elektrons vom Kern; alle Elektronen mit demselben Wert von n liegen in derselben durchschnittlichen Entfernung. Deshalb, wie man sagt, umfassen orbitals mit demselben Wert von n eine "Schale". Orbitals mit demselben Wert von n und wird auch derselbe Wert von l noch näher verbunden und wird gesagt, eine "Subschale" zu umfassen.

Quantenzahlen

Wegen des Quants mechanische Natur der Elektronen um einen Kern können sie nicht durch eine Position und Schwung beschrieben werden. Statt dessen werden sie durch eine Reihe von Quantenzahlen beschrieben, der sowohl die einer Partikel ähnliche Natur als auch die Welle ähnliche Natur der Elektronen umfasst. Ein Atomaugenhöhlen-wird durch die Werte der drei Quantenzahlen einzigartig identifiziert, und jeder Satz der drei Quantenzahlen entspricht genau einem Augenhöhlen-, aber die Quantenzahlen kommen nur in bestimmten Kombinationen von Werten vor. Die Quantenzahlen, zusammen mit den Regeln, ihre möglichen Werte regelnd, sind wie folgt:

Die Hauptquantenzahl, n, beschreibt die Energie des Elektrons und ist immer eine positive ganze Zahl. Tatsächlich kann es jede positive ganze Zahl sein, aber aus Gründen, die unten besprochen sind, wird auf große Anzahl selten gestoßen. Jedes Atom, hat im Allgemeinen, viele mit jedem Wert von n vereinigte orbitals; diese orbitals werden manchmal zusammen Elektronschalen genannt.

Die scheitelwinklige Quantenzahl beschreibt den winkeligen Augenhöhlenschwung jedes Elektrons und ist eine natürliche Zahl. Innerhalb einer Schale, wo n eine ganze Zahl n, Reihen über ganzen (ganze Zahl) Werte ist, die die Beziehung befriedigen. Zum Beispiel der n = hat 1 Schale nur orbitals mit, und der n = 2 Schale hat nur orbitals mit, und. Der Satz von orbitals, der mit einem besonderen Wert dessen vereinigt ist, wird manchmal eine Subschale insgesamt genannt.

Die magnetische Quantenzahl beschreibt den magnetischen Moment eines Elektrons in einer willkürlichen Richtung, und ist auch immer eine ganze Zahl. Innerhalb einer Subschale, wo eine ganze Zahl, Reihen so ist:.

Die obengenannten Ergebnisse können im folgenden Tisch zusammengefasst werden. Jede Zelle vertritt eine Subschale, und verzeichnet die Werte von verfügbaren in dieser Subschale. Leere Zellen vertreten Subschalen, die nicht bestehen.

Subschalen werden gewöhnlich durch ihren - und - Werte identifiziert. wird durch seinen numerischen Wert vertreten, aber wird durch einen Brief wie folgt vertreten: 0 wird durch 's', 1 durch 'p', 2 durch 'd', 3 durch 'f', und 4 durch 'g' vertreten. Zum Beispiel kann man von der Subschale mit und als '2s Subschale' sprechen.

Jedes Elektron hat auch eine Drehungsquantenzahl, s, der die Drehung jedes Elektrons (Drehung oder Drehung unten) beschreibt. Die Nummer s kann + sein oder-.

Der Pauli Ausschluss-Grundsatz stellt fest, dass keine zwei Elektronen denselben Quant-Staat besetzen können: Jedes Elektron in einem Atom muss eine einzigartige Kombination von Quantenzahlen haben.

Gestalten von orbitals

Einfache Bilder, Augenhöhlengestalten zeigend, sind beabsichtigt, um die winkeligen Formen von Gebieten im Raum zu beschreiben, wo die Elektronen, die den Augenhöhlen-besetzen, wahrscheinlich gefunden werden. Die Diagramme können jedoch das komplette Gebiet nicht zeigen, wo ein Elektron gefunden werden kann, seitdem gemäß der Quant-Mechanik gibt es eine Nichtnullwahrscheinlichkeit, das Elektron überall im Raum zu finden. Stattdessen sind die Diagramme ungefähre Darstellungen der Grenze oder zeichnen von Oberflächen die Umrisse, wo die Wahrscheinlichkeitsdichte | ψ (r, θ,φ) | einen unveränderlichen Wert, gewählt hat, so dass es eine bestimmte Wahrscheinlichkeit (zum Beispiel 90 %) gibt, das Elektron innerhalb der Kontur zu finden. Obwohl | ψ | weil das Quadrat eines absoluten Werts überall nichtnegativ ist, wird das Zeichen der Welle-Funktion ψ (r, θ,φ) häufig in jedem Subgebiet des Augenhöhlenbildes angezeigt.

Manchmal wird die ψ-Funktion grafisch dargestellt, um seine Phasen, aber nicht | ψ zu zeigen (r, θ,φ), der Wahrscheinlichkeitsdichte zeigt, aber keine Phasen hat (die im Prozess verloren worden sind, den absoluten Wert zu nehmen, da ψ (r, θ,φ) eine komplexe Zahl ist). | ψ (r θ,φ) neigen Augenhöhlengraphen dazu, weniger kugelförmige, dünnere Lappen zu haben als ψ (r, θ,φ) Graphen, aber dieselbe Zahl von Lappen in denselben Plätzen zu haben, und sind sonst erkennbar. Dieser Artikel, um Welle-Funktionsphasen zu zeigen, zeigt sich größtenteils ψ (r, θ,φ) Graphen.

Die Lappen können als Einmischungsmuster zwischen dem zwei Schalter angesehen werden, der "m" und "-m" Weisen mit dem Vorsprung des Augenhöhlen-auf das xy Flugzeug rotiert, das widerhallende "m" Wellenlängen um den Kreisumfang hat. Für jede M gibt es zwei von diesen

Im Allgemeinen bestimmt die Nummer n die Größe und Energie des Augenhöhlen-für einen gegebenen Kern: als n Zunahmen, die Größe der Augenhöhlenzunahmen. Jedoch, im Vergleichen verschiedener Elemente, veranlasst die höhere Kernanklage, Z, schwererer Elemente ihren orbitals, sich vergleichsweise zu leichteren zusammenzuziehen, so dass die gesamte Größe des ganzen Atoms sehr grob unveränderlich bleibt, gerade als die Zahl von Elektronen in schwereren Elementen (höher Z) zunimmt.

Auch allgemein, bestimmt eine Gestalt eines orbital und seine Orientierung. Jedoch, da einige orbitals durch Gleichungen in komplexen Zahlen beschrieben werden, hängt die Gestalt manchmal auch ab.

Die einzelnen s-orbitals werden wie Bereiche gestaltet. Für n = 1 ist der Bereich "fest" (es ist am Zentrum am dichtesten und verwelkt exponential äußerlich), aber für n = 2 oder mehr wird jeder einzelne s-orbital aus kugelförmig symmetrischen Oberflächen zusammengesetzt, die Schalen verschachtelt werden (d. h. die "Welle-Struktur", ist im Anschluss an einen sinusförmigen radialen Bestandteil ebenso radial). Sieh Illustration eines Querschnitts durch diese verschachtelten Schalen am Recht. Die s-orbitals für alle n Zahlen sind der einzige orbitals mit einem Antiknoten (ein Gebiet der hohen Welle-Funktionsdichte) am Zentrum des Kerns. Alle anderen orbitals (p, d, f, usw.) haben winkeligen Schwung, und vermeiden so den Kern (einen Welle-Knoten am Kern habend).

Die drei p-orbitals für n = 2 haben die Form von zwei Ellipsoiden mit einem Punkt von tangency am Kern (die zwei gelobbte Gestalt wird manchmal einen "Dummkopf" genannt). Die drei p-orbitals in jeder Schale werden rechtwinklig zu einander, wie bestimmt, durch ihre jeweilige geradlinige Kombination von Werten dessen orientiert.

Vier der fünf d-orbitals für n = 3 sehen ähnlich, jeder mit vier birnenförmigen Lappen, jeder Lappen-Tangente zu zwei andere und die Zentren des ganzen vier Lügens in einem Flugzeug zwischen einem Paar von Äxten aus. Drei dieser Flugzeuge sind der xy-, xz-, und die Yz-Flugzeuge, und das vierte hat die Zentren auf dem x und den y Äxten. Der fünfte und endgültige d-orbital besteht aus drei Gebieten der hohen Wahrscheinlichkeitsdichte: ein Ring mit zwei birnenförmigen Gebieten gelegt symmetrisch auf seiner z Achse.

Es gibt sieben f-orbitals, jeden mit Gestalten, die komplizierter sind als diejenigen des d-orbitals.

Für jeden s, p, d, f und g Satz von orbitals, bildet der Satz von orbitals, der es zusammensetzt, einen kugelförmig symmetrischen Satz von Gestalten. Für non-s orbitals, die Lappen, den Lappen-Punkt in Richtungen haben, um Raum so symmetrisch zu füllen wie möglich für die Zahl von Lappen, die für eine Reihe von Orientierungen bestehen. Zum Beispiel haben die drei p orbitals sechs Lappen, die zu jeder der sechs primären Richtungen des 3. Raums orientiert werden; für die 5 d orbitals gibt es insgesamt 18 Lappen, in denen wieder sechs in primären Richtungen hinweisen, und die 12 zusätzlichen Lappen die 12 Lücken schließen, die zwischen jedem bestehen, paart sich dieser 6 primären Äxte.

Zusätzlich, wie mit dem s orbitals der Fall ist, schätzen individueller p, d, f und g orbitals mit n höher als der niedrigstmögliche Wert, stellen Sie eine zusätzliche radiale Knotenstruktur aus, die an harmonische Wellen desselben Typs, im Vergleich zum niedrigsten (oder grundsätzlich) Weise der Welle erinnernd ist. Als mit s orbitals stellt dieses Phänomen p, d, f, und g orbitals am folgenden höher möglicher Wert von n (zum Beispiel, 3 Punkte orbitals gegen die grundsätzlichen 2 Punkte), ein zusätzlicher Knoten in jedem Lappen zur Verfügung. Noch steigern höhere Werte von n weiter die Zahl von radialen Knoten für jeden Typ von Augenhöhlen-.

Die Gestalten von atomarem orbitals im Ein-Elektron-Atom sind mit 3-dimensionalen kugelförmigen Obertönen verbunden. Diese Gestalten sind nicht einzigartig, und jede geradlinige Kombination ist wie eine Transformation zu Kubikobertönen gültig, tatsächlich ist es möglich, Sätze zu erzeugen, wo der ganze d's dieselbe Gestalt, gerade wie der p, p ist, und p dieselbe Gestalt sind.

Tisch von Orbitals

Dieser Tisch zeigt alle Augenhöhlenkonfigurationen für die echten wasserstoffähnlichen Welle-Funktionen bis zu 7s, und bedeckt deshalb die einfache elektronische Konfiguration für alle Elemente im Periodensystem bis zu Radium. ψ-Graphen werden mit - und + Welle-Funktionsphasen gezeigt, die in zwei verschiedenen Farben (willkürlich gezeigt sind, rot und blau). Der p Augenhöhlen-ist dasselbe als der p Augenhöhlen-, aber der p und p werden durch die Einnahme geradlinigen gebildet

Kombinationen des p und p orbitals (der ist, warum sie unter der M =±1 Etikett verzeichnet werden). Außerdem sind der p und p nicht

dieselbe Gestalt wie der p, da sie reine kugelförmige Obertöne sind.

Das qualitative Verstehen von Gestalten

Die Gestalten von atomarem orbitals können qualitativ verstanden werden, indem sie den analogen Fall von stehenden Wellen auf einer kreisförmigen Trommel in Betracht gezogen wird. Um die Analogie zu sehen, muss die Mittelschwingversetzung jedes Bit der Trommel-Membran vom Gleichgewicht-Punkt über viele Zyklen (ein Maß der durchschnittlichen Trommel-Membranengeschwindigkeit und des Schwungs an diesem Punkt) hinsichtlich der Entfernung dieses Punkts vom Zentrum des Trommel-Kopfs betrachtet werden. Wenn diese Versetzung genommen wird als, analog der Wahrscheinlichkeit zu sein, ein Elektron in einer gegebenen Entfernung vom Kern zu finden, dann wird es gesehen, dass die vielen Weisen der vibrierenden Platte Muster bilden, die die verschiedenen Gestalten von atomarem orbitals verfolgen. Der grundlegende Grund für diese Ähnlichkeit liegt in der Tatsache, dass der Vertrieb der kinetischen Energie und Schwung in einer Sache-Welle das prophetisch sind, wo die mit der Welle vereinigte Partikel sein wird. D. h. die Wahrscheinlichkeit, ein Elektron an einem gegebenen Platz zu finden, ist auch eine Funktion des durchschnittlichen Schwungs des Elektrons an diesem Punkt, da der hohe Elektronschwung an einer gegebenen Position dazu neigt, das Elektron in dieser Position über die Eigenschaften von Elektronwelle-Paketen "zu lokalisieren" (sieh den Unklarheitsgrundsatz von Heisenberg für Details des Mechanismus).

Diese Beziehung bedeutet, dass bestimmte Hauptmerkmale sowohl in Trommel-Membranenweisen als auch in atomarem orbitals beobachtet werden können. Zum Beispiel, in allen Weisen, die s orbitals (die Spitzenreihe in der belebten Illustration unten) analog sind, kann es gesehen werden, dass das wirkliche Zentrum der Trommel-Membran am stärksten, entsprechend dem Antiknoten im ganzen s orbitals in einem Atom vibriert. Dieser Antiknoten bedeutet, dass das Elektron höchstwahrscheinlich an der physischen Position des Kerns sein wird (den es gerade durch passiert, ohne es zu streuen oder zu schlagen), da es sich (durchschnittlich) am schnellsten an diesem Punkt bewegt, ihm maximalen Schwung gebend.

Eine geistige "planetarische Bahn" Bild, das am Verhalten von Elektronen in s orbitals am nächsten ist, von denen alle keinen winkeligen Schwung haben, könnte vielleicht die des Pfads eines atom-großen schwarzen Loches oder eine andere imaginäre Partikel sein, die im Stande ist, mit der Erhöhung der Geschwindigkeit vom Raum direkt durch die Erde zu fallen, ohne anzuhalten oder durch jede Kraft, aber Ernst betroffen zu werden, und auf diese Weise der Kern und die andere Seite in einer Gerade, und von wieder in den Raum misslingt, während sie sich vom umgekehrt Gravitationszerren verlangsamt. Wenn solch eine Partikel zur Erde Gravitations-gebunden würde, würde es nicht flüchten, aber würde eine Reihe von Pässen verfolgen, in denen es sich immer in einer maximalen Entfernung in den Raum verlangsamt hat, aber seine maximale Geschwindigkeit am Zentrum der Erde hatte (diese "Bahn" würde eine Augenhöhlenseltsamkeit 1.0 haben). Wenn solch eine Partikel auch eine Welle-Natur hätte, würde sie die höchste Wahrscheinlichkeit haben, gelegen zu werden, wo seine Geschwindigkeit und Schwung am höchsten waren, der am Kern der Erde sein würde. Außerdem anstatt auf eine ungeheuer schmale "Bahn" beschränkt zu werden, die eine Gerade ist, würde sie die Erde von allen Richtungen durchführen, und eine bevorzugte nicht haben. So, eine "lange Aussetzung" Fotographie seiner Bewegung im Laufe eines sehr langen Zeitraumes der Zeit, würde einen Bereich zeigen.

Um angehalten zu werden, würde solch eine Partikel mit der Erde irgendwie außer dem Ernst aufeinander wirken müssen. Auf eine ähnliche Weise haben alle s Elektronen eine begrenzte Wahrscheinlichkeit, innerhalb des Kerns gefunden zu werden, und das erlaubt s Elektronen, gelegentlich an ausschließlich Kernelektronwechselwirkungsprozessen, wie Elektronfestnahme und innere Konvertierung teilzunehmen.

Unten werden mehrere Trommel-Membranenvibrieren-Weisen gezeigt. Die analogen Welle-Funktionen des Wasserstoffatoms werden angezeigt. Eine Ähnlichkeit kann betrachtet werden, wo die Welle-Funktionen eines vibrierenden Trommel-Kopfs für ein Zwei-Koordinaten-System ψ sind (r, θ) und die Welle-Funktionen für einen vibrierenden Bereich Drei-Koordinaten-ψ (r, θ,φ) sind.

S-Typ-Weisen

Image:Drum Vibrieren mode01.gif|Mode (1s Augenhöhlen-)

Image:Drum Vibrieren mode02.gif|Mode (2s Augenhöhlen-)

Image:Drum Vibrieren mode03.gif|Mode (3s Augenhöhlen-)

</Galerie>

</Zentrum>

Keiner der anderen Sätze von Weisen in einer Trommel-Membran hat einen Hauptantiknoten, und in ihnen allen, die das Zentrum der Trommel nicht bewegt. Diese entsprechen einem Knoten am Kern für den ganzen non-s orbitals in einem Atom. Diese orbitals alle haben etwas winkeligen Schwung, und im planetarischen Modell, entsprechen sie Partikeln in der Bahn mit der Seltsamkeit weniger als 1.0, so dass sie gerade durch das Zentrum des primären Körpers nicht gehen, aber etwas weg davon behalten.

Außerdem zeigen die Trommel-Weisen, die p und d Weisen in einem Atom analog sind, Raumunregelmäßigkeit entlang den verschiedenen radialen Richtungen vom Zentrum der Trommel, wohingegen alle s Weisen analogen Weisen in der radialen Richtung vollkommen symmetrisch sind. Die nicht Eigenschaften der radialen Symmetrie von non-s orbitals sind notwendig, um eine Partikel mit dem winkeligen Schwung und einer Welle-Natur in einem Augenhöhlen-zu lokalisieren, wo es dazu neigen muss, der Hauptanziehungskraft-Kraft fernzubleiben, seitdem jede am Punkt der Hauptanziehungskraft lokalisierte Partikel keinen winkeligen Schwung haben konnte. Für diese Weisen neigen Wellen im Trommel-Kopf dazu, den Mittelpunkt zu vermeiden. Solche Eigenschaften betonen wieder, dass die Gestalten von atomarem orbitals eine direkte Folge der Welle-Natur von Elektronen sind.

P-Typ-Weisen

Image:Drum Vibrieren mode11.gif|Mode (2 Punkte Augenhöhlen-)

Image:Drum Vibrieren mode12.gif|Mode (3 Punkte Augenhöhlen-)

Image:Drum Vibrieren mode13.gif|Mode (4 Punkte Augenhöhlen-)

</Galerie>

D-Typ-Weisen

Image:Drum Vibrieren mode21.gif|Mode (3. Augenhöhlen-)

Image:Drum Vibrieren mode22.gif|Mode (4d Augenhöhlen-)

Image:Drum Vibrieren mode23.gif|Mode (5d Augenhöhlen-)

</Galerie></Zentrum>

Augenhöhlenenergie

In Atomen mit einem einzelnen Elektron (wasserstoffähnliche Atome) wird die Energie eines Augenhöhlen-(und, folglich, irgendwelcher Elektronen im Augenhöhlen-) exklusiv dadurch bestimmt. Der Augenhöhlen-hat die niedrigstmögliche Energie im Atom. Jeder nacheinander höhere Wert dessen hat ein höheres Niveau der Energie, aber die Unterschied-Abnahmen als Zunahmen. Für den hohen wird das Niveau der Energie so hoch, dass das Elektron dem Atom leicht entfliehen kann. In einzelnen Elektronatomen sind alle Niveaus mit dem verschiedenen innerhalb eines gegebenen (zu einer guten Annäherung) degeneriert, und haben dieselbe Energie. [Diese Annäherung wird in einem geringen Ausmaß durch die Wirkung des magnetischen Feldes des Kerns, und durch Quant-Elektrodynamik-Effekten gebrochen. Die Letzteren veranlassen winzige Bindungsenergie-Unterschiede besonders für s Elektronen, die näher der Kern gehen, da diese eine sehr ein bisschen verschiedene Kernanklage sogar in Ein-Elektron-Atomen fühlen. Sieh Lamm sich bewegen.]

In Atomen mit vielfachen Elektronen hängt die Energie eines Elektrons nicht nur von den inneren Eigenschaften seines Augenhöhlen-, sondern auch auf seinen Wechselwirkungen mit den anderen Elektronen ab. Diese Wechselwirkungen hängen vom Detail seines Raumwahrscheinlichkeitsvertriebs ab, und so hängen die Energieniveaus von orbitals nicht nur von sondern auch auf ab. Höhere Werte dessen werden mit höheren Werten der Energie vereinigt; zum Beispiel ist der 2-Punkt-Staat höher als 2s Staat. Wenn = 2 die Zunahme in der Energie des Augenhöhlen-so groß wird, um die Energie von Augenhöhlen-über der Energie des s-orbital in der folgenden höheren Schale zu stoßen; wenn = 3 die Energie in die Schale zwei Schritte höher gestoßen wird. Die Füllung des 3. orbitals kommt nicht vor bis zu 4s sind orbitals gefüllt worden.

Die Zunahme in der Energie für Subschalen, winkeligen Schwung in größeren Atomen zu vergrößern, ist wegen Elektronelektronwechselwirkungseffekten, und es ist spezifisch mit der Fähigkeit von niedrigen winkeligen Schwung-Elektronen verbunden, effektiver zum Kern einzudringen, wo sie weniger Abschirmung vor der Anklage von vorläufigen Elektronen unterworfen sind. So, in Atomen der höheren Atomnummer, Elektronen wird immer mehr eines Bestimmungsfaktors in ihrer Energie, und die Hauptquantenzahlen von Elektronen werden immer weniger wichtig in ihrem Energiestellen.

Die Energiefolge der ersten 24 Subschalen (z.B, 1s, 2 Punkte, 3., usw.) wird im folgenden Tisch gegeben. Jede Zelle vertritt eine Subschale mit und gegeben durch seine Reihe und Säulenindizes beziehungsweise. Die Zahl in der Zelle ist die Position der Subschale in der Folge. Für eine geradlinige Auflistung der Subschalen, in Bezug auf Energien in Mehrelektronatomen zu vergrößern, sieh die Abteilung unten.

Zeichen: Leere Zellen zeigen nicht existierende Subniveaus an, während Zahlen in der Kursive Subniveaus anzeigen, die bestehen konnten, aber die Elektronen in keinem Element zurzeit bekannt halten.

Elektronstellen und das Periodensystem

Mehrere Regeln regeln das Stellen von Elektronen in orbitals (Elektronkonfiguration). Das erste diktiert, dass keine zwei Elektronen in einem Atom denselben Satz von Werten von Quantenzahlen haben können (das ist der Ausschluss-Grundsatz von Pauli). Diese Quantenzahlen schließen die drei ein, die orbitals, sowie s oder Drehungsquantenzahl definieren. So können zwei Elektronen eine Augenhöhlen-Single besetzen, so lange sie verschiedene Werte dessen haben. Jedoch können nur zwei Elektronen, wegen ihrer Drehung, mit jedem Augenhöhlen-vereinigt werden.

Zusätzlich neigt ein Elektron immer dazu, zum niedrigstmöglichen Energiestaat zu fallen. Es ist dafür möglich, irgendwelchen Augenhöhlen-zu besetzen, so lange es den Ausschluss-Grundsatz von Pauli nicht verletzt, aber wenn niedrigere Energie orbitals verfügbar ist, ist diese Bedingung nicht stabil. Das Elektron wird schließlich Energie (durch die Ausgabe eines Fotons) verlieren und in den niedrigeren Augenhöhlen-hereinschauen. So füllen Elektronen orbitals in der Ordnung, die durch die Energiefolge angegeben ist, die oben gegeben ist.

Dieses Verhalten ist für die Struktur des Periodensystems verantwortlich. Der Tisch kann in mehrere Reihen (genannt 'Perioden'), das numerierte Starten mit 1 oben geteilt werden. Die jetzt bekannten Elemente besetzen sieben Perioden. Wenn eine bestimmte Periode Zahl hat, besteht sie aus Elementen, deren äußerste Elektronen in der Th-Schale fallen. Niels Bohr war erst (um 1923) vorzuhaben, dass die Periodizität in den Eigenschaften der Elemente durch die periodische Füllung der Elektronenergieniveaus erklärt werden könnte, auf die elektronische Struktur des Atoms hinauslaufend.

Das Periodensystem kann auch in mehrere numerierte rechteckige 'Blöcke' geteilt werden. Die Elemente, die einem gegebenen Block gehören, haben dieses gemeinsame Merkmal: Ihre Elektronen der höchsten Energie alle gehören demselben - Staat (aber das verbundene damit - Staat hängt von der Periode ab). Zum Beispiel setzen die leftmost zwei Säulen den 'S-Block' ein. Die äußersten Elektronen von Li und beziehungsweise Sein, gehören 2s Subschale und diejenigen von Na und Mg zu 3s Subschale.

Der folgende ist die Ordnung, für die "Subschale" orbitals zu füllen, der auch die Ordnung der "Blöcke" im Periodensystem gibt:

:1s, 2s, 2 Punkte, 3s, 3 Punkte, 4s, 3., 4 Punkte, 5s, 4d, 5 Punkte, 6s, 4f, 5d, 6 Punkte, 7s, 5f, 6d, 7 Punkte

Die "periodische" Natur der Füllung von orbitals, sowie des Erscheinens des s, p, d und f "Blöcke", ist offensichtlicher, wenn diese Ordnung der Füllung in der Matrixform, mit der Erhöhung von Hauptquantenzahlen gegeben wird, die die neuen Reihen ("Perioden") in der Matrix anfangen. Dann wird jede Subschale (zusammengesetzt aus den ersten zwei Quantenzahlen) so oft, wie erforderlich, für jedes Paar von Elektronen wiederholt, die sie enthalten kann. Das Ergebnis ist ein komprimiertes Periodensystem mit jedem Zugang, der zwei aufeinander folgende Elemente vertritt:

</Zentrum>

Die Zahl von Elektronen in einem elektrisch neutralen Atom nimmt mit der Atomnummer zu. Die Elektronen in der äußersten Schale oder Wertigkeitselektronen, neigen dazu, für ein chemisches Verhalten eines Elements verantwortlich zu sein. Elemente, die dieselbe Zahl von Wertigkeitselektronen enthalten, können zusammen gruppiert werden und ähnliche chemische Eigenschaften zeigen.

Relativistische Effekten

Für Elemente mit der hohen Atomnummer Z werden die Effekten der Relativität ausgesprochener, und besonders so für s Elektronen, die sich an relativistischen Geschwindigkeiten bewegen, weil sie in die Abschirmungselektronen in der Nähe vom Kern von hohen Z Atomen eindringen. Diese relativistische Zunahme im Schwung für hohe Geschwindigkeitselektronen verursacht eine entsprechende Abnahme in der Wellenlänge und Zusammenziehung 6s orbitals hinsichtlich 5d orbitals (vergleichsweise zu entsprechendem s und d Elektronen in leichteren Elementen in derselben Säule des Periodensystems); das läuft 6s Wertigkeitselektronen hinaus, die gesenkt in der Energie werden.

Beispiele von bedeutenden physischen Ergebnissen dieser Wirkung schließen die gesenkte schmelzende Temperatur von Quecksilber ein (der sich 6s Elektronen ergibt, die nicht für das Metallabbinden verfügbar sind), und die goldene Farbe von Gold und Cäsium (der sich aus dem Einengen 6s zu 5d Übergang-Energie zum Punkt ergibt, dass sichtbares Licht beginnt, absorbiert zu werden).

Im Modell von Bohr ließ ein Elektron eine Geschwindigkeit dadurch geben, wo Z die Atomnummer ist, ist die Feinstruktur unveränderlich, und c ist die Geschwindigkeit des Lichtes. In der nichtrelativistischen Quant-Mechanik, deshalb, würde jedes Atom mit einer Atomnummer, die größer ist als 137, verlangen, dass sein 1s Elektronen schneller reist als die Geschwindigkeit des Lichtes. Sogar in der Gleichung von Dirac, die für relativistische Effekten verantwortlich ist, ist der wavefunction des Elektrons für Atome mit Z> 137 Schwingungs- und unbegrenzt. Auf die Bedeutung des Elements 137, auch bekannt als untriseptium, wurde zuerst vom Physiker Richard Feynman hingewiesen. Element 137 wird manchmal feynmanium (Symbol Fy) informell genannt. Jedoch scheitert die Annäherung von Feynman vorauszusagen, dass der genaue kritische Wert von Z wegen der Natur "nicht Anklage" des Kerns und sehr kleinen Augenhöhlenradius von inneren Elektronen anspitzt, auf ein durch innere Elektronen gesehenes Potenzial hinauslaufend, der effektiv weniger ist als Z. Der kritische Z-Wert, der das Atom nicht stabil hinsichtlich der Hoch-Felddepression des Vakuums und Produktion von Elektronpositron-Paaren macht, kommt nicht vor, bis Z ungefähr 173 ist. Diese Bedingungen werden außer vergänglich in Kollisionen von sehr schweren Kernen wie Leitung oder Uran in Gaspedalen nicht gesehen, wo, wie man gefordert hat, solche Elektronpositron-Produktion von diesen Effekten beobachtet worden ist. Sieh Erweiterung des Periodensystems außer der siebenten Periode.

Es gibt keine Knoten in relativistischen Augenhöhlendichten, obwohl individuelle Bestandteile des wavefunction Knoten haben werden.

Übergänge zwischen orbitals

Unter der Quant-Mechanik hat jeder Quant-Staat eine bestimmte Energie. Wenn angewandt, auf atomaren orbitals bedeutet das, dass jeder Staat eine spezifische Energie hat, und dass, wenn sich ein Elektron zwischen Staaten bewegen soll, der Energieunterschied auch sehr fest ist.

Denken Sie zwei Staaten des Wasserstoffatoms:

Staat 1) n=1, l=0, m=0 und s =+

Staat 2) n=2, l=0, m=0 und s =+

Durch die Quant-Theorie, setzen Sie 1 fest hat eine feste Energie von E, und staatliche 2 haben eine feste Energie von E. Jetzt was würde geschehen, wenn sich ein Elektron in staatlichem 1 bewegen sollte, um 2 festzusetzen? Dafür, um zu geschehen, würde das Elektron eine Energie genau E - E gewinnen müssen. Wenn das Elektron Energie erhält, die weniger ist als oder größer als dieser Wert, kann es nicht von staatlichem 1 springen, um 2 festzusetzen. Nehmen Sie jetzt an, dass wir das Atom mit einem breiten Spektrum des Lichtes bestrahlen. Fotonen, die das Atom erreichen, die eine Energie genau E - E haben, werden vom Elektron in staatlichem 1 gefesselt sein, und dass Elektron springen wird, um 2 festzusetzen. Jedoch können Fotonen, die größer oder in der Energie niedriger sind, nicht vom Elektron gefesselt sein, weil das Elektron nur zu einem der orbitals springen kann, kann es nicht zu einem Staat zwischen orbitals springen. Das Ergebnis besteht darin, dass nur Fotonen einer spezifischen Frequenz vom Atom gefesselt sein werden. Das schafft eine Linie im Spektrum, das als eine Absorptionslinie bekannt ist, die dem Energieunterschied zwischen Staaten 1 und 2 entspricht.

Das Atomaugenhöhlenmodell sagt so Linienspektren voraus, die experimentell beobachtet werden. Das ist eine der Hauptgültigkeitserklärungen des Atomaugenhöhlenmodells.

Das Atomaugenhöhlenmodell ist dennoch eine Annäherung an die volle Quant-Theorie, die nur viele Elektronstaaten anerkennt. Die Vorhersagen von Linienspektren sind qualitativ nützlich, aber sind für Atome und Ionen außer denjenigen nicht quantitativ genau, die nur ein Elektron enthalten.

Siehe auch

• Atomelektronkonfigurationstisch
• Kondensierte Sache-Physik
• Elektronkonfiguration
• Energieniveau
• Liste der Regierungen von Hund
• Molekularer Augenhöhlen-
• Quant-Chemie
• Quant-Chemie-Computerprogramme
• Physik des festen Zustands
• Augenhöhlenklangfülle

Weiterführende Literatur

Links

• Handbuch zu atomarem orbitals
• Covalent Obligationen und molekulare Struktur
• Zeichentrickfilm der Zeitevolution eines hydrogenic Augenhöhlen-
• Der Orbitron, eine Vergegenwärtigung des ganzen allgemeinen und ungewöhnlichen atomaren orbitals, von 1s bis 7g
• Großartiger Tisch Noch Images von vielen orbitals
• Der Augenhöhlenzuschauer von David Manthey macht orbitals mit n  30
• Java Augenhöhlenzuschauer applet
• Wie was sieht ein Atom aus? Orbitals in 3D
• Atom Vergegenwärtigungssoftware von Orbitals v.1.5