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Quantenzahlen und Atomorbitale in 3D – s, p, d

ChemieAtombau und PeriodensystemAlter 15–16

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Wählen Sie die vier Quantenzahlen n, l, mₗ und mₛ und betrachten Sie die s-, p- und d-Orbitale des Wasserstoffatoms dreidimensional, als 90-%-Grenzfläche oder als Aufenthaltswahrscheinlichkeitswolke, mit hervorgehobenen radialen (n − l − 1) und winkelabhängigen Knoten (l). Ein Diagramm der radialen Verteilung r²R², ein Kästchenschema der ganzen Schale n (2l + 1 Orbitale je Unterschale, 2n² Elektronen je Schale), eine Tabelle der angesehenen Orbitale und drei selbstprüfende Aufgaben ergänzen das Modell.

Lektion: Atomorbitale, Quantenzahlen, Formen der s-, p- und d-Orbitale

Was sie zeigt

Ein Elektron im Atom wird durch vier Quantenzahlen beschrieben: Die Hauptquantenzahl n legt Schale und Größe fest, l = 0 … n − 1 Unterschale und Form (s, p, d, f), mₗ = −l … +l die Ausrichtung und mₛ = ±½ den Spin. Eine Unterschale hat 2l + 1 Orbitale, eine Schale fasst 2n² Elektronen. Jedes Orbital hat n − l − 1 radiale Knoten (Kugeln) und l Winkelknoten (Ebenen oder Kegel), an denen die Wahrscheinlichkeit null ist. Modell ist das Wasserstoffatom; in größeren Atomen ähneln die Formen, Größen und Energien unterscheiden sich.

So funktioniert es

Wählen Sie n, dann l und mₗ; nicht erlaubte Werte sind ausgegraut. Ziehen Sie, um das Orbital zu drehen, und vergleichen Sie 90-%-Fläche und Wolke. Aktivieren Sie Aufschneiden, um die radialen Knoten im Inneren zu sehen, und vergleichen Sie sie mit den Nullstellen im Diagramm der radialen Verteilung. Tippen Sie auf ein Kästchen im Schalenschema, um zu diesem Orbital zu wechseln, und lösen Sie dann die drei Aufgaben.

Einstellbare Parameter

  • Hauptquantenzahl n 1–4
  • Nebenquantenzahl l 0–2
  • Magnetquantenzahl mₗ -2–2
  • Spinquantenzahl mₛ +½ (↑), −½ (↓)
  • Darstellung des Orbitals 90-%-Fläche, Wahrscheinlichkeitswolke
  • Knoten anzeigen
  • Vordere Hälfte aufschneiden

Fragen zum Erkunden

  1. Wie viele radiale und winkelabhängige Knoten hat ein 3p-Orbital, und wo sehen Sie jede Art?
  2. Warum gibt es kein 2d-Orbital, und wie viele Orbitale enthält die Schale n = 3?
  3. Wie ändert sich der wahrscheinlichste Abstand vom Kern von 1s über 2s zu 3s?

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