Aatomorbitaal

Elektroni aatom- ja molekulaarorbitaalid. Orbitaalide kaart (vasakul) on reastatud energia suurenemise järgi (vaata Madelungi reegel). Märkus: Aatomorbitaalid on kolme muutuja funktsioonid (kaks nurka ja kaugus tuumast (r)). Need pildid kujutavad enam-vähem tõepäraselt orbitaali kaldenurka, kuid ei näita siiski täpset orbitaali kuju tervikuna.

Aatomorbitaal on ühe elektroni lainefunktsioon. Selle funktsiooni abil saab leida tõenäosuse, mis iseloomustab elektroni paiknemist aatomis. Täpsemalt öeldes on aatomorbitaalid üksikute elektronide võimalikud kvantolekud aatomi elektronkattes, mis on määratud elektroni lainefunktsiooniga.

Idee, et elektronid liiguvad orbiidilaadsetel trajektooridel aatomi sees, pakuti esmakordselt välja aastal 1904. Aastatel 1913 kuni 1926 arvati, et elektronid aatomis liiguvad ümber tuuma nagu planeedid ümber päikese. Püüd selgitada elektronide käitumist nende "orbiidil" suunas teadlasi kvantmehaanika seaduspärasuste avastamisele. Kvantmehaanika ennustuste järgi saavad mikroskoopiliste objektide puhul oluliseks mateeria lainelised omadused, mille tulemusena on elektron aatomituuma ümber "laiali määritud", st sel puudub selge trajektoor. Seetõttu kasutatakse elektronide jaoks sõna orbiit asemel sõna orbitaal.

Kvantmehaanika reeglite kohaselt on aatomorbitaalid määratud järgmiste kvantarvudega:

1. peakvantarv n, mille võimalikud väärtused on 1, 2, 3, ...
2. orbitaalkvantarv l, mille võimalikud väärtused on 0, 1, 2, ... , n-1. Orbitaalkvantarve tähistatakse ka sümbolitega s, p d, f, ...
3. magnetkvantarv m, mille võimalikud väärtused on -l, -(l-1), -(l-2), ... , 0, ... l-2, l-1, l
4. spinn s, millel on kaks võimalikku väärtust: +1/2, -1/2. Spinni väärtust väljendatakse ka sõnades "üles" ja "alla".

Kvantarvud n ja l määravad vastaval elektronkihi ja alamelektronkihi. Et elektroni energa sõltub peamiselt viimasest kahest kvantarvust, siis räägitakse aatomorbitaalidest tihti vaid nende kahe kvantarvu mõistes. Täpse aatomorbitaali määramisel tuleb siiski arvesse võtta ka magnetkvantarvu ja elektroni spinni.

Orbitaalide (alamkihtide) nimed (s, p, d, f, g, ...) on saadud nende spektrijoontest: sharp (terav), principal (põhiline), diffuse (hajunud), ja fundamental (fundamentaalne) ning ülejäänud on juba nimetatud tähestiku järjekorras. Mõnikord on kasutatud ka mnemoonikuid sfääriline ja perifeerne.

Vaata ka

• Aufbau printsiip
• Molekulorbitaal