Orbital atòmic

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca

En un àtom, els estats estacionaris de la funció d'ona d'un electró ( funcions pròpies del Hamiltonià (H) en l'equació de Schrödinger HΨ = EΨ ;Ψ la funció d'ona ) es denominen orbitals atòmics. Tanmateix, els orbitals no representen la posició concreta d'un electró en l'espai, que no pot saber-se donada la seva naturalesa ondulatòria, sinó que delimiten una regió de l'espai en què la probabilitat de trobar l'electró és elevada.

Introducció[modifica | modifica el codi]

En el cas de l'àtom d'hidrogen, Schrödinger va poder resoldre l'equació anterior de forma exacta, trobant que les funcions d'ona estan determinades pels valors de quatre nombres quàntics n, l, ml i s.


Nombre quàntic Nom Valors possibles Significat en l'orbital
n Principal 1,2,3,... Nivell energètic i mida
l Secundari o azimutal 0,... (n-1) Subnivell energètic i forma
ml Magnètic -l,...,0,...,+l Orientació a l'espai
s de spin -1/2 o +1/2 Comportament d'imant de l'electró


  • El valor del nombre quàntic n (nombre quàntic principal, pren valors 1,2,3...) defineix la grandària de l'orbital. Com més gran sigui, major serà el volum. També és el que té major influència en l'energia de l'orbital.
  • El valor del nombre quàntic l (nombre quàntic del moment angular) indica la forma de l'orbital i el moment angular. El moment angular ve donat per
|L|=\hbar \cdot \sqrt{l(l+1)}

La notació (procedent de l'espectroscòpia) és la següent:

    • Per a l = 0, orbitals s
    • Per a l = 1, orbitals p
    • Per a l = 2, orbitals d
    • Per a l = 3, orbitals f
    • Per a l = 4, orbitals g; seguint-se per a valors de l majors, l'ordre alfabètic.
  • El valor de ml (nombre quàntic magnètic) defineix l'orientació espacial de l'orbital davant d'un camp magnètic extern. Per a la projecció del moment angular enfront del camp extern, es verifica:
L_z=\hbar \cdot m
  • El valor de s (nombre quàntic de spin) pot ser +1/2 o -1/2. (A l'orbital sense el valor de s se l'anomena orbital espacial, a l'orbital amb el valor de s se l'anomena orbital spin.)

La funció d'ona es pot descompondre, emprant coordenades esfèriques, de la forma següent:

Ψn, l, ml = Rn, l (r) Θl, ml (θ) Φml (φ)

On

  • Rn, l (r) representa la distància de l'electró al nucli i
  • Θl, ml (θ) Φml (φ) la geometria de l'orbital.

Per a la representació de l'orbital s'empra la funció quadrat, |Θl, ml (θ)|2ml (φ)|2, ja que aquesta és proporcional a la densitat de càrrega i per tant a la densitat de probabilitat, és a dir, el volum que tanca la major part de la probabilitat de trobar a l'electró o, si es prefereix, el volum o regió de l'espai en què l'electró passa la major part del temps.

Orbital s[modifica | modifica el codi]

L'orbital s té simetria esfèrica al voltant del nucli atòmic. En la figura següent es mostren dues formes alternatives de representar el núvol electrònic d'un orbital s: en la primera, la probabilitat de trobar a l'electró (representada per la densitat de punts) disminueix a mesura que ens allunyem del centre; en la segona, es representa el volum esfèric en què l'electró passa la major part del temps. Principalment per la simplicitat de la representació, la segona forma és la que usualment s'empra. Per a valors del nombre quàntic principal majors d'u, la funció densitat electrònica presenta n-1 nodes en què la probabilitat tendeix a zero, en aquests casos, la probabilitat de trobar a l'electró es concentra a certa distància del nucli.

Orbital s Orbital s

Orbital p[modifica | modifica el codi]

La forma geomètrica dels orbitals p és la de dos esferes aplatades cap al punt de contacte (el nucli atòmic) i orientades segons els eixos de coordenades. En funció dels valors que pot prendre el tercer nombre quàntic ml (-1, 0 i 1) s'obtenen els tres orbitals p simètrics respecte als eixos x, z e i. Anàlogament al cas anterior, els orbitals p presenten n-2 nodes radials en la densitat electrònica, de manera que a l'incrementar-se el valor del nombre quàntic principals la probabilitat de trobar l'electró s'allunya del nucli atòmic.

Orbitals p

Orbital d[modifica | modifica el codi]

Els orbitals d tenen una forma més diversa: quatre d'ells tenen forma de 4 lòbuls de signes alternats (dos plans nodals, en diferents orientacions de l'espai), i l'últim és un doble lòbul rodejat per un anell (un doble con nodal). Seguint la mateixa tendència, presenten n-3 nodes radials.

Orbital d

Orbital f[modifica | modifica el codi]

Els orbitals f tenen formes encara més exòtiques, que es poden derivar d'afegir un pla nodal a les formes dels orbitals d. Presenten n-4 nodes radials.

Orbital f


Nota: Imatges generades amb el programa Orbital Viewer, (C) David Manthey


Vegeu també[modifica | modifica el codi]


A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Orbital atòmic Modifica l'enllaç a Wikidata