7.11: Atomik Orbitaller
Bir atomik yörünge, bir elektronun bulunma olasılığının en yüksek olduğu atomdaki üç boyutlu bölgeleri temsil eder. Radyal dağılım fonksiyonu, ince kabuk içinde çekirdekten r uzaklıkta bir elektron bulunma olasılığını gösterir. Atomik orbitaller, açısal momentum kuantum sayısı olan l ile belirlenen farklı şekillere sahiptir. Orbitaller genellikle bulutun en yoğun bölgelerini çevreleyen bir sınır yüzeyi ile çizilir.
Açısal momentum kuantum sayısı, l = 0, 1, 2, …, n – 1 değerlerini alabilen bir tamsayıdır. Baş kuantum sayısı 1 olan (n = 1) bir yörünge yalnızca bir l (l = 0) değerine sahip olabilir, oysa 2 (n = 2) baş kuantum sayısı l = 0 ve l = 1'e izin verir. Aynı l değerine sahip orbitaller bir alt kabuğu tanımlar.
l = 0 olan orbitallere s orbitalleri denir ve s alt kabuklarını oluştururlar. l = 1 değeri p orbitallerine karşılık gelir. Belirli bir n için, p orbitalleri bir p alt kabuğu oluşturur (yani, n = 3 ise 3p). l = 2 olan orbitallere d orbitalleri denir. l = 3, 4 ve 5 olan orbitaller f, g ve h orbitalleridir.
En düşük enerjili orbital, 1s orbitalidir. Bu küresel olarak simetrik bir orbitaldir. 1s orbitalin olasılık yoğunluğu (ψ2), elektronun büyük olasılıkla çekirdekte bulunduğunu gösterir. Bununla birlikte, protonlar ve elektronlar arasındaki elektrostatik kuvvetler göz önüne alındığında, bu, elektronun nerede bulunacağını tam olarak temsil etmemektedir. Bunun yerine, belirli bir r yarıçapında bir orbitalde bir elektron olmasının toplam olasılığının bir grafiği olan Radyal Dağılım Fonksiyonu kullanılır. Radyal dağılım fonksiyonu, olasılık yoğunluğunun ince küresel kabukların hacmiyle yarıçapların, r çarpılmasıyla bulunur. Hidrojenin 1s orbitali için, Radyal Dağılım Fonksiyonu çekirdekte sıfır değerine sahiptir ve bu değer 52,9 pikometrede maksimuma değeri alır. Daha sonra bu değer, artan r ile azalmaya başlar.
Belirli bir yörüngede bulunan bir elektronu bulma olasılığının sıfır olduğu çekirdekten belirli mesafeler vardır. Başka bir deyişle, bu yörünge için bu mesafede dalga fonksiyonunun değeri ψ sıfırdır. Böyle bir r değerine radyal düğüm denir. Bir yörüngedeki radyal düğüm sayısı n – l – 1'dir. n = 1 olan 2s orbitalleri için, bir radyal düğüm varken 3s orbitallerinin iki radyal düğümü vardır.
n = 2 veya daha fazla olan her baş seviye üç p orbitali içerir. Üç p orbitalinin, çekirdekte bulunan bir düğüme sahip iki lobu vardır. Uzayda p orbitallerinin yönü ml değeri ile tanımlanır. Üç p orbitali birbirine diktir (ortogonal). Daha yüksek p orbitalleri (3p, 4p, 5p ve daha yüksek) benzer şekillere sahiptir ancak ek radyal düğümlerle boyut olarak daha büyüktür.
n = 3 veya daha fazla baş seviyeler beş d orbitali içerir. Bu yörüngelerden dördü, elektrondan yoğun dört loblu bir yonca yaprağı şeklinden oluşur. Çekirdekte kesişen iki dikey düğüm düzlemi vardır. Bu düğüm düzlemlerinde elektron yoğunluğu sıfırdır. d orbitallerinden birinin şekli biraz farklıdır ve xy düzleminde halka şeklinde bir halka ile z ekseninde yönlendirilmiş iki lobu vardır. n = 4 ve daha büyük baş seviyeler, karmaşık şekillere sahip yedi f orbitali içerir. Bu orbitallerin d orbitallerden daha fazla düğümü ve lobu vardır.
Şekil 1: s, p, d ve f orbitallerinin temsili görünümü.
Atomik yörüngelerin bu farklı şekilleri, içinde elektronun bulunma olasılığı bulunan üç boyutlu bölgeleri temsil eder. Tüm orbitaller birlikte kabaca küresel bir şekil oluşturur, bu nedenle atomlar genellikle küreler olarak temsil edilir.
Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Section 6.3: Development of Quantum Theory.