Atomorbitale in 3D
Gleichungen in dieser Simulation
| n | Hauptquantenzahl | die Schale: hier 1, 2, 3 oder 4; sie bestimmt Energie und Größe | |
|---|---|---|---|
| Z | Kernladung Z (1 für Wasserstoff; höher für ein Ion mit einem Elektron) | mit einem Elektron hängt die Energie nur von n ab, nicht von l | |
| E | Energie des Orbitals | null ist das ganz vom Kern entfernte Elektron; −13,6 eV für das 1s von Wasserstoff |
Mit den aktuellen Werten:
| l | Nebenquantenzahl (Drehimpulsquantenzahl) | 0 = s, 1 = p, 2 = d, 3 = f; sie bestimmt die Form | |
|---|---|---|---|
| m_l | Magnetquantenzahl | von −l bis +l; die gezeigten reellen x-, y-, z-Orbitale sind Kombinationen aus +m und −m, daher ist nur |m_l| festgelegt | |
| Knoten | Flächen, auf denen das Elektron nie anzutreffen ist | Radialknoten sind Kugeln, Winkelknoten Ebenen oder Kegel durch den Kern; insgesamt n − 1 |
Mit den aktuellen Werten:
| P(r) | radiale Verteilung | die Wahrscheinlichkeit, das Elektron im Abstand r zu finden, über alle Richtungen; das Diagramm zeigt sie | |
|---|---|---|---|
| a₀ | Bohrscher Radius | 52,9 pm, der wahrscheinlichste Abstand des 1s-Elektrons im Wasserstoff | |
| r_mp | wahrscheinlichster Abstand | das höchste Maximum von P(r) |
Mit den aktuellen Werten:
| ⟨r⟩ | mittlerer Abstand vom Kern | der laufende Mittelwert der gemessenen Positionen pendelt sich darauf ein |
|---|
Mit den aktuellen Werten:
| Konfiguration | Element für die Elektronenkonfiguration (Ordnungszahl) | aufgefüllt in der Reihenfolge 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p, mit der Hundschen Regel innerhalb jeder Unterschale und den bekannten Ausnahmen wie Chrom und Kupfer |
|---|
Mit den aktuellen Werten:
So benutzt du die Atomorbitale in 3D
- Wähle ein Orbital. Jeder Punkt der Wolke ist ein Ort, an dem das Elektron gefunden werden könnte, gezogen aus der Wellenfunktion des Wasserstoffs; die Wolke ist also dicht, wo das Elektron wahrscheinlich ist, und dünn, wo nicht. Blau und Orange zeigen das Vorzeichen (die Phase) der Wellenfunktion, das zählt, wenn Orbitale sich zu Bindungen überlappen.
- Kreuz Vordere Hälfte wegschneiden an, um hineinzusehen: Die Orbitale 2s, 3s und 4s verbergen kugelförmige Knoten, Schalen, auf denen das Elektron nie anzutreffen ist; im Diagramm der radialen Verteilung erscheinen sie als Lücken zwischen den Maxima. Das weiße Aufblitzen ist eine einzelne Messung des Elektronenorts; das Diagramm über die Zeit zeigt die gemessenen Abstände und ihren laufenden Mittelwert, der sich auf ⟨r⟩ einpendelt.
- Erhöhe die Kernladung, um zu sehen, wie das Orbital bei einem Ion mit einem Elektron wie He⁺ oder Li²⁺ mit 1 ÷ Z schrumpft, und verschieb den Element-Regler, um die Elektronenkonfiguration jedes Elements bis Xenon zu erhalten, mit der Zahl der ungepaarten Elektronen nach der Hundschen Regel. Der Bohrsches-Atommodell-Simulator zeigt das ältere Planetenmodell und die Spektrallinien.
Häufige Fragen
Was ist ein Atomorbital?
Eine Wellenfunktion, die beschreibt, wo ein Elektron im Atom wahrscheinlich anzutreffen ist. Ihr Quadrat ergibt die Wahrscheinlichkeitsdichte, ein Orbital ist also keine Bahn, sondern eine Wahrscheinlichkeitswolke. Jedes Orbital fasst höchstens zwei Elektronen mit entgegengesetztem Spin. Seine Form legen die Quantenzahlen fest: n Größe und Energie, l die Form (s, p, d, f) und m_l die Ausrichtung.
Warum haben p-Orbitale zwei Keulen?
Der Winkelanteil eines p-Orbitals ist proportional zu x, y oder z, auf einer Seite des Kerns positiv, auf der anderen negativ und auf der Ebene dazwischen null. Diese Ebene ist ein Winkelknoten. Die beiden Keulen haben entgegengesetzte Phase, hier blau und orange; das Elektron ist in beiden gleich wahrscheinlich und nie auf der Knotenebene.
Was sind radiale und Winkelknoten?
Flächen, auf denen die Wellenfunktion null ist. Ein Orbital hat insgesamt n − 1 Knoten: l Winkelknoten (Ebenen oder Kegel durch den Kern) und n − l − 1 Radialknoten (Kugeln). 1s hat also keinen, 2s eine Kugel, 2p eine Ebene, 3d zwei Winkelknoten und 4f drei.
Warum wird 4s vor 3d besetzt?
In Atomen mit vielen Elektronen schirmen die inneren Elektronen den Kern ab, und ein s-Elektron, das sich zeitweise sehr nahe am Kern aufhält, wird weniger abgeschirmt als ein d-Elektron. Das senkt 4s bei Kalium und Calcium knapp unter 3d. Sobald sich die 3d-Orbitale füllen, sinken sie wieder unter 4s; deshalb geben Übergangsmetalle bei der Ionenbildung zuerst ihre 4s-Elektronen ab, und Chrom und Kupfer haben 3d⁵ 4s¹ und 3d¹⁰ 4s¹.
Es heißt, WebGL sei abgeschaltet.
Die 3D-Ansicht braucht WebGL, das jeder aktuelle Browser hat. Es kann abgeschaltet sein, wenn die Hardwarebeschleunigung in den Browsereinstellungen deaktiviert ist oder der Grafiktreiber sehr alt ist. Schalte die Hardwarebeschleunigung ein oder probier einen anderen Browser.
Wird etwas hochgeladen?
Nein. Die Simulation zeichnet dein eigener Browser mit WebGL; nichts wird irgendwohin gesendet, und sie läuft auch offline weiter, sobald die Seite geladen ist.