Orbitais atômicos em 3D
Equações desta simulação
| n | número quântico principal | a camada: aqui 1, 2, 3 ou 4; define a energia e o tamanho | |
|---|---|---|---|
| Z | Carga nuclear Z (1 para o hidrogênio; maior para um íon de um só elétron) | com um só elétron, a energia depende apenas de n, não de l | |
| E | energia do orbital | zero é o elétron afastado de vez do núcleo; −13,6 eV para o 1s do hidrogênio |
Com os valores atuais:
| l | número quântico de momento angular (secundário) | 0 = s, 1 = p, 2 = d, 3 = f; define a forma | |
|---|---|---|---|
| m_l | número quântico magnético | de −l a +l; os orbitais reais x, y, z mostrados são combinações de +m e −m, então só |m_l| é fixo | |
| nós | superfícies onde o elétron nunca é encontrado | nós radiais são esferas, nós angulares são planos ou cones que passam pelo núcleo; n − 1 ao todo |
Com os valores atuais:
| P(r) | distribuição radial | a chance de encontrar o elétron à distância r, em todas as direções; o gráfico a mostra | |
|---|---|---|---|
| a₀ | raio de Bohr | 52,9 pm, a distância mais provável do elétron 1s no hidrogênio | |
| r_mp | distância mais provável | o pico mais alto de P(r) |
Com os valores atuais:
| ⟨r⟩ | distância média ao núcleo | a média acumulada das posições medidas se acomoda nela |
|---|
Com os valores atuais:
| configuração | Elemento para a configuração eletrônica (número atômico) | preenchida na ordem 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p, com a regra de Hund dentro de cada subcamada e as exceções conhecidas como o cromo e o cobre |
|---|
Com os valores atuais:
Como usar os orbitais atômicos em 3D
- Escolha um orbital. Cada ponto da nuvem é um lugar onde o elétron poderia ser encontrado, tirado da função de onda do hidrogênio, então a nuvem é densa onde o elétron é provável e rala onde não é. Azul e laranja mostram o sinal (a fase) da função de onda, que importa quando os orbitais se sobrepõem para formar ligações.
- Marque Cortar a metade da frente para ver o interior: os orbitais 2s, 3s e 4s escondem nós esféricos, camadas onde o elétron nunca é encontrado, que aparecem no gráfico da distribuição radial como vãos entre os picos. O lampejo branco é uma única medida da posição do elétron; o gráfico ao longo do tempo mostra as distâncias medidas e a média acumulada, que se acomoda em ⟨r⟩.
- Aumente a carga nuclear para ver o orbital encolher como 1 ÷ Z num íon de um só elétron como He⁺ ou Li²⁺, e mova o controle do elemento para obter a configuração eletrônica de qualquer elemento até o xenônio, com o número de elétrons desemparelhados pela regra de Hund. O Simulador do átomo de Bohr mostra o modelo planetário anterior e as linhas espectrais.
Perguntas frequentes
O que é um orbital atômico?
Uma função de onda que descreve onde um elétron num átomo provavelmente será encontrado. Seu quadrado dá a densidade de probabilidade, então um orbital não é uma trajetória, mas uma nuvem de probabilidade. Cada orbital comporta no máximo dois elétrons, de spins opostos. Sua forma é definida pelos números quânticos: n o tamanho e a energia, l a forma (s, p, d, f) e m_l a orientação.
Por que os orbitais p têm dois lobos?
A parte angular de um orbital p é proporcional a x, y ou z, positiva de um lado do núcleo, negativa do outro e zero no plano entre eles. Esse plano é um nó angular. Os dois lobos têm fase oposta, aqui em azul e laranja; o elétron é igualmente provável em qualquer um e nunca no plano nodal.
O que são nós radiais e angulares?
Superfícies onde a função de onda é zero. Um orbital tem n − 1 nós ao todo: l nós angulares (planos ou cones que passam pelo núcleo) e n − l − 1 nós radiais (esferas). Assim, 1s não tem nenhum, 2s uma esfera, 2p um plano, 3d dois nós angulares e 4f três.
Por que o 4s é preenchido antes do 3d?
Em átomos com muitos elétrons, os elétrons internos blindam o núcleo, e um elétron s, que passa parte do tempo muito perto do núcleo, é menos blindado que um d. Isso deixa o 4s logo abaixo do 3d no potássio e no cálcio. Quando os 3d começam a encher, voltam a ficar abaixo do 4s; por isso os metais de transição perdem primeiro os elétrons 4s ao formar íons, e o cromo e o cobre ficam com 3d⁵ 4s¹ e 3d¹⁰ 4s¹.
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