3D-просмотр атомных орбиталей
Уравнения этой модели
| n | главное квантовое число | оболочка: здесь 1, 2, 3 или 4; задаёт энергию и размер | |
|---|---|---|---|
| Z | Заряд ядра Z (1 для водорода; больше для одноэлектронного иона) | при одном электроне энергия зависит только от n, а не от l | |
| E | энергия орбитали | ноль — электрон полностью оторван от ядра; −13,6 эВ для 1s водорода |
При текущих значениях:
| l | орбитальное квантовое число | 0 = s, 1 = p, 2 = d, 3 = f; задаёт форму | |
|---|---|---|---|
| m_l | магнитное квантовое число | от −l до +l; показанные действительные орбитали x, y, z — комбинации +m и −m, поэтому фиксировано только |m_l| | |
| узлы | поверхности, где электрон никогда не находится | радиальные узлы — сферы, угловые — плоскости или конусы через ядро; всего n − 1 |
При текущих значениях:
| P(r) | радиальное распределение | вероятность найти электрон на расстоянии r по всем направлениям; график его строит | |
|---|---|---|---|
| a₀ | боровский радиус | 52,9 пм — наиболее вероятное расстояние электрона 1s в водороде | |
| r_mp | наиболее вероятное расстояние | самый высокий пик P(r) |
При текущих значениях:
| ⟨r⟩ | среднее расстояние от ядра | скользящее среднее измеренных положений стремится к нему |
|---|
При текущих значениях:
| конфигурация | Элемент для электронной конфигурации (атомный номер) | заполняется в порядке 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p, с правилом Хунда внутри каждой подоболочки и известными исключениями вроде хрома и меди |
|---|
При текущих значениях:
Как пользоваться просмотром атомных орбиталей
- Выберите орбиталь. Каждая точка облака — место, где может оказаться электрон, взятое из волновой функции водорода, поэтому облако плотное там, где электрон вероятен, и редкое там, где нет. Синий и оранжевый показывают знак (фазу) волновой функции, что важно при перекрывании орбиталей с образованием связей.
- Отметьте «Срезать переднюю половину, чтобы заглянуть внутрь»: орбитали 2s, 3s и 4s скрывают сферические узлы — оболочки, где электрон никогда не бывает, которые на графике радиального распределения видны как провалы между пиками. Белая вспышка — одно измерение положения электрона; график во времени показывает измеренные расстояния и их скользящее среднее, сходящееся к ⟨r⟩.
- Увеличьте заряд ядра, чтобы увидеть, как орбиталь сжимается как 1 ÷ Z для одноэлектронного иона вроде He⁺ или Li²⁺, и двигайте ползунок элемента, чтобы получить электронную конфигурацию любого элемента до ксенона с числом неспаренных электронов по правилу Хунда. Симулятор атома Бора показывает старую планетарную модель и спектральные линии.
Частые вопросы
Что такое атомная орбиталь?
Волновая функция, описывающая, где в атоме вероятно найти электрон. Её квадрат даёт плотность вероятности, поэтому орбиталь — не траектория, а облако вероятности. На каждой орбитали не больше двух электронов с противоположными спинами. Её форму задают квантовые числа: n — размер и энергию, l — форму (s, p, d, f), m_l — ориентацию.
Почему у p-орбиталей две доли?
Угловая часть p-орбитали пропорциональна x, y или z, которая положительна с одной стороны ядра и отрицательна с другой, а на плоскости между ними равна нулю. Эта плоскость — угловой узел. Две доли имеют противоположную фазу, показанную здесь синим и оранжевым; электрон одинаково вероятен в любой доле и никогда не бывает на узловой плоскости.
Что такое радиальные и угловые узлы?
Поверхности, где волновая функция равна нулю. Всего у орбитали n − 1 узлов: l угловых (плоскости или конусы через ядро) и n − l − 1 радиальных (сферы). Поэтому у 1s узлов нет, у 2s одна сфера, у 2p одна плоскость, у 3d два угловых узла, у 4f — три.
Почему 4s заполняется раньше 3d?
В многоэлектронных атомах внутренние электроны экранируют ядро, а s-электрон, проводящий часть времени очень близко к ядру, экранирован слабее d-электрона. Это опускает 4s чуть ниже 3d у калия и кальция. Как только начинают заполняться 3d-орбитали, они опускаются ниже 4s, поэтому переходные металлы при образовании ионов сначала теряют 4s-электроны, а хром и медь принимают конфигурации 3d⁵ 4s¹ и 3d¹⁰ 4s¹.
Пишет, что WebGL выключен.
Для 3D-вида нужен WebGL, который есть во всех современных браузерах. Он может быть выключен, если в настройках браузера отключено аппаратное ускорение или графический драйвер очень старый. Включите аппаратное ускорение или попробуйте другой браузер.
Загружается ли что-нибудь?
Нет. Симуляцию рисует ваш собственный браузер с помощью WebGL; ничего никуда не отправляется, и после загрузки страницы она работает и офлайн.