Bon nombre des concepts que vous allez rencontrer dans la mécanique quantique ou de la chimie quantique peut être difficile à visualiser. Il est une chose à dire, par exemple, que les électrons présentent à la fois des propriétés comme des vagues et des particules ressemblant, mais qu'est-ce que cela signifie réellement? Dessin orbitales atomiques peut être une excellente façon de vous familiariser avec certains concepts de base et obtenir un sens plus intuitive de la façon dont la matière fonctionne vers le bas au niveau subatomique. Voici comment dessiner les orbitales pour un atome d'hydrogène.
Instructions
1 Rappelons que un électron dans un atome d'hydrogène ne peut exister que dans certains états discrets, chacun décrit par une équation d'onde comme appelé une fonction d'onde. Une orbitale atomique est fondamentalement l'un des états d'un électron peut occuper. Squaring la fonction d'onde donne la probabilité que vous trouverez l'électron à un moment donné. Si vous deviez dessiner un graphique 3-D de la place de la fonction d'onde, et les zones de couleur de forte probabilité d'une couleur et les zones de faible probabilité d'une couleur plus claire plus sombre, vous avez une idée juste où l'électron pourrait être trouvée.
2 Notez que plutôt que d'écrire la fonction d'onde complète, les chimistes utilisent une sorte de sténographie, où chaque état d'un électron peut occuper est décrit par quatre nombres quantiques différents.
Le premier, le principal ou n, désigne la taille de l'orbite et peut être toute valeur entière 1 ou plus. Tous les orbitales qui partagent le même nombre quantique principale sont appelés une coquille.
La seconde, le moment angulaire, désigne la forme de la confusion orbital.To éviter, il est généralement représentée comme une lettre plutôt qu'un nombre; les lettres sont s, p, d où s = 0, p = 1, d = 2 et f = 3. (Il existe d'autres valeurs possibles pour le moment angulaire, mais vous ne rencontrerez rien au-dessus d dans une classe de chimie organique ou générale .) Tous les orbitales qui partagent le même nombre angulaire dynamique quantique sont appelés un sous-shell.
Le troisième nombre quantique, le nombre quantique magnétique, indique l'orientation de l'orbitale.
Le quatrième nombre quantique est le spin, ou l'orientation de l'axe de rotation de l'électron. Electrons peuvent avoir seulement deux valeurs pour rotation, +1/2 et -1/2.
Aucun électron peut avoir le même ensemble de nombres quantiques. Par conséquent, un maximum de deux électrons peut occuper toute donnée orbital, et si une orbitale ne contient deux électrons, ils doivent avoir des spins opposés.
3 Notez qu'en raison des valeurs possibles pour le nombre quantique magnétique et le moment cinétique, coquilles supérieures contiennent plus de sous-couches et sous-couches supérieures contiennent plus orbitales possibles. Une s-sous-couche ne peut avoir qu'un orbital, alors ap sous-couche a trois, ad et une sous-couche 5 f 7. Les sous-shell nombres quantiques autorisés sont les suivants:
La première coque (n = 1) ne contient qu'une seule orbitale s.
La seconde coque (n = 2) contient une s orbitales p orbitales et 3.
La troisième enveloppe (n = 3) contient une orbitale s, 3 orbitales p et 5 orbitales d.
La quatrième coque (n = 4) contient une orbitale s, 3 orbitales p, 5 orbitales d et 7 orbitales f.
4 Ouvrir le lien dans la section Ressources ci-dessous et regarder les animations pour chaque type d'orbite pour obtenir une sensation pour les différentes formes.
5 Dessinez un s-orbital. S-orbitales sont de forme sphérique et centrée sur le noyau. Plus le nombre quantique principal, plus le s-orbital sera. Un atome d'hydrogène non ionisé dans son plus bas niveau d'énergie ou à l'état de masse n'a qu'un seul électron dans une orbitale 1s. (Notez que les chimistes écrivent généralement le nombre quantique principal suivi par la sous-couche ou le moment angulaire, par conséquent, 1s signifie première coque, s de type orbital).
Rappelez-vous que lorsque vous dessinez cette forme, vous êtes juste de dessiner la forme approximative de la région de densité de probabilité la plus élevée - à savoir où nous nous attendons à l'électron sera très probablement. Depuis une dualité des expositions d'électrons onde-particule, nous ne pouvons pas savoir précisément la position et la dynamique de l'électron, cependant, donc il y aura toujours une certaine incertitude, et si nous voulions être vraiment précis des bords de l'orbitale devrait être floue comme un nuage. En fait, un nuage en constante évolution de la charge négative est peut-être la meilleure et la plus simple d'imaginer des électrons dans une orbitale.
6 Dessinez les trois orbitales p dans la seconde coque. P-orbitales sont à peu près en forme d'haltère. Chacun des trois est situé le long d'un axe différent: le long de l'axe x, le long de l'axe y et le long de l'axe z. Notez que orbitales p ont une forme très différente de s orbitaux.
7 Dessiner les cinq orbitales d dans le troisième obus. D- orbitales sont un peu plus délicat à dessiner. Quatre d'entre eux forment des formes trèfles. Une feuille de trèfle se trouve dans le plan xy, avec son milieu "feuilles" entre les deux axes de chaque côté. Une autre feuille de trèfle se trouve dans le plan yz, et encore un autre est dans le plan xz. Un quatrième orbital en forme de feuille de trèfle se trouve dans le plan xy, mais avec ses «feuilles» pointant directement le long des axes. Le cinquième et dernier d-orbital est l'hélice en forme et des points tout droit le long de l'axe z avec un anneau autour de son milieu.
Conseils et avertissements
- Si les électrons comme des vagues et des orbitales comme des fonctions mathématiques semblent contre-intuitif, ne vous inquiétez pas à ce sujet - il faut un peu de temps pour se habituer à penser d'électrons comme les deux «vagues» et «particules». Pas moins scientifique que Albert Einstein a été troublé par les conséquences bizarres et apparemment paradoxales de la mécanique quantique; il célèbre remarque que «Dieu ne joue pas aux dés". De nombreuses expériences tout au long du 20e siècle, cependant, ont vérifié que ces théories prédisent le comportement des particules et des systèmes subatomiques avec un niveau de précision étonnante. Comme contre-intuitif que ces idées peuvent sembler au premier abord, ils sont la meilleure description que nous avons de comportement de la matière au niveau atomique et subatomique.