NộI Dung
Các nguyên tử bao gồm một hạt nhân nặng được bao quanh bởi các electron nhẹ. Hành vi của các electron bị chi phối bởi các quy tắc của cơ học lượng tử. Những quy tắc này cho phép các electron chiếm các vùng cụ thể được gọi là quỹ đạo. Sự tương tác của các nguyên tử hầu như chỉ thông qua các electron ngoài cùng của chúng, vì vậy hình dạng của các quỹ đạo đó trở nên rất quan trọng. Chẳng hạn, khi các nguyên tử được đưa cạnh nhau, nếu quỹ đạo ngoài cùng của chúng trùng nhau thì chúng có thể tạo ra một liên kết hóa học mạnh; vì vậy một số kiến thức về hình dạng của các quỹ đạo rất quan trọng để hiểu các tương tác nguyên tử.
Số lượng tử và quỹ đạo
Các nhà vật lý đã thấy thuận tiện khi sử dụng tốc ký để mô tả các đặc tính của electron trong nguyên tử. Tốc ký là về số lượng tử; những con số này chỉ có thể là số nguyên, không phải là phân số. Số lượng tử chính, n, có liên quan đến năng lượng của electron; sau đó có số lượng tử quỹ đạo, l và số lượng tử động lượng góc, m. Có những con số lượng tử khác, nhưng chúng không liên quan trực tiếp đến hình dạng của các quỹ đạo. Các quỹ đạo không phải là quỹ đạo, theo nghĩa là các đường dẫn xung quanh hạt nhân; thay vào đó, chúng đại diện cho các vị trí mà điện tử có khả năng được tìm thấy nhiều nhất.
Quỹ đạo S
Với mỗi giá trị của n, có một quỹ đạo trong đó cả l và m đều bằng 0. Những quỹ đạo đó là hình cầu. Giá trị của n càng cao, quả cầu càng lớn - nghĩa là càng có nhiều khả năng electron sẽ được tìm thấy càng xa hạt nhân. Các quả cầu không dày đặc như nhau trong suốt; chúng giống như vỏ ốc lồng nhau. Vì lý do lịch sử, đây được gọi là quỹ đạo s. Do các quy tắc của cơ học lượng tử, các electron năng lượng thấp nhất, với n = 1, phải có cả l và m bằng 0, do đó quỹ đạo duy nhất tồn tại cho n = 1 là quỹ đạo s. Quỹ đạo s cũng tồn tại cho mọi giá trị khác của n.
Quỹ đạo P
Khi n lớn hơn một, nhiều khả năng sẽ mở ra. L, số lượng tử quỹ đạo, có thể có bất kỳ giá trị nào lên tới n-1. Khi l bằng một, quỹ đạo được gọi là quỹ đạo p. Quỹ đạo P trông giống như quả tạ. Với mỗi l, m đi từ dương sang âm l theo các bước của một. Vậy, với n = 2, l = 1, m có thể bằng 1, 0 hoặc -1. Điều đó có nghĩa là có ba phiên bản của p orbital: một phiên bản với quả tạ lên xuống, một phiên bản khác với quả tạ từ trái sang phải và một phiên bản khác với quả tạ ở góc phải cho cả hai người khác. Quỹ đạo P tồn tại cho tất cả các số lượng tử chính lớn hơn một, mặc dù chúng có cấu trúc bổ sung khi n trở nên cao hơn.
Quỹ đạo D
Khi n = 3, thì l có thể bằng 2 và khi l = 2, m có thể bằng 2, 1, 0, -1 và -2. Các quỹ đạo l = 2 được gọi là các quỹ đạo d và có năm quỹ đạo khác nhau tương ứng với các giá trị khác nhau của m. N = 3, l = 2, m = 0 quỹ đạo cũng trông giống như một quả tạ, nhưng có một cái bánh rán ở giữa. Bốn quỹ đạo d khác trông giống như bốn quả trứng xếp chồng lên nhau theo hình vuông. Các phiên bản khác nhau chỉ có những quả trứng chỉ theo các hướng khác nhau.
Quỹ đạo F
Các quỹ đạo n = 4, l = 3 được gọi là quỹ đạo f và chúng khó mô tả. Chúng có nhiều tính năng phức tạp. Ví dụ: n = 4, l = 3, m = 0; m = 1; và m = -1 quỹ đạo được tạo hình giống như quả tạ một lần nữa, nhưng bây giờ có hai bánh rán ở giữa hai đầu của thanh tạ. Các giá trị m khác trông giống như một bó tám quả bóng, với tất cả các nút thắt của chúng được gắn với nhau ở trung tâm.
Hình dung
Toán học chi phối các quỹ đạo điện tử khá phức tạp, nhưng có nhiều tài nguyên trực tuyến cung cấp thực hiện đồ họa của các quỹ đạo khác nhau. Những công cụ này rất hữu ích trong việc hình dung hành vi của các electron xung quanh các nguyên tử.