Ich verstehe, dass die Orbitale eine 3D-Kontur sind, innerhalb derer es eine bestimmte Wahrscheinlichkeit (zum Beispiel 90%) gibt, das Elektron zu finden (das ist mein Verständnis davon, also korrigiere mich, wenn ich falsch liege).
Jetzt möchte ich die Bedeutung von Formen wie der des p-Orbitals wissen. Sie sind hantelförmig (ähnlich) und befinden sich auf der x-, y- und z-Achse. Aber sind die Achsen nicht völlig willkürlich? Da die Achsen beliebig sind, sollten wir nur Formen erwarten, die bei jeder Art von Rotation der Achse unveränderlich bleiben. Das einzige, was in dieses Kriterium passt, ist die Kugelform (oder das S-Orbital).
Was bedeuten also die nicht sphärischen Formen verschiedener Orbitale in dem oben erwähnten Kontext?
Tatsächlich sind die Achsen völlig willkürlich. Das Problem ist kugelsymmetrisch (dh der Hamilton-Operator pendelt mit Rotationsgeneratoren, die die Komponenten des Drehimpulses sind).
Wir haben jedoch Achsen gewählt, um das System zu beschreiben, und alle unsere Ergebnisse werden in Bezug auf diese Achsen angegeben. Außerdem haben wir willkürlich einen vollständigen Satz von Kommutierungsoperatoren ausgewählt, deren Eigenwerte eindeutig jeden Eigenvektor des Hamiltonoperators spezifizieren. Diese Operatoren werden normalerweise angenommen mit ihren Eigenwerten gekennzeichnet durch , , bzw. Das macht die -Achse speziell für unsere Beschreibung des Systems, während dies natürlich immer noch nur ein Artefakt unserer Wahl der Koordinaten ist.
Wenn Sie elektrische oder magnetische Felder an das Atom anlegen, ist das System nicht mehr kugelsymmetrisch (da die Felder aus einer bestimmten Richtung kommen) und dann reagieren verschiedene Hantelformen unterschiedlich auf Felder, die aus verschiedenen Richtungen kommen und unterschiedliche Polarisationen haben (dies sollte intuitiv offensichtlich sein). . Daher wäre meine Schlussfolgerung: Die nichtsphärischen Formen erhalten Sie, wenn Sie gleichzeitige Eigenvektoren der obigen Operatoren finden, deren Wahl nicht kugelsymmetrisch ist. In einem Problem, das nicht mehr kugelsymmetrisch ist, gewinnen die Formen physikalische Bedeutung, weil man Elektronen tatsächlich zu diesen präzisen Orbitalen anregen kann, wenn Licht aus geeigneten Richtungen kommt und eine geeignete Polarisation hat.
Holger Fiedler