Wie sind Orbitale in einem Atom angeordnet?

Kann mir auch jemand helfen, ein Atom zu visualisieren (dh die Flugbahn / Bewegung des Elektrons und andere Dinge)?

Die grundlegende Hilfe besteht darin, zu betonen, dass Elektronen und Atome quantenmechanische Einheiten sind, keine klassischen Teilchen mit kontinuierlichen Trajektorien als Funktionen von (x,y,z,t).

Quantenmechanik bedeutet, dass auf mikroskopischer Ebene eine Instanz in (x,y,z,t) in einer berechneten Wahrscheinlichkeitsverteilung für ein bestimmtes Orbital gesehen und gemessen werden kann . Umlaufbahnen gehören zu Planeten und dem halbklassischen Bohr-Modell , das Umlaufbahnen in einer Eins-zu-Eins-Übereinstimmung mit den theoretisch korrekten quantenmechanischen probabilistischen Orbitalen vorhersagt . Hier für das Wasserstoffatom, das einfach ist:

Was bedeutet diese Handlung? Dies bedeutet, dass jeder Punkt der Raumzeitort ist, an dem sich ein einzelnes Elektron befindet, wenn ein Experiment durchgeführt wird. Es gibt einen bestimmten Ort (um die halbklassischen Bohr-Bahnen herum), aber die Wahrscheinlichkeit, das Elektron an einem bestimmten (x,y,z,t) zu finden, ist durch die gegeben$|Ψ|^2$der entsprechenden Wasserstoffwellenfunktionen . (die verwendet wurden, um dieses Diagramm zu erstellen).

Es gab eine experimentelle Bestätigung der Wasserstofforbitale

Was Sie hier sehen, ist die erste direkte Beobachtung des Elektronenorbitals eines Atoms – der eigentlichen Wellenfunktion eines Atoms! Um das Bild aufzunehmen, verwendeten die Forscher ein neues Quantenmikroskop – ein unglaubliches neues Gerät, mit dem Wissenschaftler buchstäblich in die Quantenwelt blicken können.

Hier sind kompliziertere Molekülorbitale,

In dem Raum, in dem es keine Elektronenorbitale gibt, können die anziehenden positiven Kräfte der Kerne dominieren, sodass sich Atome und Moleküle gegenseitig anziehen und LEGO-ähnlich in große Strukturen einfügen können

Je mehr Elektronen ein Atom hat, desto mehr Ebenen sind besetzt. Bei nicht angeregtem Wasserstoff ist nur das unterste Orbital besetzt.

Meines Wissens sind Orbitale Bereiche mit der höchsten Wahrscheinlichkeit, ein Elektron zu finden.

Ja, du hast recht.

Nehmen wir für eine Sekunde an, dass ich die Platzierung von Orbitalen kenne (wie im Video gezeigt), aber was bedeutet das eigentlich, dh wie bewegen sich die Elektronen tatsächlich und so?

Das Video zeigt einfach, wie die Orbitale in einem Atom angeordnet sind. Es bedeutet, wie die Elektronenwolken um den Kern angeordnet sind. Beim Studium der atomaren Struktur untersuchen wir zunächst jedes der Orbitale und ihre Eigenschaften. Nun, dieses Video zeigt die Anordnung der Orbitale um die$Sc_{21}$Kern. Beachten Sie, dass sich Elektronen nur in den Schalen gemäß der Konfiguration des Atoms bewegen. Zum Beispiel die Konfiguration von$Sc_{21}$Ist:

$1s^2 2s^2 p^6 3s^2 p^6 d^1 4s^2$

Elektronen werden also nur in diesen Schalen gefunden. Die anderen Schalen von$3d$sind auch vorhanden, aber sie sind leer.

Kann mir auch jemand helfen, ein Atom zu visualisieren (dh die Flugbahn / Bewegung des Elektrons und andere Dinge)?

Sie müssen nur verstehen, dass sich die Elektronen in ihren Orbitalen bewegen, und dann werden diese Orbitale um den Kern herum platziert. Mehr ist nicht dabei.

Man kann den Weg eines Elektrons nicht definitiv bestimmen, und deshalb ist es das Quantenmodell. Sie können nur sagen, wo die Wahrscheinlichkeit, ein Elektron zu finden, am größten ist.

Es könnte helfen, Dinge zu visualisieren, das Elektron nicht als Teilchen zu betrachten. Es ist besser, es als Welle zu sehen, wenn es sich in der Umlaufbahn um den Kern befindet. Die Orbitale sind dann dort, wo die Welle am stärksten ist, gewissermaßen dort, wo der "Ton" am stärksten zu hören ist (wenn Sie die Welle irgendwie "hören" könnten). Es ist möglich, das Elektron weit außerhalb seiner Umlaufbahn zu "hören", aber viel schwächer, dh mit geringerer Wahrscheinlichkeit.

Die Dualität des Elektrons sowohl als Teilchen als auch als Welle wird durch das Doppelspaltexperiment demonstriert. Diese Dualität ist ein Ausgangspunkt in die seltsame Welt der Quantenmechanik. Die Quantenwelt unterscheidet sich stark von der Makrowelt, die wir kennen, die von der Mathematik beschrieben und durch viele Experimente bestätigt wird. Um die Umlaufbahnen zu berechnen, streuen Sie zusätzlich ein bisschen spezielle Relativitätstheorie ein, was an sich schon ein tolles Thema ist. https://en.wikipedia.org/wiki/Double-slit_experiment und https://en.wikipedia.org/wiki/Special_relativity