OrbitaLab
Orbitale und Schalen im Elektroniummodell
Man kann sich die Hülle eines Atoms vorstellen als zusammengesetzt aus besetzten Orbitalen, die im Wesentlichen dieselbe Dichteveteilung wie die Einelektronenzustände des Wasserstoffs haben. Um diese Zusammensetzung anschaulich zu machen, lassen wir in den Videos besetzte Orbitale ins Bild hineinfliegen und sich mit den bereits vorhandenen zu einer resultierenden Dichteverteilung überlagern.
Man lernt dabei folgendes:
• Sobald eine Unterschale voll ist, ist das Atom kugelsymmetrisch.
• Beim Überlagern von vollen Unterschalen zu einer vollen Schale verschwinden die Minima in der r-Abhängigkeit.
• Die Stromdichte einer vollen Unterschale ist überall null.
• Wenn ein s-Orbital und drei orthogonale p-Orbitale, die alle miteinander entartet sind, überlagert werden, resultiert eine kugelsymmetriesche Dichteverteilung. Diese lässt sich auch in vier sp3-Hybrid-Orbitale zerlegen.
• Die Mannigfaltigkeit der Formen, die ein Boratom annehmen kann, ist eindimensional.
Liste der Videos
1. Einelektronenorbitale addieren sich zu einer vollen Unterschale
1.1 Unterschale mit n = 3 und l = 1; die einfliegenden Orbitale unterscheiden sich im Wert von m.
1.2 Wie 1.1, in 3D-Darstellung
1.3 Unterschale mit n = 4 und l = 3; die einfliegenden Orbitale unterscheiden sich im Wert von m.
1.4 Wie 1.3, Orbitale fliegen gleichzeitig ein.
1.5 Unterschale mit n = 8 und l = 5; die einfliegenden Orbitale unterscheiden sich im Wert von m.
2. Einelektronenorbitale addieren sich zu einer vollen Schale
Schale mit n = 5; die einfliegenden Orbitale unterscheiden sich in den Werten von l und m.
3. Aus einer Atomhülle enststeht die des Atoms mit der nächsthöheren Ordnungszahl; vom Wasserstoff- bis zum Neonatom. Die wiederholte Kontraktion der Atomhülle entspricht dem Hinzunehmen eines weiteren Proton zum Kern.)
4. Volle Unterschalen addieren sich zu einer vollen Schale
4.1 Schale mit n = 5; die einfliegenden Unterschalen unterscheiden sich im Wert von l.
4.2 Wie 4.1, nur anderer Plot.
5. Einelektronenorbitale addieren sich zu einer vollen Unterschale. Stromdichte farbcodiert, Dichte als Niveaulinien.
5.1 Unterschale mit n = 3 und l = 2; die einfliegenden Orbitale unterscheiden sich im Wert von m.
5.2 Wie 5.1, Orbitale fliegen gleichzeitig ein.
Vier sp3-Hybridorbitale (mit zueiander orthogonalen Wellenfunktionen) fliegen ein. Es resultiert eine kugelsymmetrische Dichteveteilung. Diese wird danach wieder zerlegt in drei p-Orbitale und ein s-Orbital.
Die Formen, die ein Boratom im Grundzustand annehmen kann, bilden eine eindimensionale Mannigfaltigkeit. Das Video zeigt in zeitlicher Folge alle möglichen Formen.