Я так понимаю, что орбитали - это 3D контур, внутри которого есть определенная вероятность (например 90%) найти электрон (это мое понимание, так что поправьте меня, если я ошибаюсь).
Теперь я хочу знать значение таких форм, как p-орбиталь. Они имеют форму гантели (что-то вроде) и расположены на осях x, y и z. Но разве ось не является совершенно произвольной. Поскольку оси произвольны, мы должны ожидать только формы, которые остаются неизменными при любом повороте оси. Единственное, что соответствует этому критерию, — это сферическая форма (или s-орбиталь).
Итак, что означают несферические формы различных орбиталей в контексте, который я упомянул выше?
На самом деле оси совершенно произвольны. Задача сферически-симметрична (т.е. гамильтониан коммутирует с генераторами вращения, являющимися компонентами углового момента).
Однако мы выбрали оси для описания системы, и все наши результаты даны относительно этих осей. Далее мы произвольно выбрали полный набор коммутирующих операторов, собственные значения которых однозначно задают любой собственный вектор гамильтониана. Эти операторы обычно считаются с их собственными значениями, помеченными , , соответственно. Это делает -ось особенная для нашего описания системы, хотя это, конечно, все же лишь артефакт нашего выбора координат.
Когда вы прикладываете к атому электрические или магнитные поля, система перестает быть сферически симметричной (поскольку поля приходят с определенного направления), и тогда разные формы гантелей по-разному реагируют на поля, исходящие с разных направлений и имеющие разную поляризацию (это должно быть интуитивно очевидно). . Отсюда мой вывод: несферические формы — это то, что вы получаете, когда находите одновременные собственные векторы вышеуказанных операторов, выбор которых не является сферически симметричным. В задаче, которая больше не является сферически-симметричной, формы приобретают физическое значение, потому что вы действительно можете возбудить электроны на эти точные орбитали светом, идущим с соответствующих направлений и имеющим соответствующую поляризацию.
ХольгерФидлер