Нас учили, что атомные орбитали, о которых мы читаем, представляют собой область плотности вероятности обнаружения электронов с определенными энергиями, которые обозначаются различными квантовыми числами.
Поскольку существует высокая степень неопределенности, когда мы говорим о местоположении простого обнаружения электрона, а также об энергии, которую мы «наблюдаем» и которая может в значительной степени не совпадать с реальной энергией наблюдаемого электрона, какова тогда значение любой атомной орбитали?
Я не очень хорошо разбираюсь в различных методах и теориях, которые мы разработали с течением времени, но все же я думаю, что атомные орбитали в лучшем случае являются областью высокой вероятности обнаружения определенных электронов. Поскольку мы не должны быть в состоянии сделать это с достаточной уверенностью, как тогда мы можем проверить достоверность существования орбиталей?
Возможно ли, что идея атомной орбитали сейчас устарела с точки зрения современного развития и используется только для упрощенного объяснения сложных электронных движений и явлений?
В целом, мне интересно узнать значение атомных орбиталей. Google предоставляет различные ссылки, объясняющие теорию и перечисляющие ее использование в современной химии, но я не смог найти ничего, что правильно объясняет значение или даже пытается объяснить фактическое присутствие чего-то вроде атомной орбитали, кроме как сказать, что мы находим такие-то и такие-то области вероятности. при работе с уравнениями Шрёдингера.
Добавлено после ответов и комментариев: в ответах перечислены только варианты использования конструкции, я пытался сказать, что мне интересно узнать, действительно ли существует что-то вроде орбитали или нет.
Может быть, поможет пример: нет никаких ограничений для электрона с определенной энергией двигаться по орбитали, имеющей тупиковую или двойную тупиковую форму! Я согласен с тем, что электроны обладают определенной энергией, описываемой квантовыми числами, но как можно окончательно доказать, что электрон, принадлежащий, скажем, 2p_x, находится на орбитали в форме тупицы?
Опять же, истинны ли орбитали? Являются ли они действительно важными, а не просто полезной математической конструкцией? Можно ли это окончательно доказать?
Да, атомные орбитали очень важны.
Электрону, находящемуся на определенной орбитали, соответствует определенная энергия. Если электрон переходит между двумя орбиталями, энергия поглощенного или испущенного фотона равна разнице между энергетическими уровнями орбиталей.
Функция плотности вероятности также важна. Например, s-орбитальный электрон имеет вероятность находиться внутри ядра. Это приводит к контактному взаимодействию Ферми , которое имеет наблюдаемые эффекты в спектроскопии ЯМР и ЭПР и захвате электронов.
Есть еще одна «полезность» орбиталей, помимо вероятностей, которую, я думаю, важно иметь в виду, и из вашего вопроса не ясно, знакомились ли вы с ней.
Волновая функция представляющий некоторую заданную атомную орбиталь, удовлетворяет уравнению Шрёдингера для атома. Это означает, что собственное значение извлекается из представляют энергетический уровень этой орбитали. В некотором смысле энергетический уровень «закодирован» в форме (для заданного потенциала).
Исторически именно так Шредингер впервые использовал свое уравнение; не с вероятностной точки зрения, а из вывода энергетического спектра водорода.
Трудно определить точную причину вашего замешательства.
Например, вы утверждаете, что «атомные орбитали в лучшем случае являются областью высокой вероятности обнаружения определенных электронов. Поскольку мы не должны быть в состоянии сделать это с достаточной уверенностью, как тогда мы можем проверить достоверность существования орбиталей?»
Вероятность в этом случае — это вероятность для одного измерения, которое совершенно не коррелирует с тем же типом измерения на другом атоме на расстоянии микрометра. Если вы агрегируете достаточное количество измерений, неопределенности уравновешиваются.
Важность этих орбиталей имеет решающее значение для химиков. Основная органическая химия зависит от перекрытия s- и p-орбиталей для образования связей. По сути, орбиталь указывает, где может находиться электронная пара (на один спин вверх, на один спин вниз). Когда два атома сближаются, они могут образовать общую орбиталь. Если у обоих атомов есть орбитали только с одним неспаренным электроном, общая/объединенная орбиталь может содержать пару. Наличие электронной пары с противоположными спинами энергетически выгодно, что объясняет, как образование такой пары на общей орбитали образует стабильную связь между атомами.
Существуют даже более причудливые орбитали, в частности, в бензоле и подобных циклических молекулах. Мы знаем, что бензол довольно плоский, что является результатом орбиталей по обе стороны кольца. Это приводит к довольно необычному поведению бензола.
Джон Ренни
Риджул Гупта
ДэйвДоктор философии
Риджул Гупта
ДэйвДоктор философии
Риджул Гупта
Нефенте
ХольгерФидлер