Есть ли значение атомных орбиталей?

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?

@JohnRennie: я читал эту статью раньше, но меня также осенило, что на картинке, которую они получили, есть узел! Согласно тому, чему нас учат, атом водорода с одним электроном должен был иметь только 1s-орбиталь, ясно, что мы получаем 2s или другую орбиталь, разделенную узлом точно так же, что подрывает теорию!
@rijulgupta в статье, которую цитирует JohnRennie, лазер используется для возбуждения H до смеси состояний n = 2 s и p.
@DavePhD: я бы определенно согласился с вами, но видите , изображение, о котором я говорил, указано как 3-е состояние, для 3-го состояния должно быть 2 узла, но, кроме очень маленького пятна, такого как вакансия, нет четкого узла! Я просто пытаюсь указать, что что-то не так!
@rijulgupta Они говорят, что это (2,27,0) состояние Старка. Я не разбираюсь в состояниях Старка, но думаю, что это состояния атома водорода в электрическом поле. Я не думаю, что это то же самое, что и обычные состояния водорода в отсутствие приложенного поля.
@DavePhD: я тоже понятия не имею об этом. Итак, это, по крайней мере, не отвечает на орбитальный вопрос!
Мне кажется, вы на самом деле спрашиваете не об атомных состояниях, а скорее «Являются ли волновые функции реальными или просто математическим трюком?»

Ответы (4)

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.

Я не разбираюсь в контактном взаимодействии Ферми, ЯМР или ЭПР, но я знаю, что спектр излучения или поглощения был впервые разработан для атома водорода и учитывает разницу в энергии между орбитами, а не орбиталями, пожалуйста, прочитайте и найдите формулу здесь. Она ясно использует концепцию орбит, а не орбиталей. Если вы хотите сказать, что орбиты вернее орбиталей из-за этого явления, то вся химия содрогнется в корне!
Модель фиксированных орбит Бора неверна. Решения волновой функции (орбитали) уравнения Шредингера являются хорошими приближениями. Однако энергетические уровни модели Бора и модели Шредингера совершенно одинаковы. Для большей точности необходимо расширение Зоммерфельда модели Бора или расширение Дирака уравнения Шредингера (опять же, Зоммерфельд и Дирак дают одинаковые уровни энергии). Для еще большей точности нужен КЭД.
Опять же, я совсем не эксперт, но разница в энергии орбиталей, как бы незначительно она ни отличалась от энергии орбит, формула Ридберга использует н как номер орбиты и не имеет ничего общего с орбиталью, конечно, это неверно для многоэлектронной системы, но все же это не касается орбиталей, если вы говорите, что спектр включает в себя энергетическую щель орбиталей, а не орбит (как просто математические построения, так и нереалистичные согл. мне) не фальсифицирует ли это формулу Ридберга. Мой вопрос касается фактического и реалистичного значения орбиталей, а не их математической потребности и использования!
Я думаю, вы путаете термин «орбитальный» с конкретным квантовым числом, таким как l или m в последнем комментарии. Орбиталь обозначается (n,l,m), например 1s, 2s, 2p_x и т. д. Формула Ридберга и уравнение Шредингера говорят, что 1s-орбита (al) имеет другую энергию, чем 2s-орбита (al), и что 2s и все 2p-орбиты (al) имеют одинаковую энергию. Это верно лишь приблизительно, отсюда формула Зоммерфельда и теория Дирака, которые показывают, что существует небольшая разница между энергиями 2s-орбиты (al) и 2p-орбиты (al) s.
Давайте просто предположим, что у электронов есть только определенные допустимые энергии, связанные с 4 квантовыми числами; Мой вопрос все еще остается! Есть ли что-то вроде орбитали? нам все равно, эти электроны могут быть где угодно! Является ли представление/модель плотности вероятности правильным? не в том ли, что только те электроны, которые, как мы знаем, имеют определенную энергию, находятся в тех конкретных областях, о которых мы говорим, что они должны быть обнаружены?
Контакт Ферми, который происходит только для s-орбиталей, потому что s-орбитали — единственные с конечной плотностью в ядре, является наиболее ярким примером того, насколько мне известно, модель плотности вероятности верна. Я рекомендую прочитать о сверхтонкой структуре и контакте Ферми.
Я должен был бы прочитать об этом, прежде чем углубляться, но я могу задать вопрос: как можно узнать, что это только s-орбитальные электроны, если есть только вопрос плотности вероятности?
Расчетная сверхтонкая структура водорода (которая основана только на s электронах, имеющих плотность в ядре) не соответствует наблюдениям.
Я действительно не понял ни слова из последнего комментария!
начните с чтения этого: en.wikipedia.org/wiki/Hyperfine_structure

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 Ψ ( Икс , т ) представляющий некоторую заданную атомную орбиталь, удовлетворяет уравнению Шрёдингера для атома. Это означает, что собственное значение извлекается из Ψ ( Икс , т ) представляют энергетический уровень этой орбитали. В некотором смысле энергетический уровень «закодирован» в форме Ψ ( Икс , т ) (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.

Существование атомных орбиталей, описываемых квантовой механикой, было непосредственно проверено в эксперименте. Также связано с тем, что СТМ может показывать электронную плотность поверхности, и эта плотность примерно такая же, как электронная орбиталь для многоатомной системы.

Есть ли значение атомных орбиталей?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v