Aatomorbitaal: erinevus redaktsioonide vahel

Eemaldatud sisu Lisatud sisu
P pisitoimetamine
Redefineerimine, peatükkide lisamine, teksti ümber tõstmine, toimetamine
1. rida:
[[Pilt:Electron orbitals.svg|pisi|450px|[[Elektron]]i aatom- ja [[molekulaarorbitaal]]id. Orbitaalide kaart ('''vasakul''') on reastatud energia suurenemise järgi (vaata [[Madelungi reegel]]). ''Märkus: Aatomorbitaalid on kolme [[muutuja]] [[Funktsioon (matemaatika)|funktsioonid]] (kaks nurka ja kaugus [[aatomituum|tuumast]] (r)). Need pildid kujutavad enam-vähem tõepäraselt orbitaali kaldenurka, kuid ei näita siiski täpset orbitaali kuju tervikuna.'']]
'''Aatomorbitaal''' (ingl ''atomic orbital'') on üheruumiosa, kus on suur tõenäosus [[Aatom|aatomi]] [[elektron]]i leida.<ref>{{Raamatuviide|autor=Peter Atkins, Loretta Jones|pealkiri=Keemia alused. Teekond teadmiste juurde. Neljas väljaanne|aasta=2012|koht=Basingstoke, New York|kirjastus=W.H. FREEMAN & Co|lehekülg=949}}</ref> Täpsemini aatomorbitaal on ühe elektroni [[lainefunktsioon]]. Selle funktsiooni abil saab leida [[tõenäosus]]e, mis iseloomustab elektroni paiknemist [[aatom]]isaatomis. TäpsemaltVeelgi täpsemini öeldes on aatomorbitaalid üksikute elektronide võimalikud, diskreetsed [[kvantolek]]ud aatomi [[elektronkate|elektronkattes]], mis on määratud elektroni lainefunktsiooniga. Erinevatel orbitaalidel on erinev astmeliselt muutuv [[energia]]. [[Aatomituum]]ale lähemal on orbitaali energia kõige madalam, eemaldudes tuumast energia suureneb kvantide võrra.
 
Üks orbitaal mahutab [[Pauli keeluprintsiip|Pauli keeluprintsiibi]] tõttu kuni 2 elektroni. Kaks elektroni, mis asuvad samal orbitaalil, moodustavad elektronipaari. Elektronidel on lisaks negatiivsele laengule ka magnetilised omadused. Selleks, et elektronid saaksid moodustada elektronipaari, peavad nende magnetväljad olema vastassuunalised. Teisisõnu ühe paari moodustavad elektronid on erineva [[spinn]]iga. Vastassuunaline magnetväli vähendab elektronide omavahelist tõukumist ühesuguse (negatiivse) laengu tõttu.
Orbitaaliks nimetatakse sellist ala (ruumiosa) aatomis, kus elektroni leidumise tõenäosus on suur. Orbitaal näitab elektroni liikumisel tekkiva [[elektronpilv]]e kuju. See kuju on lihtsustatud mudel ja selguse huvides tavaliselt näidatud lainefunktsiooni piirpinnana, ruumiosana, kus elektroni leidumise tõenäosus on suur - 90..95%. Tegelikult võib elektron asuda suuremas ruumiosas aga selle tõenäosus on väike. Elektron liigub põhiliselt vaid orbitaali määratud alas, kui pidada orbitaali all silmas vaid piirpinnaga määratud tinglikku osa. Väljapoole seda "orbitaali" üldistust satub ta üsna harva. Definitsiooni järgi asub elektron tuuma mõjuväljas olles alati aatomiorbitaalil (Orbitaal on tegelikult pilve moodi ähmase äärealaga ruumiline kujund, mille kujutamine oleks oma ebamäärasuse tõttu väga ebaselge). Elektron ei saa aga asuda piirkonnas, kus lainefunktsiooni väärtus on null. Näiteks p-orbitaalide puhul võib vaadelda tasapinda, mis eristab orbitaali kahte poolt. Seda tasapinda nimetatakse [[nodaalpind|nodaalpinnaks]] ehk [[sõlmpind|sõlmpinnaks]]. Seda pinda aatomi tuuma kohal läbides muutub p-orbitaali lainefuntsiooni märk vastupidiseks.<ref>Orgaaniline keemia : õpik kõrgkoolidele / Francis A. Carey, Robert M. Giuliano ; [tõlge eesti keelde Kristin Lippur ... jt. ; toimetaja Tõnis Kanger ; kaanekujundaja Tiia Eikholm ; kaanefoto: Heiti Paves], Tallinna Tehnikaülikooli Kirjastus, 2014 1296 lk. http://www.ester.ee/record=b3084143*est (vaata lk 4 ja 5)</ref>
Joonistel kujutatakse erineva märgiga lainefuntsiooni osad, mis eristuvad teineteisest sõlmpinnaga erinevate vävide või tumedusega.
 
== Ajalugu ==
Idee, et elektronid liiguvad orbiidilaadsetel [[trajektoor]]idel aatomi sees, pakuti esmakordselt välja aastal 1904. Aastatel 1913–1926 arvati, et elektronid aatomis liiguvad ümber [[aatomituum|tuuma]] nagu [[planeet|planeedid]] ümber [[päike]]se. Püüd selgitada elektronide käitumist nende "orbiidil" suunas teadlasi [[kvantmehaanika]] seaduspärasuste avastamisele. Kvantmehaanika ennustuste järgi saavad mikroskoopiliste objektide puhul oluliseks [[mateeria]] lainelised omadused, mille tulemusena on elektron aatomituuma ümber "laiali määritud", st sel puudub selge trajektoor. Seetõttu kasutatakse elektronide jaoks sõna ''orbiit'' asemel sõna ''orbitaal'', vihjates selle väiksemale määratusele ja arvestades elektroni lainelist omadust.
 
== Orbitaalide kuju ==
Kõik orbitaalid ei ole ühesuguse kujuga. Osa on kerakujulised, kuid on ka keerukama kujuga orbitaale.
Kõik orbitaalid ei ole ühesuguse kujuga. s-orbitaal on sfäärilise kujuga, p-orbitaalil on kaks paisu teine teisel pool tuuma, d-orbitaalil on enamasti neli paisu, mille keskel paikneb tuum ja f-orbitaali korral on paisude paiknemine veel keerulisem. Orbitaalide (alamkihtide) nimed (s, p, d, f, g, ...) on saadud nende [[aatomspekter|spektrijoontest]]: '''''s'''harp'' (terav), '''''p'''rincipal'' (põhiline), '''''d'''iffuse'' (hajunud), ja '''''f'''undamental'' (fundamentaalne) ning üks ülejäänud (g) ja järgmised hüpoteetilised orbitaalid (i,j jne.) on juba nimetatud tähestiku järjekorras. Mõnikord on kasutatud ka [[mnemoonik]]uid '''s'''fääriline ja '''p'''erifeerne.
 
=== Orbitaali pinnad ===
Orbitaalide (alamkihtide) nimed (s, p, d, f, g, ...) on saadud nende [[aatomspekter|spektrijoontest]]: '''s'''harp (terav), '''p'''rincipal (põhiline), '''d'''iffuse (hajunud), ja '''f'''undamental (fundamentaalne) ning üks ülejäänud (g) ja järgmised hüpoteetilised orbitaalid (i,j jne.) on juba nimetatud tähestiku järjekorras. Mõnikord on kasutatud ka [[mnemoonik]]uid '''s'''fääriline ja '''p'''erifeerne.
Orbitaaliks nimetatakse sellist ala (ruumiosa) aatomis, kus elektroni leidumise tõenäosus on suur. Orbitaal näitab elektroni liikumisel tekkiva [[elektronpilv]]e kuju. See kuju on lihtsustatud mudel ja selguse huvides tavaliselt näidatud lainefunktsiooni piirpinnana, ruumiosana, kus elektroni leidumise tõenäosus on suur - 90..95%. Tegelikult võib elektron asuda suuremas ruumiosas aga selle tõenäosus on väike. Elektron liigub põhiliselt vaid orbitaali määratud alas, kui pidada orbitaali all silmas vaid piirpinnaga määratud tinglikku osa. Väljapoole seda "orbitaali" üldistust satub ta üsna harva. Definitsiooni järgi asub elektron tuuma mõjuväljas olles alati aatomiorbitaalil (Orbitaalorbitaal on tegelikult pilve moodi ähmase äärealaga ruumiline kujund, mille kujutamine oleks oma ebamäärasuse tõttu väga ebaselge). Elektron ei saa aga asuda piirkonnas, kus lainefunktsiooni väärtus on null. Näiteks p-orbitaalide puhul võib vaadelda tasapinda, mis eristab orbitaali kahte poolt. Seda tasapinda nimetatakse [[nodaalpind|nodaalpinnaks]] ehk [[sõlmpind|sõlmpinnaks]]. Seda pinda aatomi tuuma kohal läbides muutub p-orbitaali lainefuntsiooni märk vastupidiseks.<ref>Orgaaniline keemia : õpik kõrgkoolidele / Francis A. Carey, Robert M. Giuliano ; [tõlge eesti keelde Kristin Lippur ... jt. ; toimetaja Tõnis Kanger ; kaanekujundaja Tiia Eikholm ; kaanefoto: Heiti Paves], Tallinna Tehnikaülikooli Kirjastus, 2014 1296 lk. http://www.ester.ee/record=b3084143*est (vaata lk 4 ja 5)</ref>
Joonistel kujutatakse erineva märgiga lainefuntsiooni osad, mis eristuvad teineteisest sõlmpinnaga erinevate vävide või tumedusega.
 
== Kvantarvud ==
Kvantmehaanika reeglite kohaselt on aatomorbitaalid määratud järgmiste [[kvantarv]]udega:
# [[peakvantarv]] n, mille võimalikud väärtused on 1, 2, 3, ...
# [[orbitaalkvantarv]] l, mille võimalikud väärtused on 0, 1, 2, ... , n-1. Orbitaalkvantarve tähistatakse ka sümbolitega s, p d, f, ...
# [[magnetkvantarv]] m, mille võimalikud väärtused on -l, -(l-1), -(l-2), ... , 0, ... l-2, l-1, l
# [[spinn]] s, millel on kaks võimalikku väärtust: +1/2, -1/2. Spinni väärtust väljendatakse ka sõnades "üles" ja "alla".
Kvantarvud n ja l määravad vastavalt [[elektronkiht|elektronkihi]] ja [[alamelektronkiht|alamelektronkihi]]. Et elektroni energia sõltub peamiselt viimasest kahest kvantarvust, siis räägitakse aatomorbitaalidest tihti vaid nende kahe kvantarvu mõistes. Täpse aatomorbitaali määramisel tuleb siiski arvesse võtta ka magnetkvantarvu ja elektroni spinni.
 
== Alakihid ==
[[Bohri mudeli]] järgi jaotati aatomi [[elektronkate]] kihtideks. Tänapäevane aatomimudel annab elektronkatte ehitusest täpsema pildi. Selle järgi jaotatakse elektronkihid omakorda alakihtideks. Esimene (kõige sisemine) elektronkiht koosneb vaid ühest alakihist. Igal järgmisel elektronkihil on üks alakiht rohkem kui eelmisel. Alakihtide arv igas elektronkihis võrdub selle kihi järjekorranumbriga n. Iga alakihi tähises märgitakse kõigepealt elektronkihi number ja seejärel alakihi tüüp (mida märgitakse vastava tähega).
 
Üks orbitaal mahutab [[Pauli keeluprintsiip|Pauli keeluprintsiibi]] tõttu kuni 2 elektroni. Kaks elektroni, mis asuvad samal orbitaalil, moodustavad elektronipaari. Elektronidel on lisaks negatiivsele laengule ka magnetilised omadused. Selleks, et elektronid saaksid moodustada elektronipaari, peavad nende magnetväljad olema vastassuunalised. Teisisõnu ühe paari moodustavad elektronid on erineva [[spinn]]iga. Vastassuunaline magnetväli vähendab elektronide omavahelist tõukumist ühesuguse (negatiivse) laengu tõttu.
 
s-alakiht on iga elektronkihi esimene alakiht. See on kõige madalama energiaga alakiht vastavas [[elektronkiht|elektronkihis]]. s-alakihis asub vaid üks kerakujuline s-orbitaal.
29. rida ⟶ 39. rida:
sp2 hübridisatsioon (3 sp2-hübriidset orbitaali, mis on 120° nurga all ühel tasapinnal (tasapinnaline süsinik)ja 1 normaalne p-orbitaal)
sp hübridisatsioon (2 sp-hübriidset orbitaali, mis asetsevad ühel sirgel (lineaarne süsinik) ja 2 normaalset p-orbitaali)
 
Kvantmehaanika reeglite kohaselt on aatomorbitaalid määratud järgmiste [[kvantarv]]udega:
# [[peakvantarv]] n, mille võimalikud väärtused on 1, 2, 3, ...
# [[orbitaalkvantarv]] l, mille võimalikud väärtused on 0, 1, 2, ... , n-1. Orbitaalkvantarve tähistatakse ka sümbolitega s, p d, f, ...
# [[magnetkvantarv]] m, mille võimalikud väärtused on -l, -(l-1), -(l-2), ... , 0, ... l-2, l-1, l
# [[spinn]] s, millel on kaks võimalikku väärtust: +1/2, -1/2. Spinni väärtust väljendatakse ka sõnades "üles" ja "alla".
Kvantarvud n ja l määravad vastavalt [[elektronkiht|elektronkihi]] ja [[alamelektronkiht|alamelektronkihi]]. Et elektroni energia sõltub peamiselt viimasest kahest kvantarvust, siis räägitakse aatomorbitaalidest tihti vaid nende kahe kvantarvu mõistes. Täpse aatomorbitaali määramisel tuleb siiski arvesse võtta ka magnetkvantarvu ja elektroni spinni.
 
==Vaata ka==