Что такое атомная орбиталь

Любое вещество в природе состоит из мельчайших частиц, называемых атомами. Их размеры настолько малы, что в сущности эти частицы еще никто не видел, а данные об их структуре и свойствах основаны на многочисленных экспериментах с использованием разнообразных сложных приборов.

Строение атома

Атом состоит из двух основных частей: ядра и электронной оболочки. В свою очередь ядро представляет собой комбинацию протонов и нейтронов, которые вместе носят название нуклоны; электронная оболочка ядра состоит только из электронов. Ядро имеет положительный заряд, оболочка – отрицательный, а вместе они образуют электронейтральный атом.

История

Как было сказано ранее, атом состоит из ядра и движущихся вокруг него электронов. Нередко, чтобы упростить схематичные рисунки атомов, считают, что электроны вращаются по круговым орбитам, как планеты Солнечной системы вокруг Солнца. Эту наглядную модель предложил в 1911 году выдающийся английский физик Эрнест Резерфорд. Однако экспериментально доказать её не удавалось, и от термина «орбита» начали постепенно отказываться. Уже в начале 30-х годов ХХ века было окончательно установлено, что электрон в атоме вообще не имеет определенной траектории движения. Именно тогда в работах американского физика Роберта Малликена и немецкого физика Макса Борна начал появляться новый термин – орбиталь – созвучный и близкий по смыслу орбите.

Электронное облако

Электронное облако – это вся совокупность точек, в которых побывал электрон за определенный промежуток времени. Та область электронного облака, в которых электрон появлялся чаще, и есть орбиталь. Чаще всего, давая определение этому термину, говорят, что это то место атома, где местоположение электрона наиболее вероятно. При этом слово «вероятно» играет здесь ключевую роль. В принципе, электрон может находиться в любой части атома, но вероятность обнаружить его где-либо вне орбитали крайне мала, поэтому принято считать, что орбиталь составляет примерно 90% электронного облака. Графически орбиталь изображают в виде поверхности, которая очерчивает область, где появление электрона наиболее вероятно. Например, у атома водорода орбиталь имеет сферическую форму.

Типы орбиталей

В настоящее время ученые определяют пять типов орбиталей: s, p, d, f и g. Их формы были вычислены методами квантовой химии. Орбитали существуют вне зависимости от того, находится на них электрон или нет, при этом атом каждого элемента, известного в настоящее время, имеет полный набор всех орбиталей.

В современной химии орбиталь является одним из определяющих понятий, которое позволяет исследовать процессы образования химических связей.