O que é um orbital atômico? Em que ele difere de uma órbita? Por que é util um diagrama de superficie limite na representacao de um orbital? Qual dos quatro numeros quanticos (
) determina a energia de um eletron em um atomo de hidrogenio e em um atomo?
Passo 1
O enunciado pergunta:
O que é um orbital atômico e em que difere de uma órbita clássica?
Por que usamos diagramas de superfície-limite para representá-lo?
Qual(is) número(s) quântico(s) determina(m) a energia de um elétron num átomo de hidrogênio e num átomo polieletrônico?
Este problema envolve conceitos de mecânica quântica (função de onda, probabilidade de localização) e a interpretação dos quatro números quânticos
,
,
,
.
Passo 2
Definimos orbital atômico como a região do espaço onde a probabilidade de encontrar o elétron é significativa, obtida da função de onda
solução da equação de Schrödinger. Já a órbita é o conceito clássico de trajetória definida (como planeta ao redor do Sol), o qual não existe na mecânica quântica por não podermos conhecer simultaneamente posição e momento com precisão.
Passo 3
O diagrama de superfície-limite (ou isosuperfície) mostra a fronteira que envolve, por exemplo,
% da densidade eletrônica
. Ele é útil porque ilustra de modo visual a forma, orientação e nodos do orbital sem ter de visualizar a função de onda completa em cada ponto do espaço.
Passo 4
No átomo de hidrogênio (sistema de um elétron), a energia de cada estado só depende do número quântico principal
, pois todos os orbitais com mesmo
são degenerados:
Passo 5
Em átomos multieletrônicos, a energia depende não só de
como também do número quântico secundário
, devido a efeitos de blindagem e penetração orbital. Os números
e
não influenciam a energia (a menos que se inclua campo magnético ou spin–órbita).
Resposta
Um orbital atômico é a região onde há alta probabilidade de encontrar o elétron, dada pela função de onda quântica, ao contrário de uma órbita clássica, que é um caminho definido. Usamos diagramas de superfície-limite para visualizar forma, orientação e nodos do orbital sem mapear
em todo lugar.
No átomo de hidrogênio, apenas determina a energia do elétron.
Em átomos polieletrônicos, a energia depende de e
.
No átomo de hidrogênio, apenas
Em átomos polieletrônicos, a energia depende de