Номер 4, страница 8 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

4. Что такое атомная орбиталь? Какую форму имеют $s$-, а какую $p$-орбитали?

Решение

Атомная орбиталь — это понятие из квантовой механики, которое описывает наиболее вероятное местоположение электрона в атоме. В отличие от планетарной модели Бора, где электроны движутся по строго определенным траекториям (орбитам), в квантовой модели положение электрона нельзя определить точно в каждый момент времени. Вместо этого, атомная орбиталь представляет собой область пространства вокруг атомного ядра, в которой вероятность нахождения данного электрона максимальна (обычно принимается за 90-95%). Математически орбиталь описывается волновой функцией ($ \psi $), которая является решением уравнения Шрёдингера для данного атома. Квадрат модуля волновой функции ($ |\psi|^2 $) определяет плотность вероятности нахождения электрона в каждой точке пространства.

Каждая орбиталь характеризуется определенной формой, размером и ориентацией в пространстве, которые зависят от квантовых чисел. Форма орбитали определяется орбитальным (азимутальным) квантовым числом $l$.

Форма s-орбиталей (от англ. sharp). Эти орбитали характеризуются орбитальным квантовым числом $l=0$. Они имеют сферическую симметрию. Это означает, что вероятность найти электрон на определенном расстоянии от ядра одинакова во всех направлениях. Центр этой сферы совпадает с ядром атома. На каждом энергетическом уровне, начиная с первого ($n \ge 1$), существует только одна s-орбиталь. С увеличением главного квантового числа $n$ (т.е. при переходе от 1s к 2s, 3s и т.д.) размер s-орбитали увеличивается.

Форма p-орбиталей (от англ. principal). Эти орбитали соответствуют орбитальному квантовому числу $l=1$. Они появляются начиная со второго энергетического уровня ($n \ge 2$). Форма p-орбитали напоминает объемную восьмерку или гантель. Она состоит из двух симметричных лепестков, разделенных узловой плоскостью, которая проходит через ядро атома. В этой плоскости (и в самом ядре) вероятность нахождения электрона равна нулю. Для любого энергетического уровня, где $n \ge 2$, существует три p-орбитали. Эти три орбитали имеют одинаковую энергию (в отсутствие внешнего магнитного поля) и одинаковую гантелеобразную форму, но различаются своей ориентацией в пространстве. Их принято располагать вдоль координатных осей x, y и z, обозначая соответственно как $p_x$, $p_y$ и $p_z$. Они взаимно перпендикулярны друг другу.

Ответ: Атомная орбиталь — это область пространства вокруг ядра, где вероятность нахождения электрона наиболее высока. s-орбитали имеют форму сферы. p-орбитали имеют форму объемной восьмерки (гантели); на каждом энергетическом уровне (кроме первого) существует три взаимно перпендикулярные p-орбитали.