اوربیتال اتمی

اوربیتال اتمی ( به انگلیسی: Atomic orbital ) تابع ریاضی است که رفتار موجی مانند یک الکترون یا یک جفت الکترون در اتم را توضیح می دهد. [ ۱] این تابع را می توان به منظور محاسبهٔ احتمال حضور الکترون در یک اتم در مناطق خاصی در اطراف هسته مورد استفاده قرار داد. از عملکرد این تابع می توان در ترسیم نمودار سه بعدی از احتمال حضور الکترون در یک مکان استفاده کرد که این منطقهٔ فیزیکی با احتمال بالا تعیین می شود. [ ۲] به طور خاص، اوربیتال های اتمی ممکن در ویژه حالتی از یک تک الکترون که در مجموعه ای از الکترون ها در اطراف اتم منفرد قرار دارند را می توان با تابع اوربیتال توضیح داد. اوربیتال اتمی که در آن الکترون به عنوان ذرات جامد است را هرگز نمی توان با سیاره ای که به صورت بیضوی به دور خورشید می گردد توضیح داد.
با یک مقایسه دقیق ممکن است چنین به نظر برسد که الکترونی که درجو اطراف هسته قرار دارد مانند جو یک سیاره است. اوربیتال اتمی نحوه شکل گیری این جو را فقط به یک الکترون منفرد در یک اتم را توضیح می دهد. وقتی که الکترون های بیشتری به اتم منفرد اضافه می شود این الکترون ها تمایل دارند به طور مساوی در حجم فضای اطراف هسته قرار بگیرند ( که گاهی به این ابر الکترونی گفته می شود. [ ۳] ) این منطقه معمولاً کروی شکل است. این ایده که الکترون ممکن است در اطراف هسته با یک خاصیت چرخشی که به آن تکانهٔ زاویه ای می گویند می گردد، در سال ۱۹۱۳ توسط نیلز بور استدلال شد. [ ۴] و یک فیزیکدان ژاپنی به نام هانتارو ناگااٌکا ( Hantaro Nagaoka ) در اوایل سال ۱۹۰۴ فرضیه مبتنی به رفتارهای الکترونیکی به این مورد را منتشر کرد. [ ۵] با این حال تا سال ۱۹۲۹ معادله شرودینگر برای حل حرکت موجی الکترون در کوچکترین یا حتی بزرگترین جای اتم برای توابع اوربیتال جدید آماده نبود. [ ۶] با توجه به تفاوت مدار مکانیک کلاسیک از واژه «مدار» برای الکترون در اتم، برای اولین بار شیمیدانی بنام رابرت میلیکان در سال ۱۹۳۲ اصطلاح اوربیتال را ابداع و جایگزین آن کرد. [ ۷] اوربیتال اتمی، معمولاً به عنوان توصیف هیدروژن گونه ( به معنی یک الکترون ) برای تابع موج در فضا است، اعداد کوانتومی که به صورت l, nوm دسته بندی می شوند به ترتیب متناظر هستند با انرژی جفت الکترون، تکانه زاویه ای و تکانه زاویه ای مسیر ( بردار اقلیدسی تکانه زاویه ای ) . هر اوربیتال ( توسط یک مجموعه از اعداد کوانتومی متفاوت تعریف می شود ) که دارای حداکثر دو الکترون است، از نام های کلاسیک در آرایش الکترونی نشان داده شده در تصویر سمت چپ نیز استفاده شده است. نام های اوربیتال کلاسیک که با ( s, p، d, f ) نشان داده می شوند از ویژگی های خطوط طیفی آن ها مشتق شده است. در واقع این نام ها را در تحلیل طیف گسیلی خطی فلزات قلیایی وضع کردند که f, d, p, s به ترتیب برگرفته از واژه های انگلیسی fundamental, diffuse, principal, sharp می باشند. [ ۸] [ ۹] از حدود سال ۱۹۲۰، یا حتی قبل از ظهور مکانیک کوانتومی مدرن، اصل آفبا ( اصل ساخت و ساز ) است که در آن اتم ها متشکل از جفت الکترون های هستند، که از تکرار یک الگوی ساده و منظم که با افزایش اعداد فرد ( . . ۱، ۳، ۵، ) است پیروی می کنند، توسط نیلز بور و دیگران که برای پی بردن به وجود چیزی شبیه به اوربیتال اتمی در داخل تعدادی از ساختار الکترونی اتم های پیچیده مورد استفاده قرار گرفته بود. در ریاضیات فیزیک اتمی، برای ساده کردن تابع موج الکترون در سیستم های پیچیده اغلب مناسب از ترکیبات ساده تر اوربیتال اتمی استفاده شود. اگرچه هر الکترون را نمی توان در یک اتم چند الکترونی که یکی را از یک یا دو الکترون از اوربیتال اتمی در یک تصویر خیالی محدود کرد، هنوز هم تابع موج الکترون ممکن است ترکیباتی از اوربیتال اتمی را دربرداشته باشد؛ مثل اینکه در بعضی مواقع ابر الکترونی یک اتم چند الکترونی هنوز هم با اوربیتال اتمی متشکل از تنها یک یا دو الکترون باشد.