Chemistry Labs
Đại học · 20 phút

Xem các số lượng tử tác động thế nào lên obitan

Điều chỉnh các số lượng tử n, l và m của một obitan kiểu hydro và quan sát đám mây electron đổi dạng, số thuỳ và số mặt nút.

Đám mây điểm 3D của một obitan nguyên tử kiểu hydro; các thuỳ mang dấu dương và âm hiện bằng hai màu, có thể kéo để xoay.

Mục tiêu

Gắn mỗi số lượng tử với một đặc điểm nhìn thấy: n quyết định kích thước và số mặt nút hướng tâm, l quyết định số mặt nút góc và loại obitan, m quyết định hướng.

Dụng cụ và hoá chất

Không cần hoá chất — chỉ có các nghiệm Schrödinger của nguyên tử hydro, lấy mẫu thành đám mây mật độ electron.

Cách làm

  1. Đặt n = 1, l = 0, m = 0 để xem obitan 1s hình cầu, rồi tăng n lên 2 và 3 giữ l = 0 và đếm các mặt nút hướng tâm.
  2. Chuyển sang l = 1 (obitan p) và kéo m qua −1, 0, +1 để so sánh hướng theo các trục x, y và z.
  3. Thử l = 2 ở n = 3 để xem các dạng d hình cỏ bốn lá; bật/tắt hiển thị pha để đổi màu hai thuỳ.
  4. Tăng số điểm lên 60000 để có đám mây dày và ghi nhận vùng mật độ cao nhất so với hạt nhân.

Điều cần quan sát

  • Obitan 1s là hình cầu trơn; 2s và 3s thêm một rồi hai mặt nút hướng tâm nơi mật độ bằng không.
  • Mọi obitan l = 1 đều có một mặt nút đi qua hạt nhân; màu hai thuỳ đổi dấu khi qua mặt nút đó.
  • Với cùng l, các giá trị m khác nhau cho cùng một dạng nhưng xoay khác hướng; tổng số mặt nút luôn bằng n − 1.

Giải thích

Obitan nguyên tử là hàm sóng một electron ψnlm(r,θ,φ)\psi_{nlm}(r,\theta,\varphi) — nghiệm của phương trình Schrödinger cho nguyên tử hydro; các chấm biểu diễn ∣ψ∣2|\psi|^2, mật độ xác suất tìm thấy electron. Hàm sóng tách thành phần hướng tâm có n−l−1n-l-1 mặt nút và phần góc (hàm điều hoà cầu YlmY_l^m) có ll mặt nút. Trong cận Born–Oppenheimer, các hàm một electron này trở thành khối cơ bản lấp đầy cấu hình electron của nguyên tử nhiều electron.

Nhà hoá học liên quan

Chủ đề liên quan

Thí nghiệm ảo: một mô hình đơn giản hoá để xây dựng trực giác. Nó không thay thế thực hành thật và huấn luyện an toàn; không tự làm lại tại nhà khi không có người hướng dẫn.