Nehmen Atomorbitale außerhalb von Molekülen auch spezifische Ausrichtungen an?
Meinst du bei freien Atomen?
Ja, welche wo die Topologie der anderen Ladungsverteilungen die Atomorbitale nicht in eine bestimmte Konfiguration bringt
4 Antworten
Dass man Atomorbitale außerhalb von Bindungen fixieren kann wie in einem Schraubstock, wäre mir neu. Sie würden vermutlich sowieso durch Heisenbergsche Unschärferelation verschmieren. Das übersteigt meine Kompetenzen als Chemiker aber bei weitem, da auch relativistische Effekte, Vielkörperprobleme, Abschirmung, Kopplung und Lamb-Effekt usw. die Elektronenhülle empfindlich beeinflussen.
Was man aber machen kann: spektroskopisch kann man Entartungen von m und s in elektrischen oder magnetischen Feldern nach der z-Komponente aufheben/ausrichten. Beispiele: Gasphasen-Mikrowellenspektroskopie, Zeeman-Effekt, ESR der Elektronenspins, NMR der Kernspins. Dies sind aber makroskopische Besetzungsverhältnisse und nicht Einzelatommessungen!
Auch die Ligandenfeldtheorie sagt meines Wissens nichts über die makroskopische Ausrichtung aus, außer vielleicht in Festkörpern. Eine weitere erschwerende Möglichkeit, die ich noch sähe, wäre, das Atom über die Wellenfunktionen als gequantelten, starren Rotator zu behandeln. Aber ich bezweifle, ob das funktionierte oder sinnhaftig sei.
Jedenfalls sind diese Ringe, Kegel und Kugeln nichts weiter als Betragsquadrats-Aufenthaltswahrscheinlichkeiten mit der Wellenphase (komplexe Zahl) aus der exakten Lösung der Schrödingergleichung, die nur für Wasserstoff möglich ist. Alles höherer Elemente sind numerische Vereinfachungen, Linearkombinationen und Näherungen.
Ich denke, dass die relative Ausrichtung im Atom schon vorhersagbar (90° bei p-Orbitalen...), aber die absolute Einzelatomausrichtung eben nicht messbar ist!
Was soll mir das sagen? Ich bin kein Physiker, kenne mich mit QCD nicht aus und habe den Begriff "Tensorladung" noch nie gehört. Bei QED hört es schon auf bei mir. Dass Einzelprotonen trotzdem ein ausrichtbares Multipolmoment besitzen - auch wenn ich es aus der NMR anders kenne?
Dann müssen sie sich eben ab heute damit beschäftigen
Wenn ich es richtig verstehe, dann ist der Transversalspin die Spinkomponente rechtwinklig zur Flugrichtung eines Quarkverbundes, e. g. Protons.
Fortfolgend: bisher konnte man die "tensor charge" von aus QCD-Modellen berechneten und aus Hochenergiekollisionsversuchen gewonnenen Protonentransversalpolarisationen nicht in Einklang bringen, durch das Paper aber schon, was die Überlegenheit neuer Auswertungsmethoden beweise und Einfluss auf die Suche nach neuer Physik habe. Aber was hat dies mit deiner Ausgangsfrage zu tun?
Es belegt doch für unseren Fall lediglich, dass man die Spinausrichtung von Baryonen bestimmen kann, aber nicht von einzelnen Atomen in Fallen, oder gar deren Orbitalausrichtung? Das sind doch beides ganz andere Größenordnungen und Theorien. Außerdem ist der Kernspin wesentlich komplizierter aufgebaut als der Elektronenspin. Als Chemiker reichen mir Schrödinger und Dirac jedenfalls völlig aus. So, jetzt ist meine Geduld auch etwas am Ende, ich diskutiere gerne, aber nicht mit schnippischen Einzeilern.
Wenn es sie nicht näher interessiert dann lassen sie es, ist in Ordnung. Die Hilfsreichste Antwort hier haben sie sich trotzdem verdient.
Jain. Also Ausrichtungen bzw ihre spezifische Form haben sie, ja. Allerdings sind sie auch entartet (also immer die mit gleicher Haupt- und Nebenquantenzahl), z.b. die p-Orbitale der 2. Schale. Das heißt, du kannst nicht unterscheiden, welches bzw wo das px, py oder pz Orbital ist.
Aber laut dem Paulschen Ausschlussprinzip dürfen Elektronen ja nicht den selben Platz einnehmen auch nicht ihre Wellenfunktion bzw. deren De-Broglie Welle, vergessen wir erstmal die anderen Schalen die brauchen wir dafür nicht und stellen uns nur die erst mit zwei Elektronen vor, diese müssen dann auf beiden Seiten verteilt sein sowie oben bei 2p und dann haben sie auch eine spezifische symmetrische Topologie die erst bei einer halben Umdrehung Spin 1/2 wieder gleich aussieht oder nicht?
Wie meinst du auf beiden Seiten verteilt? Die Elektronen? Die sind einfach irgendwo in ihrem Orbital.
In ihrem Orbital ja, jedes dieser Elektronen hat so wie ich das verstanden hab auf jeder Seite sein eigenes Orbital innerhalb dessen sie sich aufhalten können
Die Elektronen können auch beide auf derselben Seite sein, das schließt sich nicht aus. Also zum Beispiel beide in der oberen Hälfte des pz-Orbitals (in deinem Bild die rote "Blase" sozusagen)
Ja aber du hast ja trotzdem Paulsches Ausschlussprinzip
Das ist ja auch dadurch erfüllt, dass die beiden Elektronen verschiedene Spins haben. Ergo dürfen sie sich am gleichen Ort bzw im gleichen Orbital aufhalten.
Hm aber nicht in der ersten Schale und darüber reden wir ja
Im 1s? Ja doch, da auch. Zwei Elektronen im gleichen Orbital müssen unterschiedliche Spins haben, eben weil Pauli Prinzip.
Ihr könnt mir auch eine Freundschaftsanfrage schickem dann kann können wir das per DM gründlicher besprechen
Wenn die Umgebung keine Richtung vorgibt, sind alle Richtungen gleichberechtigt und damit ununterscheidbar.
Aber schon ein Magnetfeld wie das Erdmagnetfeld reicht aus, um die Richtungen unterscheidbar zu machen, fast immer auch in der Energie
Insgesamt muss 4f kugelförmig (kugelsymmetrisch) sein. Wenn man aus der Kugel die Doppelkeule herausnimmt, bleibt ein Ring übrig.
Allerdings kann man die Orbitale auch anders aufteilen - siehe etwa http://www.quantenwelt.de/atomphysik/modelle/orbitale/vergleich-fr.html
Es muss halt irgendwie insgesamt etwas Kugelsymmetrisches herauskommen und die Anzahlen der Unterelemente müssen stimmen. Erst, wenn von außen Asymmetrien hinzukommen, haben diese Unterorbitale nicht mehr dieselben Energien und sind nicht mehr gleichwertig - je nach Art der äußeren Asymmetrie bilden sich unterschiedliche Aufteilungen heraus. Keule und Ring bilden sich bei "Dipolfeldern", verschiedene "Sterne" bei "Quadrupolfeldern" (Überlagerung von 2 Dipolfeldern) und höheren Asymmetrien.
Aber wenn das Atom jetzt ein Elektron einfängt hab kurzzeitig ich ne Asymmetrie in dem Atomorbital oder?
In dem kurzen Moment, während das Elektron eingefangen wird, müsste sich eine Asymmetrie ausbilden. Aber das ist sehr, sehr schwer zu beobachten, weil in der Quantenwelt nicht nur der Ort "unscharf" ist, sondern auch die Zeit, was es zusätzlich erschwert, genau den Moment des Übergangs abzupassen.
Was hat das jetzt hiermit zu tun? Dass Nukleonen ein magnetisches Moment (Dipol) haben, also eine Richtungsasymmetrie vorliegt (wenn auch eine sehr kleine), war auch lange vorher schon bekannt. (Abgesehen davon, dass sich der Artikel liest wie eine Übung in populär"wissenschaftlich"em Technobrabbel oder das Machwerk einer schlechteren KI als ChatGPT.)
https://phys.org/news/2023-05-zeroing-fundamental-property-proton-internal.html