orbital

I atommodellen til Niels Bohr beveger elektronene seg i sirkelbaner (på engelsk orbit) omkring atomkjernen. I atommodellen til Erwin Schrödinger, som erstattet Bohrs, befinner elektronene seg i en mer diffus bane som kalles en orbital; et nytt ord laget fra orbit.

En orbital forteller hvor det er mest sannsynlig at et elektron  befinner seg. Det finnes både atomorbitaler og molekylorbitaler, avhengig av om orbitalen er lokalisert til et atom eller til et molekyl. Hvert atom eller molekyl har tilgjengelig flere orbitaler med forskjellig utstrekning og form. Hver orbital defineres gjennom et sett kvantetall. Orbitalene med lavest energi fylles opp først av atomets (molekylets) elektroner.

Hver orbital er definert ved tre kvantetall, hovedkvantetallet n, banespinnkvantetallet l (tidligere kalt bikvantetallet), og det magnetiske kvantetall m. I den kvantemekaniske beskrivelse av et atoms elektroner tilskrives disse en bølgefunksjon Ψ (psi) (eng. the orbital wave function) hvor de tre kvantetall inngår. Til hvert sett verdier av n, l og m svarer derfor et romlig område med en karakteristisk form og utstrekning og en bestemt energi.

Størrelsen av det sannsynlighetsområde som en bestemt bølgefunksjon definerer, er større jo større hovedkvantetallet n er. Det er også dette som i første rekke er bestemmende for elektronets energi. Banespinnkvantetallet l bestemmer sannsynlighetsområdets form. Det magnetiske kvantetallet m bestemmer orbitalenes romlige orientering i et magnetfelt.

Når atomer forener seg med hverandre og danner molekyler, vil især de ytre elektroner inngå i molekylorbitaler. En av metodene for å beskrive molekylorbitalene baseres på at molekylorbitalene dannes ved en lineær kombinasjon av de sammenbundne atomers atomorbitaler (LCAO-metoden = linear combination of atomic orbitals), dvs. ved addisjon eller subtraksjon av vedkommende atomorbitalers bølgefunksjoner. I teorien for den kovalente kjemiske binding skiller man derfor mellom bindende og antibindende molekylorbitaler, hvor de første representerer et stabilt energiminimum. Man skiller videre mellom π-orbitaler som kan være bindende eller antibindende. σ-orbitalene dannes ved kombinasjon av to atomers s-atomorbitaler (s + s), av s + p_x-atomorbitaler eller p_x + p_x-atomorbitaler. π-orbitalene dannes ved kombinasjon av p_y + p_y-atomorbitaler eller p_z + p_z-atomorbitaler. Andre former for molekylorbitaler som benyttes for å forklare kjemisk binding, er hybridiserte orbitaler (hybridorbitaler), f.eks. tetraedriske sp³-orbitaler i metan CH₄, delokaliserte orbitaler m.fl. (Se også grunnstoffenes periodesystem.)

¹Mulige verdier 0, 1, 2, ... (n – 1)

²Mulige verdier –l, –(l – 1),..., –2, –1, 0, +1, +2,..., (l – 1), l