Orbital, in Chemie und Physik ein mathematischer Ausdruck, Wellenfunktion genannt, der Eigenschaften beschreibt, die für nicht mehr als zwei Elektronen in der Nähe eines Atomkerns oder eines Kernsystems wie in einem Molekül charakteristisch sind. Ein Orbital wird häufig als dreidimensionaler Bereich dargestellt, in dem eine Wahrscheinlichkeit von 95 Prozent besteht, das Elektron zu finden (siehe Abbildung).
Übergangsmetall: Atomorbitale des Wasserstoffatoms
Wie bereits erwähnt, sind die mit einem Atomkern verbundenen Elektronen in verschiedenen spezifischen Regionen des genannten Raums lokalisiert oder konzentriert
Atomorbitale werden üblicherweise durch eine Kombination von Ziffern und Buchstaben bezeichnet, die spezifische Eigenschaften der mit den Orbitalen verbundenen Elektronen darstellen - zum Beispiel 1s, 2p, 3d, 4f. Die Zahlen, Hauptquantenzahlen genannt, geben die Energieniveaus sowie den relativen Abstand vom Kern an. Ein 1s-Elektron nimmt das Energieniveau ein, das dem Kern am nächsten liegt. Ein weniger stark gebundenes 2s-Elektron verbringt die meiste Zeit weiter vom Kern entfernt. Die Buchstaben s, p, d und f bezeichnen die Form des Orbitals. (Die Form ist eine Folge der Größe des Drehimpulses des Elektrons, die sich aus seiner Winkelbewegung ergibt.) Das s-Orbital ist kugelförmig und hat seinen Mittelpunkt im Kern. Somit ist ein 1s-Elektron fast vollständig auf einen kugelförmigen Bereich nahe dem Kern beschränkt; Ein 2s-Elektron ist auf eine etwas größere Kugel beschränkt. Ein p-Orbital hat die ungefähre Form eines Paares von Lappen auf gegenüberliegenden Seiten des Kerns oder eine etwas Hantelform. Ein Elektron im ap-Orbital hat die gleiche Wahrscheinlichkeit, in einer der beiden Hälften zu sein. Die Formen der anderen Orbitale sind komplizierter. Die Buchstaben s, p, d, f wurden ursprünglich verwendet, um Spektren deskriptiv in Reihen zu klassifizieren, die als scharf, prinzipiell, diffus und fundamental bezeichnet werden, bevor die Beziehung zwischen Spektren und Atomelektronenkonfiguration bekannt wurde.
In der ersten Energieebene existieren keine p-Orbitale, aber in jeder der höheren Ebenen gibt es eine Menge von drei. Diese Tripletts sind im Raum so ausgerichtet, als wären sie auf drei Achsen im rechten Winkel zueinander und können durch Indizes unterschieden werden, beispielsweise 2p x, 2p y, 2p z. In allen außer den ersten beiden Hauptebenen gibt es einen Satz von fünf d-Orbitalen und in allen außer den ersten drei Hauptebenen einen Satz von sieben f-Orbitalen, alle mit komplizierten Ausrichtungen.
Jedem Orbital können aufgrund ihres Spins nur zwei Elektronen zugeordnet werden. Man kann sich vorstellen, dass ein Elektron entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn um seine Achse gedreht wird, wodurch jedes Elektron zu einem winzigen Magneten wird. Elektronen in vollen Orbitalen werden mit entgegengesetzten Spins oder entgegengesetzten magnetischen Polaritäten gepaart.
