Ich habe gesucht und gesucht, oh wie ich gesucht habe.

Weißt du, was ich meiner Mutter immer sage, wenn sie mich bittet, etwas im Internet zu finden, das sie war? nicht in der Lage, sich selbst zu finden? Ich frage sie: "Sind Sie sicher, dass das, wonach Sie suchen, überhaupt existiert?"

Ich suche eine dreidimensionale Visualisierung eines Ganzen (mäßig komplex, Wasserstoff ist nur eine Kugel) Atom mit dreidimensionaler Orbitalgeometrie.

1. Wasserstoffatom ist nicht "nur eine Kugel".
2. Es gibt keine Orbitale. Kurz gesagt, mit Ausnahme von Einelektronensystemen (wie dem Wasserstoffatom) ist die Orbitalbeschreibung nur ein ungefähres Modell der Realität.
3. Normalerweise, wenn man ein physikalisches Objekt visualisieren möchte möchte er / sie seine physischen "Grenzen" in Bezug auf ein Medium visualisieren. Der Begriff einer solchen "Grenze" verliert in der mikroskopischen Welt einfach seine Bedeutung: Atome haben keine "Grenzen" wie makroskopische Objekte.
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Bitte. Das Universum ist seltsam und ich möchte es sehen.

Entschuldigung, aber Sie können dies nicht tun: Sie können einige Dinge nicht visualisieren Im Universum kann man sie sich nicht vorstellen. Unsere Visualisierungsfähigkeiten von & (im Gegensatz zu einem Atom) haben einige Grenzen, weil sie letztendlich auf unseren Sinnen beruhen, die wiederum ihre Grenzen haben.

Wie Paul Dirac in dieser Angelegenheit sagte:

[…] Das Hauptziel der Physik ist nicht die Bereitstellung von Bildern, sondern die Formulierung von Gesetzen, die Phänomene regeln, und die Anwendung dieser Gesetze auf die Entdeckung neuer Phänomene. Wenn ein Bild existiert, umso besser; Ob ein Bild existiert oder nicht, ist jedoch nur von untergeordneter Bedeutung. Bei atomaren Phänomenen ist kein Bild im üblichen Sinne des Wortes "Bild" zu erwarten, womit ein im Wesentlichen funktionierendes Modell gemeint ist auf klassischen Linien. Man kann jedoch die Bedeutung des Wortes "Bild" erweitern, um jede Sichtweise auf die Grundgesetze einzuschließen, die ihre Selbstkonsistenz offensichtlich macht . Mit dieser Erweiterung kann man sich allmählich ein Bild von atomaren Phänomenen machen, indem man sich mit den Gesetzen der Quantentheorie vertraut macht.

Ich suche nach einer dreidimensionalen Visualisierung eines ganzen Atoms (mäßig komplex, Wasserstoff ist nur eine Kugel), das eine dreidimensionale Orbitalgeometrie enthält.

Nur drei Dimensionen genug, um die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion von Wasserstoff darzustellen. Da der Ursprung der Ort des Kerns ist, hat jeder Punkt im dreidimensionalen Raum eine entsprechende Wahrscheinlichkeitsdichte des Elektrons am Punkt.

Für Helium wären 6 Dimensionen erforderlich, um den Kern darzustellen Wahrscheinlichkeitsdichte. Dies liegt daran, dass für jedes Punktpaar, an dem sich der Kern und das erste Elektron befinden, jeder Punkt im dreidimensionalen Raum einer Wahrscheinlichkeitsdichte für das zweite Elektron zugeordnet wird. Um dies zu verstehen, würde ich die Zahlen in 2-Teilchendichte: Korrelierte Bewegung von Elektronen als nächsten Schritt zur Visualisierung eines Atoms jenseits von Wasserstoff empfehlen.

Tatsächlich können diese Orbitale trotz der von Ihnen akzeptierten Antwort visualisiert werden. Dies geschieht so, dass eine Isofläche der Wahrscheinlichkeitsdichte aufgetragen werden kann. Das heißt, eine Oberfläche mit konstanter Wahrscheinlichkeit um den Kern herum kann sichtbar gemacht werden.

Es ist seltsam, dass es keine einzigartige Möglichkeit gibt, die Orbitale auf dem Molekül zu visualisieren. Die Art und Weise, wie Sie die Orbitale visualisieren, hängt davon ab, welche Art von chemischer Einsicht Sie haben möchten.

Ich empfehle Software wie Avogadro, um Moleküle zu visualisieren.

Es gibt bereits genügend Antworten auf Ihre Frage. Aber ich möchte auch meine Meinung teilen;). Vorbemerkung: Orbital bedeutet nicht Elektron, was Sie sich vorstellen können, ist genau dort, wo es wahrscheinlich gefunden wird, was im Grunde genommen eine ist Orbital.

Erstens können Sie ein Orbital nicht visualisieren, da es 3 unabhängige Variablen hat (nur im Fall eines Wasserstoff-ähnlichen Atoms. Für andere Atome mit 2 oder mehr Elektronen ist es größer als 3) Visualisiere es du brauchst eine 4-D-Vision , was sicherlich nicht möglich ist. Sie können jedoch einen Teil des Anteils visualisieren, z. B. 99%, indem Sie Farbtöne verwenden. Wo es wahrscheinlicher ist, dass es gefunden wird, können Sie es dunkler machen oder wo es wahrscheinlich nicht gefunden wird, lassen Sie es weiß.

1s Orbital

2s Orbital

2p Orbital

Es gibt aber auch einen anderen Weg es sieht nicht gut aus, so wie wir einige aufeinanderfolgende Volumina einschließen, um die Wahrscheinlichkeitsdichte für das Auffinden von Elektronen im jeweiligen Volumen zu beschreiben (so etwas wie Schichten) (Das rechte Bild ist das Konturdiagramm , das linke ist es das gleiche wie oben).

Wenn Sie sich auf einer Linie bewegen, befinden Sie sich in einem Bereich, in dem die Wahrscheinlichkeitsdichte gleich ist. Diese werden als Isoflächen bezeichnet. Diese können sehr ausgefallen sein, schön zu visualisieren. Hier sind einige Iso-Grenzflächen einiger Orbitale. Achtung: Jedes dieser Bilder zeigt keine Bilder von Orbitalen, sondern nur Grenzflächen. (In vielen Büchern werden diese Bilder ohne irreführende Klarstellung auf Bilder des Orbitals verwiesen.)

Orbitale sind nur mathematische Funktionen, die sich dem Quantenzustand eines Elektrons annähern. Nicht nur Orbitale stellen keine Atome visuell dar, sondern Orbitale haben keine physikalische Existenz, sie sind nur mathematische Objekte.

Um Atome wirklich zu visualisieren , müssen wir eine topologische Definition des Atoms verwenden Dabei wird die Elektronendichte $ \ rho $ span> verwendet und diese Dichte dann mit einer Computersoftware in 3D dargestellt.

Eine topologische Definition des Atoms lautet a Bereich des realen Raums, der durch Oberflächen begrenzt ist, durch die im Gradientenvektorfeld der Elektronendichte ein Fluss von Null fließt. Somit erfüllt eine interatomare Oberfläche die Randbedingung "Nullfluss" für jeden Punkt $ \ mathbf {r} _s $ span> auf der atomaren Oberfläche

$$ \ nabla \ rho (\ mathbf {r} _s) \ cdot \ mathbf {n} (\ mathbf {r} _s) = 0 $$ span>

und wobei $ \ mathbf {n} (\ mathbf {r} _s) $ span> der zur Oberfläche normale Einheitsvektor ist.

Die Form eines freien Atoms wird durch sphärische Symmetrie gut dargestellt, aber Atome in Molekülen haben sehr unterschiedliche Formen. Sogar dieselbe Art von Atom kann in verschiedenen Molekülen unterschiedliche Formen und Volumina (und damit unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften) aufweisen. Einige Beispiele für kleine Moleküle (Sie können beispielsweise überprüfen, ob H-Atome auf verschiedenen Molekülen unterschiedliche Form und Volumen haben)