Knoten (Chemie)

Knoten in Atomorbitalen

Ein Knoten ist in der Quantenchemie eine ebene oder gekrümmte Fläche, an der eine Wellenfunktion ihr Vorzeichen ändert. Er ist damit eine Nullstelle der Wellenfunktion. In der Umgebung eines Knotens ist die Aufenthaltswahrscheinlichkeit von Elektronen gering.

Atomorbitale besitzen insgesamt stets n-1 Knotenflächen, wobei n die Hauptquantenzahl ist. Davon gehören l Knoten zum winkelabhängigen Teil der Wellenfunktion; l ist die Nebenquantenzahl und gilt l<n. Diese Knoten verlaufen durch den Atomkern und sind bei der Ausbildung kovalenter Bindungen wichtig. Die übrigen Knoten liegen im radialen Teil der Wellenfunktion. Ihre Zahl ist (n-1)-l=n_r, wobei n_r\geq 0 die radiale Quantenzahl ist.

Für die Orbitaltypen gilt: s-Orbitale sind kugelsymmetrisch, haben l=0 und n-1 radiale Knoten; sie bilden \sigma-Bindungen. p-Orbitale sind hantelförmig, haben l=1 und n-2 radiale Knoten; möglich sind \sigma- und \pi-Bindungen. d-Orbitale sind gekreuzte Doppelhanteln, haben l=2 und n-3 radiale Knoten; sie können \sigma-, \pi- und \delta-Bindungen bilden. f-Orbitale sind rosettenförmig, haben l=3 und n-4 radiale Knoten; ihre Bindungstypen sind \sigma, \pi, \delta und \phi.

Beispielsweise ist beim p_y-Orbital die xz-Ebene ein winkelabhängiger Knoten. Das Orbital (n=5,l=3,m=0) hat n-1-l=1 Knotenfläche im Radialteil, die kreisförmig ist, sowie l=3 Knotenflächen im winkelabhängigen Teil, die entlang von Kegelflächen verlaufen.