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Grenzflaechendiagramme der Eigenfunktionen des H-Atoms

  • From: Klaus Frommer <klaus.frommer@XXXXXXX.de>
  • Subject: Grenzflaechendiagramme der Eigenfunktionen des H-Atoms
  • Date: Thu, 5 Dec 1996 11:15:16 +0100 (MEZ)
  • To: DMUG Mailing Liste <dmug@XXXXXXX.ch>
Meine Mathematica-Version: Mathematica v2.2.4 for MS Windows

In der Quantenchemie gibt es die sog. Eigenfunktionen, welche Loesungen 
der Schroedinger-Gleichung sind. Diese (normalisierten) Eigenfunktionen 
selbst oder -falls sie komplex sind- bestimmte Linearkombinationen aus 
den energetisch gleichen Orbitalen werden zur Veranschaulichung der 
Aufenthaltswahrscheinlichkeitsdichte des "betrachteten" Elektrons, 
welches das jeweilige Orbital besetzt, herangezogen. Zur besseren 
Anschaulichkeit ein Beispiel: Die Wellenfunktion fuer das 2px-Orbital 
lautet  

Psi = (1/4 Sqrt[2Pi]) r Exp[-r/2] Sin[theta] Cos[phi]

(mit r als Abstand vom Atomkern in atomaren Einheiten bzw. als Ortsvektor 
 der Laenge r und theta u. phi als die Winkel der sphaerischen Koordinaten).

Diese Funktion besteht aus zwei Teilen: der sog. Radialfunktion, die nur 
von r abhaengt, und der sog. Kugelflaechen-/Winkelfunktion, die nur von 
theta u. phi abhaengt. Die Quadrate dieser Teilfunktionen koennen leicht 
gezeichnet werden (so auch mit Mathematica) und vermitteln schon ein 
gewisses Bild der Aufenthaltswahrscheinlichkeitsdichte, einmal in bezug 
auf den Kernabstand, das andere Mal in bezug auf die Richtung. Die wahre 
Orbitalgestalt kommt aber hierdurch nicht zum Ausdruck. Die komplette 
Eigenfunktion ist natuerlich auch nicht zeichenbar (vgl. drei unabhaengige 
Variablen -> 4D-Raum). Jedoch ist eine anschauliche Darstellung moeglich, 
indem man sich auf beispielsweise 99 % des gesamten Aufenthalts-
wahrscheinlichkeitsbereichs beschraenkt. Diese raeumliche Grenzflaechen-
darstellung erhaelt man, indem man einen festen(=konstanten) Wert fuer 
Psi^2 waehlt (0.0001 ist ein guter Wert, um einen hohen Prozentsatz des 
2px-Orbital-Wahrscheinlichkeitsraumes einzuschliessen). Die Punkte, die 
die Grenzflaeche bilden, sind dann gegeben durch das resultierende r 
(wobei theta und phi den gesamten Raum um das Zentrum abdecken). Das 
Resultat ist im Prinzip ein Oberflaechendiagramm mit einem konstanten 
Wert von Psi^2. Nun, so stelle ich mir das vor, ich konnte es aber bisher 
mit Mathematica nicht realisieren (Mit 'SphericalPlot3D' habe ich es z.B. 
nicht geschafft und 'ImplicitPlot' funktioniert nur im 2D-Raum!). Ich 
waere sehr froh, wenn mir hierin jemand weiterhelfen koennte.

Mit freundlichen Gruessen

Klaus Frommer

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Eberhard-Karls-Universitaet,                                     Tuebingen


Antworten:
Re: Grenzflaechendiagramme der Eigenfunktionen des H-Atoms
Guenther Gsaller, 05.12.1996
Re: Grenzflaechendiagramme der Eigenfunktionen des H-Atoms
Jens-Peer Kuska, 05.12.1996
Re: Grenzflaechendiagramme der Eigenfunktionen des H-Atoms
Dr. Joachim Leuker, Universität Münster, 06.12.1996
Re: Grenzflaechendiagramme der Eigenfunktionen des H-Atoms
Markus van Almsick, 06.12.1996

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