Knoten (Chemie)

Unter einem Knoten (Nulldurchgang) versteht man in der Quantenchemie eine ebene oder gekrümmte Fläche, an der sich das Vorzeichen einer Wellenfunktion ändert. Anschaulich entspricht die Umgebung eines Knotens einer geringen Aufenthaltswahrscheinlichkeit für Elektronen.

Atomorbitale weisen stets n-1 Knotenflächen (n = Hauptquantenzahl) auf. Davon liegen n-l-1 Knoten (l = Nebenquantenzahl) im Radialteil und l Knoten im winkelabhängigen Teil der Wellenfunktion. Letztere verlaufen durch den Atomkern.

Beispiele

Bei s-Orbitalen liegen alle Knoten im Radialteil der Wellenfunktion. Da die zu s-Orbitalen gehörigen Wellenfunktionen keine Winkelabhängigkeit aufweisen, existieren keine diesbezüglichen Knotenflächen, die durch den Atomkern verlaufen. Dies ist wichtig bei der Ausbildung kovalenter Bindungen. s-Orbitale können ausschließlich an sigma-Bindungen beteiligt sein.

Bei p-Orbitalen rührt eine Knotenfläche immer vom winkelabhängigen Teil her, und die restlichen Knoten findet man im Radialteil. Je nach relativer Orientierung können p-Orbitale sigma- oder pi-Bindungen ausbilden.

Bei d-Orbitalen enthält der winkelabhängige Teil stets zwei Knotenflächen, und alle restlichen Knoten sind wieder im Radialteil zu finden. Dementsprechend können d-Orbitale an sigma-, pi- oder delta-Bindungen beteiligt sein.

f-Orbitale besitzen schließlich immer drei Knotenflächen im winkelabhängigen Teil der Wellenfunktion und können sogar phi-Bindungen ausbilden. Ein Beispiel für das Vorkommen einer phi-Bindung ist die side-on-Koordination von O₂ an UO₂⁺.