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In dem Quantenmechanik ist ein Knotenebene oder Knotenebene ein imaginäres eben in einem orbital wobei die Wahrscheinlichkeit von a Elektron zu finden ist null. Auf beiden Seiten einer Knotenebene ist das Vorzeichen der Wahrscheinlichkeitsfunktion, mit der das Orbital beschrieben wird, entgegengesetzt. Im Allgemeinen nimmt mit zunehmender Anzahl von Knotenebenen eines Orbitals auch die Energie eines Elektrons in diesem Orbital zu.
Knotenebenen und Elektronenschalen
Die kleinste Elektronenschale, die K-Schale, hat keine Knotenebenen. Dies bedeutet, dass das Orbital eine kugelsymmetrische Form (das 1s-Orbital) annimmt. Die Orbitale der zweiten Schale haben jeweils eine Knotenebene. Für das 2s-Orbital ist dies eine Kugel um den Atomkern, für die 2p-Orbitale eine Ebene durch den Atomkern. Für die dritte Schale gibt es wieder eine Extra-Knotenebene: Das 3s-Orbital hat eine Extra-Knotenebene in Form einer Kugelfläche und die 3p-Orbitale haben eine Extra-Knotenebene in ihren Lappen. Bei den 3D-Orbitalen schneiden sich die Knotenebenen in einem Winkel von 90°.
Die relative Einfachheit in den s- und p-Orbitalen wiederholt sich in den höheren Schalen, die Komplexität in den d- und f-Orbitalen nimmt nur in den höheren Schalen zu. In den F-Orbitalen finden sich beispielsweise bereits bis zu 3 Knotenebenen.
Knotenebenen und chemische Bindung
Die Knotenebenen in den Atomorbitalen spielen eine wichtige Rolle in der Bindung das kann die Atome beeinflussen. In der Beschreibung von Molekülorbitale die Wahrscheinlichkeitsfunktionen der verschiedenen Atome müssen zunächst addiert werden, ggf. mit einem bestimmten Gewichtungsfaktor (a Linearkombination von Atomorbitalen). Ein Vorzeichenwechsel um eine Knotenebene an nur einem der Atome führt zu einer geringen Wahrscheinlichkeit, dort ein Elektron zu finden. Eine geringe Wahrscheinlichkeit bedeutet auch nur eine geringe Bindungskapazität und damit eine schwache oder instabile chemische Bindung.