軌道の定義と例

イアン・カミング/ゲッティイメージズ

軌道の定義

の 化学 と 量子力学 、 軌道 は、電子、電子対、または (あまり一般的ではありませんが) 核子の波のような挙動を表す数学関数です。軌道は、原子軌道または電子軌道と呼ばれることもあります。ほとんどの人は円に関する「軌道」を考えていますが、電子を含む可能性のある確率密度領域は、球形、ダンベル形、またはより複雑な 3 次元形状である可能性があります。

数学関数の目的は、原子核の周囲 (または理論的には内部) の領域に電子が位置する確率をマッピングすることです。

軌道は、 電子雲 の与えられた値によって記述されるエネルギー状態を持つ n 、ℓ、および メートル _ℓ 量子数 .すべての電子は、量子数の一意のセットによって記述されます。軌道には 2 つの軌道を含めることができます 電子 対になった スピン 多くの場合、特定の領域に関連付けられています。 原子 . s 軌道、p 軌道、d 軌道、f 軌道は、それぞれ角運動量量子数 ℓ = 0、1、2、3 を持つ軌道を指します。文字 s、p、d、および f は、シャープ、プリンシパル、ディフューズ、またはファンダメンタルとして表示されるアルカリ金属分光線の説明に由来します。後 s、p、d、およびf 、ℓ = 3 を超える軌道名はアルファベット (g、h、i、k、...) です。すべての言語で i と変わらないため、文字 j は省略されています。

軌道の例

ザ・ワンズ²軌道には2つの電子が含まれています。これは、角運動量量子数 ℓ = 0 の最低エネルギー準位 (n = 1) です。

2pの電子_バツ原子の軌道は、通常、x 軸を中心としたダンベル型の雲の中にあります。

軌道中の電子の性質

電子は波と粒子の二重性を示します。これは、電子が粒子のいくつかの特性と波のいくつかの特性を示すことを意味します。

粒子特性

• 電子は粒子のような性質を持っています。たとえば、1 つの電子は -1 の電荷を持っています。
• 原子核の周りには整数個の電子があります。
• 電子は粒子のように軌道間を移動します。たとえば、光の光子が原子に吸収されると、1 つの電子だけがエネルギー レベルを変化させます。

波動特性

同時に、電子は波のように振る舞います。

• 電子を個々の固体粒子と考えるのが一般的ですが、多くの点で電子は光のフォトンに似ています。
• 電子の位置を正確に特定することはできず、波動関数によって記述される領域内で電子を見つける確率を記述するだけです。
• 電子は、地球が太陽を周回するように原子核を周回しません。軌道は定在波であり、振動する弦の高調波のようなエネルギー レベルを持っています。電子の最低エネルギー準位は振動する弦の基本周波数に似ており、より高いエネルギー準位は高調波に似ています。電子を含む可能性のある領域は、原子が単一の電子しか持たない場合にのみ球状確率が適用されることを除いて、雲または大気に似ています!

軌道と原子核

軌道に関する議論はほとんど常に電子に言及していますが、原子核にもエネルギー準位と軌道があります。異なる軌道は、 核異性体 そして準安定状態。