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原子げんし轨道

原子げんし軌域（德とく語ご：Atomorbital；英語えいご：atomic orbital），又また稱たたえ軌態，是ぜ以數學すうがく函數かんすう描述原子げんし中ちゅう電子でんし似に波は行為こうい[1][2]。此波なみ函數かんすう可用かよう來らい計算けいさん在ざい原子核げんしかく外的がいてき特定とくてい空間くうかん中ちゅう，找到原子げんし中ちゅう電子でんし的まと機き率りつ，並なみ指出さしで電子でんし在ざい三さん維空間あいだ中なか的てき可能かのう位置いち[1][3]。「軌域」便びん是ぜ指ゆび在ざい波なみ函數かんすう界かい定じょう下か，電子でんし在ざい原子核げんしかく外そと空間くうかん出現しゅつげん機き率りつ較大的てき區域くいき。具體ぐたい而言，原子げんし軌域是ぜ在ざい環たまき繞にょう著ちょ一いち個こ原子げんし的てき許多きょた電子でんし（電子でんし雲くも）中ちゅう，個別こべつ電子でんし可能かのう的てき量子りょうし態たい，並なみ以軌域いき波は函數かんすう描述。

現今げんこん普遍ふへん公認こうにん的てき原子げんし結構けっこう是これ波なみ耳みみ氫原子げんし模型もけい：電子でんし像ぞう行ぎょう星ほし，繞にょう著ちょ原子核げんしかく（太陽たいよう）運行うんこう。然しか而，電子でんし不能ふのう被ひ視し為ため形狀けいじょう固定こてい的てき固體こたい粒子りゅうし，原子げんし軌域也不像ぞう行ぎょう星ほし的てき橢圓だえん形がた軌道きどう。更さら精確せいかく的てき比ひ喻應是ぜ，大だい範圍はんい且形狀じょう特殊とくしゅ的てき「大氣たいき」（電子でんし），分布ぶんぷ於極小しょう的てき星ほし球だま（原子核げんしかく）四よん周しゅう。只ただ有原ありはら子中こなか存在そんざい唯一ゆいいつ電子でんし時じ，原子げんし軌域才能さいのう精しらげ準じゅん符合ふごう「大氣たいき」的てき形狀けいじょう。當とう原子げんし中有ちゅうう越來ごえく越えつ多た電子でんし時じ，電子でんし越えつ傾向けいこう均ひとし勻分布ぶんぷ在ざい原子核げんしかく四よん周しゅう的てき空間くうかん體積たいせき中ちゅう，因いん此「電子でんし雲くも」[4]越えつ傾向けいこう分布ぶんぷ在ざい特定とくてい球形きゅうけい區域くいき內（區域くいき內電子でんし出現しゅつげん機き率りつ較高）。

在ざい原子げんし物理ぶつり學がく的てき運算うんざん中ちゅう，複雜ふくざつ的てき電子でんし函數かんすう常つね被ひ簡化成かせい較容易えき的てき原子げんし軌域函數かんすう組合くみあい。雖然多た電子でんし原子げんし的てき電子でんし並なみ不能ふのう以「一或二個電子之原子軌域」的てき理想りそう圖像ずぞう解釋かいしゃく，它的波は函數かんすう仍可以分解ぶんかい成なり原子げんし軌域函數かんすう組合くみあい，以原子げんし軌域理論りろん進行しんこう分析ぶんせき；就像在ざい某ぼう種しゅ意義いぎ上じょう，由ゆかり多た電子でんし原子げんし組成そせい的てき電子でんし雲くも在ざい一定程度上仍是以原子軌域「構成こうせい」，每まい個こ原子げんし軌域內只含一或ある二に個こ電子でんし。

歷史れきし與あずか命名めいめい

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電子でんし的てき原子げんし與あずか分子ぶんし軌域。軌域圖表ずひょう（左ひだり圖ず）是ぜ依よ照あきら能のう階かい排はい序じょ（見み構造こうぞう原理げんり）。原子げんし軌域是ぜ一いち系列けいれつ波は函數かんすう，由よし三さん個こ變數へんすう所しょ組成そせい：其中兩個りゃんこ與あずか角度かくど有ゆう關せき，一個描述電子距原子核的距離：「r」。此圖可か解釋かいしゃく軌域的てき角度かくど分布ぶんぷ，但ただし不能ふのう完全かんぜん代表だいひょう軌域整體せいたい。
 
電腦でんのう推估的てきn=6、l=0、m=0氫原子げんし軌域。圖ず為ため6s軌域。當とうn > 1時じ，s軌域也會出現しゅつげん如p、d和わf軌域的てき節點せってん。然しか而，只ただ有ゆうs軌域必存在そんざい一いち個こ中心ちゅうしん反はん節點せってん，其他軌域則そく否いな。

早はや在ざい1904年ねん，日本にっぽん物理ぶつり學がく家か長岡ながおか半太郎はんたろう首くび度ど發表はっぴょう電子でんし以類似るいじ環かん繞にょう軌道きどう的てき方式ほうしき在ざい原子げんし內運轉うんてん的てき想そう法ほう[5]。1913年ねん，丹に麥むぎ物理ぶつり學がく家か尼あま爾なんじ斯·波は耳みみ提出ていしゅつ理論りろん，主張しゅちょう電子でんし以固定こてい的てき角すみ動どう量りょう環かん繞にょう著ちょ體積たいせき極小きょくしょう的てき原子核げんしかく運行うんこう[6]。然しか而，一いち直ちょく到いた1926年ねん、量子力學りょうしりきがく發展はってん後ご，薛丁格かく方程式ほうていしき才ざい解釋かいしゃく了りょう原子げんし中ちゅう的てき電子でんし波動はどう，定てい下關しものせき於新概念がいねん「軌域」的てき函數かんすう[1][7]。

由よし於這個こ新しん概念がいねん不同ふどう於古典こてん物理ぶつり學がく中ちゅう的てき軌道きどう想そう法ほう，1932年ねん美國びくに化學かがく家か羅ら伯はく特とく·馬ば利り肯提出ていしゅつ以「軌域」（orbital）取と代だい「軌道きどう」（orbit）一いち詞し[8]。原子げんし軌域是ぜ單一たんいつ原子げんし的てき波なみ函數かんすう，使用しよう時じ必須ひっす代入だいにゅうn（主しゅ量子りょうし數すう）、l（角すみ量子りょうこ數すう）、m（磁量子りょうし數すう）三さん個こ量子りょうし化か參さん數すう，分別ふんべつ決定けってい電子でんし的てき能のう量りょう、角すみ動どう量りょう和わ方位ほうい，三さん者しゃ統すべ稱たたえ為ため量子りょうし數すう[1]。每まい個こ軌域都と有ゆう一いち組くみ不同ふどう的てき量子りょうし數すう，且最多可たか容よう納おさめ兩個りゃんこ電子でんし。s軌域、p軌域、d軌域、f軌域則のり分別ふんべつ代表だいひょう角かく量子りょうし數すうl =0, 1, 2, 3的てき軌域，表現ひょうげん出で如右圖ず的てき軌域形狀けいじょう及電子でんし排はい布ぬの。它的名稱めいしょう源げん於對其原そのはら子こ光こう譜ふ特徵とくちょう譜ふ線せん外觀がいかん的てき描述，分ふん為ため銳するど系けい光こう譜ふ（sharp）、主おも系けい光こう譜ふ（principal）、漫系光こう譜ふ（diffuse）、基もと系けい光こう譜ふ（fundamental），其餘則そく依よ字母じぼ序じょ命名めいめい（跳とべ過かj）[9][10]。

層そう次じ分別ふんべつ

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電子でんし層そう

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最さい簡单的てき電子でんし分ぶん佈，以電子でんし層そう由よし內至外來がいらい算さん，即そく是ぜ，距离核かく子こ的てき第だいn層そう電子でんし層そう，可か容よう納おさめ最多さいた2n2个電子こ。（電子でんし層そう數すう即そく主しゅ量子りょうし數すうn。）

由よし內至外がい電子でんし層そう次序じじょ 電子でんし層そう符號ふごう 主しゅ量子りょうし數すう  亞あ電子でんし層そう數すう目もく 可か容よう納おさめ電子でんし數すう目もく2 2
1 K 1 1 2
2 L 2 2 8
3 M 3 3 18
4 N 4 4 32
5 O 5 5 50

（註：雖然第だい三さん、四よん、五層的電子層可容納電子數目分別為18和わ32和わ50，但ただし是ぜ它們通常つうじょう未み擠滿電子でんし。例れい如鉀（K）原子げんし有ゆう19個こ電子でんし，第だい一いち層そう（1s）有ゆう2個こ，第だい二に層そう（2s2p）有ゆう8個こ，第だい三層卻不是放進9個こ電子でんし，而是第だい三さん層そう（3s3p）只ただ放ひ進すすむ8個こ電子でんし，在ざい第だい四よん層そう（4s）再さい放ひ進すすむ1個いっこ電子でんし。）

電子でんし亚層

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電子でんし層そう可か再さい細分さいぶん成なり亞あ電子でんし層そう，其中又また以形狀じょう分ぶん成なり五ご種しゅ（隨ずい新しん元素げんそ之の發現はつげん，往後可能かのう會かい有ゆう第だい六ろく種しゅ），亞あ電子でんし層そう也正是ぜ原子げんし軌域的てき集合しゅうごう：

由よし內至外がい亞あ電子でんし層そう次序じじょ 亞あ電子でんし層そう名稱めいしょう 角すみ量子りょうこ數すう  形狀けいじょう 軌域數すう目もく 電子でんし數すう目もく 字母じぼ意思いし
1 s 0 球形きゅうけい 1 2 s指ゆびSharp，锐系光こう谱
2 p 1 啞鈴形がた或ある吊つるし鐘かね形がた 3 6 p指ゆびPrincipal，主おも系けい光こう谱
3 d 2 雙そう啞鈴形がた或ある吊つるし鐘かね形がた 5 10 d指ゆびDiffused，漫系光こう谱
4 f 3 四啞鈴形或吊鐘形 7 14 f指ゆびFundamental，基き系けい光こう谱
5 g 4 八啞鈴形或吊鐘形 9 18 g名稱めいしょう開始かいし依よ字母じぼ排列はいれつ
6 h 5 未み發現はつげん 11 22 h名稱めいしょう開始かいし依よ字母じぼ排列はいれつ

電子でんし層そう一覽いちらん

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s（l = 0） p（l = 1） d（l = 2） f（l = 3）
m = 0 m = 0 m = ±1 m = 0 m = ±1 m = ±2 m = 0 m = ±1 m = ±2 m = ±3
s pz px py dz2 dxz dyz dxy dx2-y2 fz3 fxz2 fyz2 fxyz fz(x2-y2) fx(x2-3y2) fy(3x2-y2)
n = 1  
n = 2        
n = 3                  
n = 4                                
n = 5                   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
n = 6         . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
n = 7   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

註：為ため方便ほうべん理解りかい，在ざい上表じょうひょう中ちゅうs軌域的てき圖ず是ぜ切開せっかい一半いっぱん的てき。

1s軌域是ぜ最さい靠もたれ近きん原子核げんしかく的てき電子でんし軌域，最多さいた可か容よう納おさめ两个电子。

原子げんし軌域間あいだ的てき互相作用さよう可か形成けいせい更さら複雜ふくざつ的てき混合こんごう形狀けいじょう，例れい如在烷烴中なか的てき混成こんせい軌域。

 
前ぜん五ご大だい原子げんし軌域形狀けいじょう（1s、2s、2px、2py以及2pz），不同ふどう顏色かおいろ區別くべつ波は函數かんすう的てき不ふ同相どうしょう位い。

（亚電子でんし層そう的てき「級數きゅうすう」即そく角すみ量子りょうこ數すう ，以s軌域為ため0開始かいし依よ序じょ增加ぞうか。）

軌域

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亚電子でんし層そう中ちゅう再さい分ぶん的てき電子でんし組合くみあい，一個軌域只能容納一對電子でんし。在ざい亞あ電子でんし層そう內，軌域數すう目もく必為奇數きすう，如下表ひょう所しょ示しめせ。每まい個こ軌域以磁量子りょうし數すう 代表だいひょう。

由よし內至外がい亞あ電子でんし層そう次序じじょ 亞あ電子でんし層そう名稱めいしょう 角すみ量子りょうこ數すう  軌域數すう目もく 電子でんし數すう目もく 軌域的てき磁量子りょうし數すう 
1 s 0 1 2 0
2 p 1 3 6 -1, 0 , +1
3 d 2 5 10 -2, -1, 0, +1, +2
4 f 3 7 14 -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3
5 g 4 9 18 -4, -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4
6 h 5 11 22 -5, -4, -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4,+5

電子でんし

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每まい個こ軌域裡うら最多さいた有ゆう2個こ電子でんし。當正とうせい好こう有ゆう兩りょう个電子でんし處しょ於一いち個こ軌域時じ，該對電子でんし的てき自じ旋方向ほうこう必定ひつじょう相反あいはん。電子でんし在ざい原子げんし軌域中ちゅう的てき自じ旋方向むかい是ただし自じ旋量子りょうし數すう ，只ただ有ゆう+1/2（↑）和かず-1/2（↓）兩りょう值，即そく「上うえ旋」和かず「下しも旋」之これ分ぶん。

参考さんこう文献ぶんけん

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  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 陳ひね藝げい菁、張ちょう祖そ辛からし，原子げんし軌域（Atomic orbital） （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆），國くに科か會かい高だか瞻計畫けいかく資源しげん平台ひらだい。2010年ねん12月11日にち查閱。
  2. ^ Milton Orchin,Roger S. Macomber, Allan Pinhas, and R. Marshall Wilson(2005)"Atomic Orbital Theory （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）"
  3. ^ Daintith, J. Oxford Dictionary of Chemistry. New York: Oxford University Press. 2004. ISBN 0-19-860918-3. 
  4. ^ The Feynman Lectures on Physics -The Definitive Edition, Vol 1 lect 6 pg 11. Feynman, Richard; Leighton; Sands. (2006) Addison Wesley ISBN 978-0-8053-9046-9
  5. ^ Nagaoka, Hantaro. Kinetics of a System of Particles illustrating the Line and the Band Spectrum and the Phenomena of Radioactivity. Philosophical Magazine. May 1904, 7: 445–455 [2010-12-11]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2017-11-27）. 
  6. ^ Bohr, Niels. On the Constitution of Atoms and Molecules. Philosophical Magazine. 1913, 26 (1): 476. 
  7. ^ Bryson, Bill. A Short History of Nearly Everything. Broadway Books. 2003: 141–143. ISBN 0-7679-0818-X. 
  8. ^ Mulliken, Robert S. Electronic Structures of Polyatomic Molecules and Valence. II. General Considerations. Phys. Rev. July 1932, 41 (1): 49–71 [2010-12-11]. doi:10.1103/PhysRev.41.49. （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-01-31）. 
  9. ^ Griffiths, David. Introduction to Quantum Mechanics. Prentice Hall. 1995: 190–191. ISBN 0-13-124405-1. 
  10. ^ Levine, Ira. Quantum Chemistry 5. Prentice Hall. 2000: 144–145. ISBN 0-13-685512-1. 

參まいり見み

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外部がいぶ連結れんけつ

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