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7.11: 原子轨道
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7.11: 原子轨道

原子轨道表示电子中最有可能存在的原子中的三维区域。径向分布函数表示在距原子核的距离r处的薄壳中找到电子的总概率。原子轨道具有不同的形状,这些形状由角动量量子数 l 决定。轨道通常是用边界表面绘制的,包围了云的最密集区域。

角动量量子数是一个整数,可以取值 l = 0、1、2&hellip ;、 n – 1.主量子数为1( n = 1)的轨道只能有一个 l l = 0)值,而主量子数2( n = 2)允许 l = 0和 l = 1。 > l 定义一个子外壳。 l = 0的

轨道称为 s 轨道,它们构成了 s 子壳。值 l = 1对应于 p 轨道。对于给定的 n p 轨道构成一个 p 子壳(即,如果 n < / em> = 3)。 l = 2的轨道称为 d 轨道。 l = 3、4和5的轨道是 f g h 轨道。 ;

最低能量轨道是1 s 轨道。这是一个球对称的轨道。 1 s 轨道的概率密度(&psi; 2 )表示电子最有可能在原子核处发现。但是,给定质子和电子之间的静电力,这不能准确地表示电子将驻留的位置。取而代之的是使用径向分布函数,它是在给定半径 r 的情况下在轨道上找到电子的总概率图。通过将概率密度乘以半径为 r 的薄球形壳的体积,可以找到径向分布函数。对于氢的1 s 轨道,径向分布函数在原子核处的值为零,该值在52.9皮米处增加到最大值,然后随 r 的增加而减小。

距原子核有一定距离,在该距离处找到位于特定轨道的电子的概率密度为零。换句话说,波函数&psi; 的值在此距离处为此轨道为零。这样的 r 值称为径向节点。轨道中的径向节点数为 n &ndash; l &ndash; 1.对于2个 s 轨道,其中 n = 1,有一个径向节点,而3 s 轨道具有两个径向节点。

n n = 2或更高的每个主能级包含三个 p 轨道。这三个 p 轨道有两个裂片,其结点位于原子核上。 p 轨道在空间中的方向由 m l 的值描述。三个 p 轨道相互垂直(正交)。较高的 p 轨道(3 p ,4 p ,5 p 和更高)具有相似的形状,但是尺寸更大,并带有更多的径向节点。 n = 3或更高的

主能级包含五个 d 轨道。这些轨道中的四个由三叶草形状组成,带有四个电子致密波瓣。有两个垂直的节点平面在原子核处相交。在这些节点平面上,电子密度为零。 d 轨道之一的形状略有不同,并且有两个沿 z 轴定向的瓣,并且在 xy 中有一个甜甜圈形环。飞机。 n = 4或更大的主能级包含七个形状复杂的 f 轨道。这些轨道比 d 轨道具有更多的节点和波瓣。

“

图1:代表性 s p d f 轨道。

这些不同形状的原子轨道代表了可能在其中发现电子的三维区域。所有轨道共同构成一个大致球形,这就是为什么原子通常表示为球形的原因。

本文改编自 Openstax,化学 2e,第6.3节:量子理论的发展。

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