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 em>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。 p>
角动量量子数是一个整数,可以取值 l em> = 0、1、2&hellip ;、 n em>– 1.主量子数为1( n em> = 1)的轨道只能有一个 l em>( l em> = 0)值,而主量子数2( n em> = 2)允许 l em> = 0和 l em> = 1。 > l em>定义一个子外壳。 p>
l em> = 0的 轨道称为 s em>轨道,它们构成了 s em>子壳。值 l em> = 1对应于 p em>轨道。对于给定的 n em>, p em>轨道构成一个 p em>子壳(即,如果 n < / em> = 3)。 l em> = 2的轨道称为 d em>轨道。 l em> = 3、4和5的轨道是 f em>, g em>和 h em>轨道。 ; p>
最低能量轨道是1 s em>轨道。这是一个球对称的轨道。 1 s em>轨道的概率密度(&psi; em> 2 sup>)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 em>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 em>的薄球形壳的体积,可以找到径向分布函数。对于氢的1 s em>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 em>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; em>的值在此距离处为此轨道为零。这样的 r em>值称为径向节点。轨道中的径向节点数为 n em>&ndash; l em>&ndash; 1.对于2个 s em>轨道,其中 n em> = 1,有一个径向节点,而3 s em>轨道具有两个径向节点。 p>
n n em> = 2或更高的每个主能级包含三个 p em>轨道。这三个 p em>轨道有两个裂片,其结点位于原子核上。 p em>轨道在空间中的方向由 m em> l sub>的值描述。三个 p em>轨道相互垂直(正交)。较高的 p em>轨道(3 p em>,4 p em>,5 p em>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。 p>
n em> = 3或更高的 主能级包含五个 d em>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 em>轨道之一的形状略有不同,并且有两个沿 z em>轴定向的瓣,并且在 xy em>中有一个甜甜圈形环。飞机。 n em> = 4或更大的主能级包含七个形状复杂的 f em>轨道。这些轨道比 d em>轨道具有更多的节点和波瓣。 p>
图1: strong>代表性 s em>, p em>, d em>和 f em>轨道。 p>
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。 p>
本文改编自 Openstax,化学 2e,第6.3节:量子理论的发展。 em> p> p>