原子轨道的能量

原子轨域具有不同的能量，透过库伦交互作用，屏蔽效应，和轨域穿透来合理化。库伦定律指出两个带电粒 子之间的吸引力或排斥力 与它们之间的距离成平方反比关系。原子轨域尺寸随着壳层数增加，且电子被较低壳层轨 域占据的空间排斥。因此，库伦定律指出随着壳层数 增加，电子对原子核 的吸引力降低，这对应到 更高的轨域能量。除此之外，离原子核大约相等距 离的电子有屏蔽效应 会进一步减少对原子核的吸引力。屏蔽越大，感觉到的对原子核的吸引力越小。这是电子壳层里轨域能量 有所不同的一个原因。例如，3s和3p电子显著的 屏蔽3d电子。电子受到的有效核电荷 透过减去屏蔽常数S来计算，S取决于屏蔽电子的数量 和他们占有的从原子序开始算的副壳层，例如，原子序是三的锂的两个 1s电子，屏蔽了它的2s电子。那个电子的屏蔽常数 由半经验法则决定为1.7。因此，2s电子受到的有效核电荷 是1.3。轨域的形状也是由能量决定。如果在外轨域的电子 可以移动到内电子占有的区域，变得太靠近原子核的话，他们 在那边会被屏蔽的少得多。因此，外轨域的能量较低。这可以透过径向分布函 数来可视化，这个函数描述了 在离原子核给定距离 处找到电子的概率。1s, 2s和2p副壳层的径向分布函数图 揭示，2s电子 在原子核附近的概率适中，而2p电子大多停留在 1s区域的外部或内部。2s轨域，因此被说 是拥有更大的穿透能力。在第三壳层，3s电子 穿透最多，而3d电子穿透最少。通常，原子轨域能量随着壳层数增加 而在副壳层等级上，是从s到f。然而，穿透效应 在第四和第五壳层变得很显著 使得4s和5s轨域通常 有分别相对于3d和4d 轨域低的能量。