
【化】 electronic orbit
電子軌道(Electron Orbital)是量子力學中描述原子或分子内電子空間分布的概率模型。該概念由薛定谔方程解得的波函數ψ(r,θ,φ)定義,其平方模|ψ|²表示電子在特定位置出現的概率密度。根據能量量子化特征,軌道分為s、p、d、f四種基本類型,分别對應角量子數l=0,1,2,3的不同空間形态。
數學表達形式:
$$ psi{nlm}(r,theta,varphi) = R{nl}(r)Y_l^m(theta,varphi) $$
其中主量子數n決定能級,磁量子數m限定軌道空間取向。該模型成功解釋了元素周期律,例如碳原子的sp³雜化軌道(Pauling, 1931)。
觀測驗證:
掃描隧道顯微鏡(STM)可直接觀測金屬表面電子雲密度分布(Binnig & Rohrer, 1982諾貝爾獎成果),X射線光電子能譜(XPS)則通過電子結合能差異驗證不同軌道的存在。
權威參考文獻:
電子軌道是描述原子或分子中電子分布的核心概念,其定義隨着理論發展經曆了重要演變,具體可從以下角度理解:
在玻爾-索末菲理論中,電子軌道被設想為類似行星繞太陽的固定圓形或橢圓形路徑,電子沿特定半徑繞原子核運動。例如,鈣原子的電子軌道被描述為K、L、M、N層中的電子填充(如K層2個電子,L層8個電子等)。但這種模型僅適用于簡單原子,且無法解釋複雜現象。
現代理論中,電子軌道并非實際運動路徑,而是通過波函數(量子态)描述電子在三維空間中的概率分布。例如:
軌道類型 | 形狀 | 對應量子數((l)) |
---|---|---|
s軌道 | 球形 | (l=0) |
p軌道 | 啞鈴形 | (l=1) |
d軌道 | 花瓣形 | (l=2) |
f軌道 | 複雜多瓣形 | (l=3) |
總結來看,電子軌道是量子力學框架下對電子空間概率分布的數學抽象,而非經典物理中的固定路徑。如需進一步了解軌道計算或實驗驗證,可參考量子化學教材或波函數相關研究。
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