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d軌域

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由上而下為3d、4d、5d、6d軌域的立體模型
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化學原子物理學中,d軌域英语:d orbital)是一種原子軌域,其角量子數為2,磁量子數可以為0、±1、±2,且每個殼層裡有五個d軌域,共可容下10個電子。

d軌域是很常見的軌域,大部分的過渡金屬軌域都是d軌域,在同一個主量子數中,d軌域是能量第三低的軌域,比s軌域與p軌域來的高,由於能階交錯,若以週期的角度來看,第45週期中,在殼層中的d軌域能量很低,僅次於同一個價殼層中的s軌域。但第六週期出現能量更低的f軌域

另外,d軌域可以和s軌域p軌域發生混成形成dsp混成軌域[1][2]

命名[编辑]

d軌域的「d」是「diffused」,其為「漫系光譜」之意。

結構[编辑]

五種d軌域的形狀,除了dz2之外,其他四個形狀相同,只是方向不同
5d軌域模型,紅色和藍色中間空隙則為波節

d軌域從主量子數n=3開始出現,最小的d軌域是3d軌域,也就是說1d、2d軌域不存在,當角量子數為2時,其軌域為d軌域,主量子數不可小於三,對應於五個磁量子數2、1、0、-1、-2,在3d軌域中,有五個能量相同的3d軌域,同樣的,主量子數為4以上時也有五個4d軌域,因此,每個殼層都有五個d軌域,它們分別為dz2dx2-y2dxydyzdxz,但是沒有dx2dy2dy2-z2dx2-z2。在存在的五個d軌域(dz2dx2-y2dxydyzdxz)中,有四個形狀相同,分別為:dx2-y2dxydyzdxz但方向不同,而dz2是五個d軌域中形狀與眾不同的一個,儘管如此,dz2軌域仍具有和dx2-y2dxydyzdxz相同之能量。

4d、5d、6d軌域可視為性質與3d軌域相似,只是大小比較大,其與p軌域類似,也有「正負性」,這些「正負性」變化在原子軌域彼此形成化學鍵時非常重要。

d軌域一樣有波節面,類似於p軌域的形式,但dz2軌域中間的部分較特別,是一個環狀結構像外的波,但電子出現概率和s軌域相反,例如4dz2軌域的中間部分:在靠近原子核之處電子出現概率幾乎是0,然後開始增加,出現一個較高電子出現概率的環狀區域,但繼續向外看之後,隨即降為0,接著又增加,出現一個更大的較高電子出現概率的環狀區域,然後在距離原子核甚遠的地方又為0,而上下的雙啞鈴形的結構則與p軌域相同。

電子波[编辑]

5個d軌域的角量子數ℓ=2。角部分的d軌道經常會表示為:

的d軌道角部分的三次諧波為

dz2 dxz dyz dxy dx2-y2
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能階交錯[编辑]

d軌域有能階交錯現象。例如,3d的能量似乎應該低於4s,而實際上E3d>E4s。按能量最低原理,電子在進入核外電子層時,不是排完3p就排3d,而是先排4s,排完4s才排3d。

性質[编辑]

d軌域在半填滿和全填滿時較穩定,因此,許多過渡金屬傾向於失去d軌域的電子直到其成為半填滿為止,如,原價電子組態為3d64s2,失去s軌域後還會再放出1個d軌域電子,使其成為Fe3+,組態為:3d5,此時d軌域半填滿,因此Fe3+較穩定,這也是為何Fe2+離子傾向於變成Fe3+離子的原因。

d軌域[编辑]

在周期表中,過度金屬的價軌域是d軌域,除了內過度金屬,另外,除了前三周期之外,大部分的非金屬的價殼層之d軌域是填滿的。

d區元素[编辑]

d區元素是指這些元素中具有最高能量的電子是填在d軌域上的,是元素週期表中的副族元素,即第3第12族元素。这些元素有时也被称作过渡金属

參考文獻[编辑]

引用[编辑]

  1. ^ 含有d轨道的杂化作用. 化学键的共价键理论:现代价键理论. 彭军. [2012-01-28] (中文). 
  2. ^ An example of dsp2 hybridization. Chemical Bonding: Multiple bonds, d orbitals. [2012-01-28] (英语). 

书籍[编辑]

參見[编辑]