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g軌域

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5g軌域的立體模型

化學原子物理學中,g軌域英语:g orbital)是一種原子軌域,其角量子數為4,其磁量子數可以為0、±1、±2、±3、±4,且每個殼層裡中有9個g軌域,gz4、gxz3、gyz3、gxyz2、gz2(x2-y2)、gx3z、gy3z、gx4+y4、gxy(x2-y2)[1],有三種形狀,且方向不同,每個可以容納2個電子,因此,g軌域共可以容納18個電子。

由於目前尚未發現第八週期元素,因此在已知的元素中,g軌域只存在於激發態的原子中。

命名[编辑]

g軌域的 g 是來自f軌域f的下一個字母g[2]

結構[编辑]

g軌域從主量子數n=5時開始出現,由於主量子數不能小於5,因此最小的f軌域是5g軌域,且不存在1g、2g、3g和4g軌域。當角量子數=5時,對應於9個磁量子數:4、3、2、1、0、-1、-2、-3、-4。每個殼層皆有9個g軌域,分別為gz4、gxz3、gyz3、gxyz2、gz2(x2-y2)、gx3z、gy3z、gx4+y4、gxy(x2-y2),有三種形狀,其中磁量子數m = ±1或±4時(gxz3、gyz3、gx4+y4、gxy(x2-y2))形狀相同但方向不同為豆子形;磁量子數m = ±2或±3時(gxyz2、gz2(x2-y2)、gx3z、gy3z)形狀相同但方向不同為為十二啞鈴形;而磁量子數m = 0時(gz4)的形狀較特別,類似於dz2軌域,但中間的環的上下多了一個類似碗的形狀,其開口朝向上下的啞鈴形。

g區元素[编辑]

g區元素是指這些元素中具有最高能量的電子是填在g軌域上的,其中所有元素尚未被發現。

g之後的軌域[编辑]

g之後的軌域目前尚未觀測到,但根據計算結果是有可能存在的。其命名則依字母順序命名,除了不與s軌域p軌域sp重複之外,另外還跳過j這個字母[2],因此沒有j軌域。

h軌域[编辑]

hz5軌域模型,比gz4多了一個環。

目前還沒有發現h軌域 ,但根據現有理論,h軌域英语:h orbital)是一種原子軌域,其角量子數為5,其磁量子數可以為0、±1、±2、±3、±4、±5,且每個殼層裡中有11個h軌域,其形狀可由薛丁格方程式來預測。

具有最高能量的電子是填在h軌域上的元素稱為h區元素,位於第九周期之後,許多目前的物理模型都崩潰了或不適用,因此可能無法存在。

i軌域[编辑]

目前還沒有發現i軌域 ,但根據現有理論,i軌域英语:i orbital)是一種原子軌域,其角量子數為6,其磁量子數可以為0、±1、±2、±3、±4、±5、±6,且每個殼層裡中有13個i軌域,其形狀可由薛丁格方程式來預測。

i軌域從主量子數n=7時開始出現,由於主量子數不能小於7,因此最小的f軌域是7i軌域,但由於能階交錯,會從第9週期或第10週期後才開始填入,根據Pyykkö模型,其原子序將超過173,當前考慮到核電荷分佈之有限延伸的計算,結果約等於173(unseptrium),非離子原子所屬的元素可能僅限於等於或低於這個結果[3]

玻爾模型在原子序達到137之後會有問題,因爲在1s原子軌域中的電子的速度v計算如下:

當中Z原子序α是描述電磁力強度的精細結構常數[4]如此一來,任何原子序高於137的元素的1s軌域電子將會以高於光速c運行,物理上不可能。因此任何不建基於相對論的理論(如波爾模型)不足以處理這種計算。

相對論狄拉克方程式在原子序大於137時也會發生問題,因爲基態能級為:

當中m0是電子的靜質量。而當原子序大於137,狄拉克基態的波函數是震蕩的,而不是固定的,並且正能譜與負能譜之間沒有間隙,正如克萊因悖論所言。[5]理查德·費曼(Richard Feynman)指出了這效應。

然而,現實的計算已考慮到了核電荷分佈的有限延伸。約等於173(unseptrium)的臨界的Z使得非離子原子所屬的元素可能僅限於等於或低於這個結果,因此,電子可能無法填至i軌域,因此i軌域有可能根本不存在。

k軌域[编辑]

k軌域是根據軌域命名規則照字母順序跳過「j」[2][6]所得到的軌域名稱,因此當角量子數為7時,不會是j軌域,而是k軌域,由於i軌域可能不存在,因此,k軌域僅是原子軌域模型的理論值。

參見[编辑]

參考文獻[编辑]

  1. ^ Chemical-Bonding-and-Organic-Chemistry. docstoc.com. [2013-05-26]. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 Griffiths, David. Introduction to Quantum Mechanics. Prentice Hall. 1995: 190–191. ISBN 0-13-124405-1. 
  3. ^ Walter Greiner and Stefan Schramm, Am. J. Phys. 76, 509 (2008), and references therein.
  4. ^ See for example R. Eisberg and R. Resnick, Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei and Particles, Wiley (New York: 1985).
  5. ^ James D. Bjorken and Sidney D. Drell, Relativistic Quantum Mechanics, McGraw-Hill (New York:1964).
  6. ^ Levine, Ira. Quantum Chemistry 5. Prentice Hall. 2000: 144–145. ISBN 0-13-685512-1.