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s軌域

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1s、2s、3s軌域的立體橫切模型

化學原子物理學中,s軌域英语:s orbital)是一種原子軌域,其角量子數為0,磁量子數也為0,且每個殼層裡只有一個s軌域。

s軌域是最穩定的軌域,s軌道是圍繞原子核旋轉的電子軌道中最靠近原子核或內殼層的一層軌道,包含兩個電子,具有最低的能量,其電子出現密度形狀球狀對稱的,換句話說,s軌域是一個球形的軌域。

可相互形成σ軌域,但無法形成π軌域

7s軌域有相對論效應

鑭系收縮會導致6s後的s軌域之能量和大小降低

命名[编辑]

s軌域的 s 是指 Sharp ,其為「銳系光譜」之意

結構[编辑]

1s、2s、3s軌域的電子出現概率圖
7s軌域橫切模型,紅色和藍色中間空隙則為波節

1s軌域是球狀對稱,2s、3s軌域亦是球狀對稱,事實上,所有s軌域、每個能階殼層上的s軌域都是球狀對稱的,因為s軌域只有一種形狀

2s、3s軌域的電子出現概率函數,如圖可以看出s軌域的電子出現概率隨著與原子核距離r的變動情形,以2s軌域為例,2s軌域再靠近原子核的地方有很高的電子出現概率,然後隨距離增加而減少,到了某個地帶時降至0,隨後隨著距離的增加又增加,然後到離原子核甚遠的地方又為0,這種電子出現概率為0的區域稱為波節或波節面,s軌域的波節呈球形的,且數目隨著主量子數的增加而增加,如:3s軌域有2個波節、4s軌域有3個波節。

因此當n增加時,電子分佈的範圍也越大,離原子核愈遠,換言之,s軌域的大小會隨著主量子數的增加而增加。

電子波[编辑]

s軌域只有一個徑向部分。

n=1 2 3 4 5 6 7
Rn0 S1M0.png S2M0.png S3M0.png S4M0.png S5M0.png S6M0.png S7M0.png

性質[编辑]

s軌域具有最低能量,因此電子會先填滿s軌域,因此幾乎所有元素的價殼層s軌域都是填滿的,除了s區元素之外,如鹼金屬的s軌域只半填滿。

另外,在過渡金屬中,失去s軌域電子後往往會比較穩定,因此s軌域的電子往往是會最先被丟掉的,例如鈷,原價電子組態為3d74s2,失去s軌域電子後變成較穩定的Co2+。另外,銅也是如此,原價電子組態為3d104s1,失去s軌域電子後形成Cu+,雖然Cu2+才是常見的銅離子,但從氧化還原電位來看,Cu2+的還原電位是0.342伏特,Cu+的是0.521[1],結果是只失去s軌域的Cu+較多失去1個d軌域電子的Cu2+穩定,實際上這還牽扯到d軌域是全填滿或半填滿。

s區元素[编辑]

s區元素是指這些元素中具有最高能量的電子是填在s軌域上的,s區元素主要包括元素周期表中IA族元素IIA族元素,IA族元素包括氫、鋰、鈉、鉀、銣、銫、鍅七種元素,由於鈉和鉀等金屬的氫氧化物是典型的鹼,因此除氫外的這六種元素又稱鹼金屬,IIA族元素包括鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鐳六種元素,由於鈣,鍶,鋇的氧化物之性質介於鹼金屬與稀土元素之間,因此又稱鹼土金屬。

由於電子排布為1s2,故被分為S区元素

混成軌域[编辑]

s軌域可經混成形成能量簡併的新軌域,例如原子,鈹原子在成鍵時一般採用sp雜化形式:處於基態的鈹原子(電子排布式:1s22s2)的一個2s電子激發至一個空的2p軌道上,成為激發態(電子排布式:1s22s12p1)。然後,一個2s軌道再和上述填充了一個電子的2p軌道進行sp雜化,形成兩個sp杂化軌道。[2]

除此之外,還可以形成sp2混成軌域,甚至能進一步與d軌域發稱混成dsp2混成軌域

參見[编辑]

參考文獻[编辑]

  1. ^ Bard, A. J., Parsons, R., and Jordan, J. (1985). Standard Potentials in Aqueous Solutions (Marcel Dekker, New York).
  2. ^ 潘亚芬、张永士等. 《基础化学》. 21世纪高职高专规划教材·公共基础系列. 北京: 清华大学出版社. 2005年7月1日: 145. ISBN 81-88597-84-8 (中文). 
  • 曾國輝《原子結構》建宏出版社 台北市 1999 ISBN 957-724-801-2
  • Staab, Heinz A.; Wstęp do teoretycznej chemii organicznej. Wstęp do teoretycznej chemii organicznej. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe PWN. 1966: 7–12. 
  • Bursa, Stanisław; Chemia fizyczna. Przykłady zastosowań równania Schrödingera; Widma cząsteczkowe; Fotochemia. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe PWN. 1979: 46–61. ISBN 8301001526.  缺少或|title=为空 (帮助)
  • Basiński, Antoni; Bielański, Adam; Gumiński i inni, Kazimierz; Chemia fizyczna. Chemia fizyczna 3. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe. 1966: 86–110.