原子轨道是描述原子中电子（或电子对）波行为的数学函数。根据类型的不同，原子轨道具有不同的形状。这些不同的形状描述了在原子核周围的某些方向上，找到电子的概率要么最高，要么为零。共有四种类型的轨道，每种都有不同的形状，分别用字母 s、p、d 和 f 表示。由于 s 和 p 轨道在化学和生物化学中最为丰富，我们通常重点讨论它们。
目录
- 什么是原子轨道？
- 轨道波函数
- 原子轨道的形状
- 简并轨道
什么是原子轨道？
> 原子轨道是原子核附近的三维空间，在这个空间中发现电子的可能性最大。
根据量子原子模型，一个原子可以拥有无数个轨道。我们可以根据这些轨道的大小、形状或方向对其进行分类。较窄的轨道意味着在原子核附近捕获电子的概率更大。轨道波函数通常被称为数学函数，用于表示电子的坐标。找到电子的概率由轨道波函数的平方表示。这个波函数也有助于绘制边界表面图。
s-轨道的中心有一个球形的原子核，p-轨道呈哑铃形，而五个 d 轨道中有四个呈三叶草形。第五个 d 轨道的形状像一个中间有甜甜圈的长哑铃。原子的轨道被分层组织，称为层或电子壳层。
轨道波函数
量子原子模型预测，一个原子可以拥有种类繁多的轨道。我们可以根据这些轨道的大小、几何形状或倾角进行分组。轨道尺寸的减小会增加在原子核附近获得电子的概率。用于表示电子坐标的数学函数被称为轨道波函数。发现电子的概率由轨道波函数的平方表示。
我们还可以利用这个波函数来绘制边界表面图。通过利用不同轨道的恒定概率密度的边界表面图，我们可以更好地理解轨道的形状。
原子轨道的形状是多种多样的。也就是说，它们描述的电子在原子核周围的概率分布是不同的。不同轨道中的电子可能位于母核周围的不同区域，因此感受到的吸引力强度也不同，这是轨道能量差异的原因之一。令人惊讶的是，氢原子中给定壳层的所有轨道虽然形状不同，但都具有相同的能量。这是由于消除了各种与能量相关的贡献。
但是，一旦出现第二个电子，这种简并性就会消失。
s-轨道的形状
- s 轨道的边界表面图类似于一个以原子核为中心的球体，在二维平面上可以显示为一个圆。
- s-轨道是球对称的，这意味着在给定距离处，在所有方向上找到电子的概率都是相同的。
- 随着主量子数 值的增加，s 轨道的大小也会随之增加；因此，4s > 3s > 2s > 1s。
- 节点是指绝对不可能找到电子的位置。节点分为两类：径向节点和角度节点。距原子核的距离由径向节点计算，而方向由角度节点决定。
p-轨道的形状
- p 轨道的形状像哑铃。
- p 轨道的节点位于原子核的中心。
- 由于存在三个轨道，p 轨道最多可以容纳六个电子。
- 每个 p 轨道由两部分组成，称为瓣，位于穿过原子核的平面的两侧。
- 每个 p 轨道在穿过原子核的平面两侧都有被称为瓣的部分。在两个瓣相交的平面上，找到电子的概率为零。
- 这三个轨道被称为简并轨道，因为它们具有相同的大小、形状和能量。
- 轨道之间唯一的区别是瓣的方向。由于瓣是沿着 x、y 或 z 轴定向的，它们被命名为 2px、2py 和 2pz。公式 n – 2 用于计算节点的数量。
- 类似地