原子結構與光譜
原子軌道(atomic orbital)
想象你想給一隻繞著燈飛舞的蒼蠅拍照,牠飛得太快,眼睛根本跟不上。你無法定格牠某一瞬間的位置,但若讓快門長時間開著,你會得到一團模糊的雲——牠常待的地方更濃,邊緣更淡。原子軌道就是電子繞原子核運動時的這團雲:它是電子最可能出現位置的分布圖,而不是電子行進的軌跡。
更準確地說,原子軌道是一個數學函數(波函數),由求解原子中單個電子的薛丁格方程得到。它在任一點的平方,告訴你在那裡找到電子的機率。每個軌道都有特定的形狀和大小——球形(s)、啞鈴形(p)、四葉形(d)等等——由三個量子數決定,且最多只能容納兩個電子。
需要誠實說明的是:儘管沿用了「軌道」這個古老的詞,它並不是行星式的小圓圈。電子並不沿著某條邊緣運動;軌道是一片機率的區域。還有,嚴格說來,乾淨俐落的軌道形狀只對像氫這樣的單電子原子是精確的;對多電子原子,它們是極好且廣泛使用的近似,而非完美無誤的真相。
氫原子最低的軌道叫 1s,是一團以原子核為中心的簡單球狀機率:電子最可能出現在靠近核的地方,越往外越不可能,但機率從不真正降到零。相比之下,2p 軌道看起來像核兩側的兩個葉瓣,中間有一道乾淨的空隙。
軌道是有形狀的機率雲,而不是行星式的軌跡。
不要把軌道(orbital)和軌跡(orbit)混淆。軌跡是一條確定的路徑;軌道是一片機率區域,最多容納兩個自旋相反的電子。
又稱
另見