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* * 高中職化學科教學研習 高 漢 謀 教授 國立中興大學化學系 民國九十五年十二月十二日 主辦單位：國立大里高中 主題：原子軌域教學法之探討 /edu/200709/14252_4.html 原子軌域 ? 原子内电子的主要活动空间，称为原子轨域。 电子的活动空间由原子核往外延伸，理论上可 以至无限远的距离。实际上，电子会在离原子 核适当距离范围内活动，在此距离以外电子出 现的机率接近于零。 ? 电子为极微小且快速运动的粒子，同时具有波 及粒子的性质，其在空间的运动无法以古典力 学方式观察或定义其运动轨迹，只能以在空间 范围内电子出现机率描述其运动情形。 電子雲 ? 由于原子内电子的运动以电子在空间出现的机 率表示，图形上以点状的密疏表示电子在核外 空间中出现机率的高低，此点状图称为电子云 图，如下图1s电子云图： 1s电子云图 原子軌域的大小 ? 理论上，原子内的电子活动空间可以延伸至无 限远，因此无法定义原子轨域的大小。实际上 ，较广为接受的原子轨域大小的定义是由原子 核往外延伸至电子总出现机率为90%的空间范 围。 ? 有些教材定义电子总出现机率95%的空间范围 为原子轨域大小，而电子总出现机率95%的空 间范围则大于90%的空间范围。 氫原子1s軌域 (r 的单位为波耳半径 ao，ao = 0.529 ?) 氢原子1s轨域波函数 ? 氢原子的所有轨域均可以数学函数表示，这些 数学函数称为氢原子轨域波函数。 氢原子1s轨域电子出现最大机率半径 最大机率半径r = 1 ao 机率函数P(r) = 4pr2(Y1s)2 = 4r2e-2r 最大机率半径为 最大机率半径r = 1 ao 1ao 氢原子1s轨域电子总出现机率半径 机率函数P(r) = 4pr2(Y1s)2 = 4r2e-2r 90%: r ≈ 2.7ao 2.7ao 氢原子1s轨域电子总出现机率半径 机率函数P(r) = 4pr2(Y1s)2 = 4r2e-2r 90%: r ≈ 2.7ao 95%: r ≈ 3.2ao 2.7ao 3.2ao 氢原子1s轨域电子总出现机率半径 机率函数P(r) = 4pr2(Y1s)2 = 4r2e-2r 90%: r ≈ 2.7ao 95%: r ≈ 3.2ao 99%: r ≈ 4.2ao 2.7ao 3.2ao 4.2ao 原子轨域的主壳层 ? 原子轨域分为n = 1、2、3、4、…等正整数主 壳层(早期科学家以K、 L 、M、N、…等符号 表示主壳层)，最大n值为∞的正整数。 。 ? 原子轨域主壳层n值愈大，能量愈高，其电子 在核外空间的主要活动范围离原子核愈远。 ? n主壳层又分为n个副壳层，副壳层依序以s、 p、d、f、…等符号表示。 ? n = 1的主壳层，只有一种副壳层，以1s表示 ，又称为1s原子轨域，简称1s轨域。 ? n = 2的主壳层则有二种副壳层，以2s及2p表 示，又称为2s及2p轨域。 ? n = 3主壳层则有3s、3p、及3d三种副壳层轨 域。 原子轨域的副壳层 ? n = 4主壳层有4s、4p、4d、4f四种副壳层轨 域。 ? n = 5主壳层有5s、5p、5d、5f、及5g五种副 壳层轨域，其它主壳层以此类推。 … … 5s, 5p, 5d, 5f, 5g 4s, 4p, 4d, 4f 3s, 3p, 3d 2s, 2p 1s 副壳层 5 4 3 2 1 主壳层n 1s 1 2s, 2p 2 3s, 3p, 3d 3 4s, 4p,4d, 4f 4 5s, 5p, 5d, 5f, 5g 5 … … 副壳层原子轨域数目 ? s、p、d、f、…副壳层依序有1、3、5、7、… 个能量相等的原子轨域。 … … 7 5 3 1 原子轨域数 f d p s 副壳层 1 s 3 p 5 d 7 f … … s副壳层原子轨域形状 ? s副壳层只有一个轨域，称为s轨域，其电子在 空间出现机率为球形，即与原子核等距离的位 置(球面)，电子出现的机率相同。 p副壳层原子轨域形状 ? p副壳层有三个能量相等的轨域，其电子在空间 出现机率为哑铃形，这三个p轨域具方位性称为 px、py及pz原子轨域。 ? px原子轨域的电子在空间中出现机率最大的位置 在x軸坐标上，而py及pz电子最大出现机率分别在 y及z轴坐标上。 d副壳层原子轨域形状 ? d副壳层有五个能量相等的轨域，其电子在空间 出现机率有两种形状，如下图： f副殼層原子軌域形狀 ? f副壳层有七个能量相等的轨域，其电子在空间 出现机率有两种形状，如下图： 原子轨域的演进 s (1), p (3), d (5), f (7), … - - 副壳层轨域数 s