原子轨道和电子排布

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原子轨道和电子排布之间的区别

原子轨道 vs. 电子排布

原子軌域（atomorbital；atomic orbital），又稱軌態，是以數學函數描述原子中電子似波行為陳藝菁、張祖辛，，國科會高瞻計畫資源平台。2010年12月11日查閱。。此波函數可用來計算在原子核外的特定空間中，找到原子中電子的機率，並指出電子在三維空間中的可能位置。「軌域」便是指在波函數界定下，電子在--空間出現機率較大的區域。具體而言，原子軌域是在環繞著一個原子的許多電子（電子雲）中，個別電子可能的量子態，並以軌域波函數描述。 現今普遍公認的原子結構是波耳氫原子模型：電子像行星，繞著原子核（太陽）運行。然而，電子不能被視為形狀固定的固體粒子，原子軌域也不像行星的橢圓形軌道。更精確的比喻應是，大範圍且形狀特殊的「大氣」（電子），分布於極小的星球（原子核）四周。只有原子中存在唯一電子時，原子軌域才能精準符合「大氣」的形狀。當原子中有越來越多電子時，電子越傾向均勻分布在原子核四周的空間體積中，因此「電子雲」越傾向分布在特定球形區域內（區域內電子出現機率較高）。 在原子物理學的運算中，複雜的電子函數常被簡化成較容易的原子軌域函數組合。雖然多電子原子的電子並不能以「一或二個電子之原子軌域」的理想圖像解釋，它的波函數仍可以分解成原子軌域函數組合，以原子軌域理論進行分析；就像在某種意義上，由多電子原子組成的電子雲在一定程度上仍是以原子軌域「構成」，每個原子軌域內只含一或二個電子。. 電子排序，即電子組態，亦即電子構型，指電子在原子、分子或其他物理結構中的每一層電子層上的排序及排列形態。 正如其他基本粒子，電子遵從量子物理學，而不是一般的經典物理學；電子也因此有波粒二象性。而且，根據量子物理學中的《哥本哈根詮釋》，任一特定電子的確實位置是不會知道的（軌域及軌跡放到一旁不計），直至偵測活動進行使電子被偵測到。在空間中，該測量將會檢測的電子在某一特定點的概率，和在這一點上的波函數的絕對值的平方成正比。 電子能夠由發射或吸收一個量子的能量從一個能級跃迁到另一個能級，其形式是一個光子。由於泡利不相容原理，沒有兩個以上的電子可以存在於某個原子軌域（軌域不等於電子層）；因此，一個電子只可跨越到另有空缺位置的軌域。 知道不同的原子的電子構型有助了解元素週期表中的元素的結構。這個概念也有用於描述約束原子的多個化學鍵。在散裝物料的研究中這一理念可以說明激光器和半導體的奇特性能。.

磁量子数

磁量子数（Magnetic quantum number）是电子运动角量子数在Z轴投影的量子数。 因为电子旋转相当于圆圈电流，它必定会产生磁场，形成轨道磁矩，在磁场作用下将有不同的取向。这一点是由塞曼（）在1896年用实验证明的。量子力学波函数方程的解能够解释这个实验结果。所有这三个量子数，都取整数值，互相有制约。角量子数不能超过主量子数，磁量子数不能超过角量子数。.

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电子

电子（electron）是一种带有负电的次原子粒子，通常标记为 e^- \,\!。電子屬於轻子类，以重力、電磁力和弱核力與其它粒子相互作用。轻子是构成物质的基本粒子之一，无法被分解为更小的粒子。电子带有1/2自旋，是一种费米子。因此，根據泡利不相容原理，任何兩個電子都不能處於同樣的狀態。电子的反粒子是正电子（又称正子），其质量、自旋、帶电量大小都与电子相同，但是电量正負性与电子相反。電子與正子會因碰撞而互相湮滅，在這過程中，生成一對以上的光子。 由电子與中子、质子所组成的原子，是物质的基本单位。相对于中子和质子所組成的原子核，电子的质量显得极小。质子的质量大约是电子质量的1836倍。当原子的电子数与质子数不等时，原子会带电；称該帶電原子为离子。当原子得到额外的电子时，它带有负电，叫阴离子，失去电子时，它带有正电，叫阳离子。若物体带有的电子多于或少于原子核的电量，导致正负电量不平衡时，称该物体带静电。当正负电量平衡时，称物体的电性为电中性。靜電在日常生活中有很多用途，例如，靜電油漆系統能夠將或聚氨酯漆，均勻地噴灑於物品表面。 電子與質子之間的吸引性庫侖力，使得電子被束縛於原子，稱此電子為束縛電子。兩個以上的原子，會交換或分享它們的束縛電子，這是化學鍵的主要成因。当电子脱离原子核的束缚，能够自由移动时，則改稱此電子为自由电子。许多自由电子一起移动所产生的净流动现象称为电流。在許多物理現象裏，像電傳導、磁性或熱傳導，電子都扮演了機要的角色。移動的電子會產生磁場，也會被外磁場偏轉。呈加速度運動的電子會發射電磁輻射。 根據大爆炸理論，宇宙現存的電子大部份都是生成於大爆炸事件。但也有一小部份是因為放射性物質的β衰變或高能量碰撞而生成的。例如，當宇宙線進入大氣層時遇到的碰撞。在另一方面，許多電子會因為與正子相碰撞而互相湮滅，或者，會在恆星內部製造新原子核的恆星核合成過程中被吸收。 在實驗室裏，精密的尖端儀器，像四極離子阱，可以長時間局限電子，以供觀察和測量。大型托卡馬克設施，像国际热核聚变实验反应堆，藉著局限電子和離子電漿，來實現受控核融合。無線電望遠鏡可以用來偵測外太空的電子電漿。 電子被广泛應用于電子束焊接、陰極射線管、電子顯微鏡、放射線治療、激光和粒子加速器等领域。.

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角量子数

角量子數（Azimuthal quantum number），即軌域角動量的量子數，通常用小寫英文字母l來表示。從經典力學的概念可知，任何旋轉體都有繞軸的角動量。它是一個矢量。當它不是連續變動時，會取不同的離散值，是量子化的。在原子物理中，这个量子数决定了電子雲的形状。例如，电子所处的s, p, d, f, g分别对应的角量子数分别是l.

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軌域

化學上的軌域（英語Orbital，又稱軌道或軌態）可能是指：.

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薛定谔方程

在量子力學中，薛定諤方程（Schrödinger equation）是描述物理系統的量子態怎樣隨時間演化的偏微分方程，为量子力學的基礎方程之一，其以發表者奧地利物理學家埃尔温·薛定諤而命名。關於量子態與薛定諤方程的概念涵蓋於基礎量子力學假說裏，無法從其它任何原理推導而出。 在古典力學裏，人们使用牛頓第二定律描述物體運動。而在量子力學裏，類似的運動方程為薛定諤方程。薛定諤方程的解完備地描述物理系統裏，微觀尺寸粒子的量子行為；這包括分子系統、原子系統、亞原子系統；另外，薛定諤方程的解還可完備地描述宏觀系統，可能乃至整個宇宙。 薛定諤方程可以分為「含時薛定諤方程」與「不含時薛定諤方程」兩種。含時薛定諤方程與時間有關，描述量子系統的波函數怎樣隨著時間而演化。不含時薛定諤方程则與時間無關，描述了定態量子系統的物理性質；該方程的解就是定態量子系統的波函數。量子事件發生的機率可以用波函數來計算，其機率幅的絕對值平方就是量子事件發生的機率密度。 薛定諤方程所屬的波動力學可以數學變換為維爾納·海森堡的矩陣力學，或理察·費曼的路徑積分表述。薛定諤方程是個非相對論性方程，不適用於相對論性理論；對於相對論性微觀系統，必須改使用狄拉克方程或克莱因-戈尔登方程等。.

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量子

量子一詞來自拉丁语quantum，意為“有多少”，代表“相當數量的某物质”。在物理學中常用到量子的概念，指一個不可分割的基本個體。例如，“光的量子”是光的單位。而延伸出的量子力學、量子光學等更成為不同的專業研究領域。 其基本概念为所有的有形性質是“可量子化的”。“量子化”指其物理量的數值是特定的，而不是任意值。例如，在（休息狀態的）原子中，電子的能量是可量子化的。這決定原子的穩定和一般問題。 在20世紀的前半期，出現了新的概念。許多物理學家將量子力學視為瞭解和描述自然的的基本理論。在量子出现在世界上100多年间，经过普朗克，爱因斯坦，斯蒂芬霍金等科学家的不懈努力，已初步建立量子力学理论。.

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量子力学

量子力学（quantum mechanics）是物理學的分支，主要描写微观的事物，与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱，许多物理学理论和科学，如原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学以及其它相关的學科，都是以其为基础。 19世紀末，人們發現舊有的經典理論無法解釋微观系统，於是經由物理學家的努力，在20世紀初創立量子力学，解釋了這些現象。量子力學從根本上改變人類對物質結構及其相互作用的理解。除透过广义相对论描写的引力外，迄今所有基本相互作用均可以在量子力学的框架内描述（量子场论）。 愛因斯坦可能是在科學文獻中最先給出術語「量子力學」的物理學者。.

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自旋

在量子力学中，自旋（Spin）是粒子所具有的内稟性質，其運算規則類似於經典力學的角動量，並因此產生一個磁場。雖然有時會與经典力學中的自轉（例如行星公轉時同時進行的自轉）相類比，但實際上本質是迥異的。經典概念中的自轉，是物體對於其質心的旋轉，比如地球每日的自轉是順著一個通過地心的極軸所作的轉動。 首先對基本粒子提出自轉與相應角動量概念的是1925年由、喬治·烏倫貝克與三人所開創。他們在處理電子的磁場理論時，把電子想象为一個帶電的球體，自轉因而產生磁場。後來在量子力學中，透過理論以及實驗驗證發現基本粒子可視為是不可分割的點粒子，所以物體自轉無法直接套用到自旋角動量上來，因此僅能將自旋視為一種内禀性質，為粒子與生俱來帶有的一種角動量，並且其量值是量子化的，無法被改變（但自旋角動量的指向可以透過操作來改變）。 自旋對原子尺度的系統格外重要，諸如單一原子、質子、電子甚至是光子，都帶有正半奇數（1/2、3/2等等）或含零正整數（0、1、2）的自旋；半整數自旋的粒子被稱為費米子（如電子），整數的則稱為玻色子（如光子）。複合粒子也帶有自旋，其由組成粒子（可能是基本粒子）之自旋透過加法所得；例如質子的自旋可以從夸克自旋得到。.

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電子層

電子層，或稱電子殼或電子殼層，是原子物理學中，一組擁有相同主量子數n的原子軌道。電子層組成為一粒原子的電子序。這可以證明電子層可容納最多電子的數量為2n^2（但倒数第一层只能容纳2个，倒数第二层只能容纳8个，倒数第三层只能容纳18个），這種全滿的電子層稱為「閉合殼層」。 亨利·莫塞萊和查尔斯·巴克拉的X-射線吸收研究首次於實驗中發現電子層。巴克拉把它們稱為K、L和、M（以英文字母排列）等電子層。這些字母後來被n值1、2、3等取代。它們被用於分光鏡的西格班記號法。 電子層的名字起源於波耳模型中，電子被認為一組一組地圍繞著核心以特定的距離旋轉，所以軌跡就形成了一個殼。.

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S軌域

在化學與原子物理學中，s軌域（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，其電子出現密度的形狀是球狀對稱的，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.

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波函数

在量子力學裏，量子系統的量子態可以用波函數（wave function）來描述。薛丁格方程式設定波函數如何隨著時間流逝而演化。從數學角度來看，薛丁格方程式乃是一種波動方程式，因此，波函數具有類似波的性質。這說明了波函數這術語的命名原因。 波函數 \Psi (\mathbf,t) 是一種複值函數，表示粒子在位置 \mathbf 、時間 t 的機率幅，它的絕對值平方 |\Psi(\mathbf,t)|^2 是在位置 \mathbf 、時間 t 找到粒子的機率密度。以另一種角度詮釋，波函數\Psi (\mathbf,t)是「在某時間、某位置發生相互作用的概率幅」。 波函數的概念在量子力學裏非常基礎與重要，諸多關於量子力學詮釋像謎一樣之結果與困惑，都源自於波函數，甚至今天，這些論題仍舊尚未獲得滿意解答。.

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