g轨道

✍ dations ◷ 2025-06-08 09:45:43 #原子物理学,原子轨域,轨域

在化学与原子物理学中,g轨道(英语:g orbital)是一种原子轨道,其角量子数为4,其磁量子数可以为0、±1、±2、±3、±4,且每个壳层里中有9个g轨道,gz4、gxz3、gyz3、gxyz2、gz2(x2-y2)、gx3z、gy3z、gx4+y4、gxy(x2-y2),有三种形状,且方向不同,每个可以容纳2个电子,因此,g轨道共可以容纳18个电子。

由于目前尚未发现第八周期元素,因此在已知的元素中,g轨道只存在于激发态的原子中。

g轨道的 g 是来自f轨道的f的下一个字母g。

g轨道从主量子数n=5时开始出现,由于主量子数不能小于5,因此最小的f轨道是5g轨道,且不存在1g、2g、3g和4g轨道。当角量子数=5时,对应于9个磁量子数:4、3、2、1、0、-1、-2、-3、-4。每个壳层皆有9个g轨道,分别为gz4、gxz3、gyz3、gxyz2、gz2(x2-y2)、gx3z、gy3z、gx4+y4、gxy(x2-y2),有三种形状,其中磁量子数m = ±1或±4时(gxz3、gyz3、gx4+y4、gxy(x2-y2))形状相同但方向不同为八片豆子形;磁量子数m = ±2或±3时(gxyz2、gz2(x2-y2)、gx3z、gy3z)形状相同但方向不同为为十二叶哑铃形;而磁量子数m = 0时(gz4)的形状较特别,类似于dz2轨道,但中间的环的上下多了一个类似碗的形状,其开口朝向上下的哑铃形。

g区元素是指这些元素中具有最高能量的电子是填在g轨道上的,其中所有元素尚未被发现。

g之后的轨道目前尚未观测到,但根据计算结果是有可能存在的。其命名则依字母顺序命名,除了不与s轨道和p轨道的s、p重复之外,另外还跳过j这个字母(由于某些语言不分i与j),因此没有任何轨道会以“j轨道”来命名。

目前还没有发现h轨道 ,但根据现有理论,h轨道(英语:h orbital)是一种原子轨道,其角量子数为5,其磁量子数可以为0、±1、±2、±3、±4、±5,且每个壳层里中有11个h轨道,其形状可由薛定谔方程式来预测。

具有最高能量的电子是填在h轨道上的元素称为h区元素,位于第九周期之后,许多目前的物理模型都崩溃了或不适用,因此可能无法存在。

目前还没有发现i轨道 ,但根据现有理论,i轨道(英语:i orbital)是一种原子轨道,其角量子数为6,其磁量子数可以为0、±1、±2、±3、±4、±5、±6,且每个壳层里中有13个i轨道,其形状可由薛定谔方程式来预测。

i轨道从主量子数n=7时开始出现,由于主量子数不能小于7,因此最小的f轨道是7i轨道,但由于能级交错,会从第9周期或第10周期后才开始填入,根据Pyykkö模型,其原子序将超过173,当前考虑到核电荷分布之有限延伸的计算,结果约等于173(unseptrium),非离子原子所属的元素可能仅限于等于或低于这个结果

玻尔模型在原子序达到137之后会有问题,因为在1s原子轨道中的电子的速度计算如下:

当中是原子序,是描述电磁力强度的精细结构常数。如此一来,任何原子序高于137的元素的1s轨道电子将会以高于光速运行,物理上不可能。因此任何不建基于相对论的理论(如波尔模型)不足以处理这种计算。

半相对论的狄拉克方程式在原子序大于Uts时也会发生问题,因为基态能级为:

当中是电子的静质量。而当原子序大于137,狄拉克基态的波函数是震荡的,并且正能谱与负能谱之间没有间隙,正如克莱因悖论(英语:Klein paradox)所言。理查德·费曼(Richard Feynman)指出了这效应。

然而,现实的计算已考虑到了核电荷分布的有限延伸。约等于173(Unseptrium)的临界的使得非离子原子所属的元素可能仅限于等于或低于这个结果,因此,电子可能无法填至i轨道,因此i轨道有可能根本不存在。

k轨道是根据轨道命名规则照字母顺序跳过“j”所得到的轨道名称,因此当角量子数为7时,不会是j轨道,而是k轨道,由于i轨道可能不存在,因此,k轨道仅是原子轨道模型的理论值。


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