เนื้อหา
อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสหนักล้อมรอบด้วยอิเล็กตรอนแสง พฤติกรรมของอิเล็กตรอนนั้นถูกควบคุมโดยกฎของกลศาสตร์ควอนตัม กฎเหล่านั้นทำให้อิเล็กตรอนสามารถยึดครองพื้นที่เฉพาะที่เรียกว่า orbitals ปฏิกิริยาของอะตอมนั้นเกือบจะผ่านอิเล็กตรอนชั้นนอกสุดดังนั้นรูปร่างของวงโคจรเหล่านั้นจึงมีความสำคัญมาก ตัวอย่างเช่นเมื่ออะตอมถูกนำมาอยู่ติดกันถ้าวงโคจรรอบนอกสุดของพวกมันทับซ้อนกันพวกมันสามารถสร้างพันธะเคมีที่แข็งแกร่ง ดังนั้นความรู้บางอย่างเกี่ยวกับรูปร่างของวงโคจรจึงมีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจการปฏิสัมพันธ์ของอะตอม
ตัวเลขควอนตัมและวงโคจร
นักฟิสิกส์พบว่าสะดวกในการใช้ชวเลขและอธิบายลักษณะของอิเล็กตรอนในอะตอม การจดชวเลขเป็นจำนวนควอนตัม ตัวเลขเหล่านี้สามารถเป็นได้ทั้งจำนวนเท่านั้นไม่ใช่เศษส่วน จำนวนควอนตัมหลัก, n, เกี่ยวข้องกับพลังงานของอิเล็กตรอน; จากนั้นก็มีจำนวนควอนตัมโคจร, l และจำนวนควอนตัมโมเมนตัมเชิงมุม, m มีตัวเลขควอนตัมอื่น ๆ แต่พวกเขาไม่ได้เกี่ยวข้องโดยตรงกับรูปร่างของวงโคจร วงโคจรไม่ใช่วงโคจรในแง่ของการเป็นเส้นทางรอบนิวเคลียส แต่เป็นตัวแทนของตำแหน่งที่มีโอกาสมากที่สุดที่จะพบอิเล็กตรอน
S Orbitals
สำหรับแต่ละค่าของ n มีหนึ่งวงโคจรที่ทั้ง l และ m เท่ากับศูนย์ วงโคจรเหล่านั้นเป็นทรงกลม ยิ่งค่าของ n สูงขึ้นเท่าไรก็จะยิ่งเป็นทรงกลมที่ใหญ่กว่านั่นคือมีโอกาสมากขึ้นที่อิเล็กตรอนจะพบได้ไกลกว่านิวเคลียส ทรงกลมไม่หนาแน่นเท่ากันตลอด พวกมันเหมือนเปลือกหอยซ้อนกันมากกว่า ด้วยเหตุผลทางประวัติศาสตร์สิ่งนี้เรียกว่าการโคจร เนื่องจากกฎของกลศาสตร์ควอนตัมอิเล็กตรอนพลังงานต่ำสุดที่มี n = 1 จะต้องมีทั้ง l และ m เท่ากับศูนย์ดังนั้นการโคจรเพียงอย่างเดียวที่มีอยู่สำหรับ n = 1 คือ s การโคจร วงโคจร s ยังมีอยู่สำหรับค่าอื่น ๆ ทุกค่าของ n
P วงโคจร
เมื่อ n มีขนาดใหญ่กว่าหนึ่งโอกาสที่เปิดได้มากขึ้น L, จำนวนควอนตัมการโคจรสามารถมีค่าใด ๆ ได้สูงสุด n-1 เมื่อ l เท่ากับหนึ่งวงโคจรจะถูกเรียกว่า a p orbital orbitals P ดูเหมือนดัมเบลล์ สำหรับแต่ละ l, m ไปจากบวกถึงลบ l ในขั้นตอนเดียว ดังนั้นสำหรับ n = 2, l = 1, m สามารถเท่ากับ 1, 0, หรือ -1 นั่นหมายความว่ามีวงโคจรสามรุ่น: รุ่นหนึ่งมีรุ่นดัมเบลขึ้นและลงรุ่นที่มีรุ่นดัมเบลจากซ้ายไปขวาและอีกรุ่นมีรุ่นดัมเบลที่มุมฉากทั้งสองรุ่น P orbitals มีอยู่สำหรับจำนวนควอนตัมหลักทั้งหมดที่มากกว่าหนึ่งแม้ว่าพวกเขาจะมีโครงสร้างเพิ่มเติมเมื่อ n จะสูงขึ้น
D Orbitals
เมื่อ n = 3, l สามารถเท่ากับ 2 และเมื่อ l = 2, m สามารถเท่ากับ 2, 1, 0, -1, และ -2 l = 2 orbitals เรียกว่า d orbitals และมีห้าอันที่แตกต่างกันซึ่งสอดคล้องกับค่าต่าง ๆ ของ m n = 3, l = 2, m = 0 orbital ก็ดูเหมือนดัมเบลล์ แต่มีโดนัทอยู่ตรงกลาง อีกสี่ orbitals ดูเหมือนว่าสี่ไข่ซ้อนกันในตอนท้ายในรูปแบบสี่เหลี่ยม รุ่นที่แตกต่างกันมีไข่ที่ชี้ไปในทิศทางที่แตกต่างกัน
F Orbitals
n = 4, l = 3 orbitals เรียกว่า f orbitals และยากที่จะอธิบาย พวกเขามีคุณสมบัติที่ซับซ้อนหลายประการ ตัวอย่างเช่น n = 4, l = 3, m = 0; m = 1; และ m = -1 orbitals มีรูปร่างเหมือนดัมเบลอีกครั้ง แต่ตอนนี้มีโดนัทสองอันระหว่างปลายบาร์เบล ค่า m อื่น ๆ มีลักษณะเหมือนมัดลูกโป่งแปดลูกโดยมีเงื่อนทั้งหมดผูกติดกันที่กึ่งกลาง
การสร้างภาพ
คณิตศาสตร์ที่ควบคุมวงโคจรอิเลคตรอนนั้นค่อนข้างซับซ้อน แต่มีแหล่งข้อมูลออนไลน์มากมายที่ให้ภาพกราฟิกของวงโคจรที่แตกต่างกัน เครื่องมือเหล่านั้นมีประโยชน์มากในการแสดงพฤติกรรมของอิเล็กตรอนรอบ ๆ อะตอม