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1、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1原子軌域♦原子內電子的主要活動空間，稱為原子軌域。電子的活動空間由原子核往外延伸，理論上可以至無限遠的距離。實際上，電子會在離原子核適當距離範圍內活動，在此距離以外電子出現的機率接近於零。♦電子為極微小且快速運動的粒子，同時具有波及粒子的性質，其在空間的運動無法以古典力學方式觀察或定義其運動軌跡，只能以在空間範圍內電子出現機率描述其運動情形。2電子雲♦由於原子內電子的運動以電子在空間出現的機率表示，圖形上以點
2、狀的密疏表示電子在核外空間中出現機率的高低，此點狀圖稱為電子雲圖，如下圖1s電子雲圖：1s電子雲圖3原子軌域的大小♦理論上，原子內的電子活動空間可以延伸至無限遠，因此無法定義原子軌域的大小。實際上，較廣為接受的原子軌域大小的定義是由原子核往外延伸至電子總出現機率為90%的空間範圍。♦有些教材定義電子總出現機率95%的空間範圍為原子軌域大小，而電子總出現機率95%的空間範圍則大於90%的空間範圍。4氫原子1s軌域(r的單位為波耳半徑ao，ao=0.529Å)氫原子1s軌域波函數♦氫原子的所有軌域均可以數學函數表示，這些數學函數稱為
3、氫原子軌域波函數。5氫原子1s軌域電子出現最大機率半徑最大機率半徑r=1ao機率函數P(r)=4pr2(Y1s)2=4r2e-2r最大機率半徑為6最大機率半徑r=1ao1ao7氫原子1s軌域電子總出現機率半徑機率函數P(r)=4pr2(Y1s)2=4r2e-2r90%:r≈2.7ao2.7ao8氫原子1s軌域電子總出現機率半徑機率函數P(r)=4pr2(Y1s)2=4r2e-2r90%:r≈2.7ao95%:r≈3.2ao2.7ao3.2ao9氫原子1s軌域電子總出現機率半徑機率函數P(r)=4pr2(Y1s)2=4r2e-2r
4、90%:r≈2.7ao95%:r≈3.2ao99%:r≈4.2ao2.7ao3.2ao4.2ao10原子軌域的主殼層♦原子軌域分為n=1、2、3、4、…等正整數主殼層(早期科學家以K、L、M、N、…等符號表示主殼層)，最大n值為∞的正整數。。♦原子軌域主殼層n值愈大，能量愈高，其電子在核外空間的主要活動範圍離原子核愈遠。11♦n主殼層又分為n個副殼層，副殼層依序以s、p、d、f、…等符號表示。♦n=1的主殼層，只有一種副殼層，以1s表示，又稱為1s原子軌域，簡稱1s軌域。♦n=2的主殼層則有二種副殼層，以2s及2p表示，又稱為2
5、s及2p軌域。♦n=3主殼層則有3s、3p、及3d三種副殼層軌域。原子軌域的副殼層12♦n=4主殼層有4s、4p、4d、4f四種副殼層軌域。♦n=5主殼層有5s、5p、5d、5f、及5g五種副殼層軌域，其他主殼層以此類推。主殼層n12345…副殼層1s2s,2p3s,3p,3d4s,4p,4d,4f5s,5p,5d,5f,5g…11s22s,2p33s,3p,3d44s,4p, 4d,4f55s,5p,5d,5f,5g……13副殼層原子軌域數目♦s、p、d、f、…副殼層依序有1、3、5、7、…個能量相等的原子軌域。副殼層spdf
6、…原子軌域數1357…s1p3d5f7……14s副殼層原子軌域形狀♦s副殼層只有一個軌域，稱為s軌域，其電子在空間出現機率為球形，即與原子核等距離的位置(球面)，電子出現的機率相同。15p副殼層原子軌域形狀♦p副殼層有三個能量相等的軌域，其電子在空間出現機率為啞鈴形，這三個p軌域具方位性稱為px、py及pz原子軌域。♦px原子軌域的電子在空間中出現機率最大的位置在x軸座標上，而py及pz電子最大出現機率分別在y及z軸座標上。16d副殼層原子軌域形狀♦d副殼層有五個能量相等的軌域，其電子在空間出現機率有兩種形狀，如下圖：17f副殼
7、層原子軌域形狀♦f副殼層有七個能量相等的軌域，其電子在空間出現機率有兩種形狀，如下圖：18原子軌域的演進氫原子光譜波耳模型量子力學殼層能量-氫原子光譜殼層-n=1,2,3,…正整數n=1,2,3,…正整數電子運動方式-固定圓週軌道核外空間，以機率表示副殼層--s,p,d,f,…副殼層軌域數--s(1),p(3),d(5),f(7),…19氫原子光譜波耳模型量子力學副殼層軌域形狀--s(球形)，p(啞鈴)，d(其他形狀)軌道半徑或電子出現最大機率半徑-軌道半徑:rn=n2aon=1:1aon=2:4aon=3:9aon=4:16a
8、o電子出現最大機率半徑n=1:1ao(1s)n=2:4ao(2p)n=3:9ao(3d)n=4:16ao(4f)ao(波耳半徑)=0.529Å氫原子的電子能量能階化20氫原子軌域距離函數圖21氫原子軌域距離機率圖22原子軌域殼層及軌域數目主殼層n1234…副殼層
