[科普中國]-軌域量子數(shù)

軌域量子數(shù)l又稱角動(dòng)量量子數(shù)、方位量子數(shù)、系列量子數(shù)，它是決定軌域型別或形狀的角動(dòng)量常數(shù)，它可能是包括0在內(nèi)的整數(shù)，與主量子數(shù)n的關(guān)系為l=0,1,2,3```,n-1。軌域的不同型別可以以s,p,d,f來表示，主量子數(shù)的數(shù)值為該主量子能階所允許的軌域型別的數(shù)目，即主量子能階為1時(shí),只有一個(gè)1s軌域，對(duì)第二能階則有2s及2p軌域，第三能階則有3s、3p及3d軌域，依此類推。具有同一主量子數(shù)的s、p、d及f軌域，實(shí)際上具有稍稍不同的能量。對(duì)一個(gè)主量子數(shù),只有一個(gè)s軌域,三個(gè)p軌域,五個(gè)d軌域及七個(gè)f軌域。1

相關(guān)概念——軌域理論由原子光譜分析與量子力學(xué)( quantum mechanics)所提供的知識(shí),告訴我們,原子中的電子系處于不連續(xù)的能階( energy levels)中。雖然,原子中電子的精確位置( position)與動(dòng)量( momentum),依 Heisenberg測不準(zhǔn)原理( uncertainty principle)而無由得知,但仍可借量子力學(xué)的數(shù)學(xué)處理,獲知一電子在已知容積( volume)中位置或然率的統(tǒng)計(jì)形相。電子在已知能狀態(tài)下密度分布或然率( probability density distribution),稱為該電子的軌域( orbital)。軌域的形狀,決定于恒定或然率的輪廓表面。這種以或然率所描述的電子軌域,就好像沒有明確邊界的云一樣,所以有時(shí)候被稱為電子云( electron cloud)。

在原子中的電子,受幾種力的作用一電子與電子間相互排斥,同時(shí)又受原子核中質(zhì)子( protons)的吸引。因此,一電子所感受的力,決定于其對(duì)原子核及其他電子的相關(guān)位置。一電子可能出現(xiàn)的最大或然率是其能夠感受最大引力而最小排斥力的位置。量子力學(xué)試圖借助數(shù)學(xué)方法來描述電子在原子中所受到的作用力,并以一數(shù)學(xué)方程式使其與電子所具有的能相關(guān)聯(lián)。由數(shù)學(xué)處理所得的結(jié)論獲知,電子具有波樣行為。又在一些分析中,發(fā)現(xiàn)電子只有在某些能階中才能出現(xiàn),而已知能階,又只能容約一定數(shù)目的電子,即2,8,18…等。這一結(jié)果,給予了確定古典價(jià)鍵埋論( valence bondtheory)的八隅體法則( octet rule)以充份的解釋。

對(duì)每一電子能狀態(tài)或軌域,可使用四個(gè)表示電子四種不同性質(zhì)的量子數(shù)加以描述：

（1）主量子數(shù)n：為決定電子主能階或電子殼的常數(shù),乃1-6的常數(shù),電子殼常以K,L,M等大寫英文字母表示。

（2）角動(dòng)量量子數(shù)l：即概述中所介紹的軌域量子數(shù)。

（3）磁量子數(shù)m：具角動(dòng)量電子的磁常數(shù)。具有角動(dòng)量的電子,可認(rèn)為是一循回的電流,因而由此循回電流產(chǎn)生磁場。磁場的磁性來自于電子的角動(dòng)量,所以角動(dòng)量量子數(shù)l決定了m的大小。由理論及經(jīng)驗(yàn)可知,m為包括0在內(nèi)的-l到+l之間的整數(shù)。

（4）自轉(zhuǎn)量子數(shù)s：表示電子自轉(zhuǎn)軸的方向,即正二分之一或負(fù)二分之一,也常常以向上或向下的箭頭表示。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李斌 - 副教授 - 西南大學(xué)