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d軌域

化學原子物理學中,d軌域(英語:d orbital)是一種原子軌域,其角量子數為2,磁量子數可以為0、±1、±2,且每個殼層裡有五個d軌域,共可容下10個電子。

由上而下為3d、4d、5d、6d軌域的立體模型

d軌域是很常見的軌域,大部分的過渡金屬軌域都是d軌域,在同一個主量子數中,d軌域是能量第三低的軌域,比s軌域與p軌域來的高,由於能階交錯,若以週期的角度來看,第45週期中,在殼層中的d軌域能量很低,僅次於同一個價殼層中的s軌域。但第六週期出現能量更低的f軌域

另外,d軌域可以和s軌域p軌域發生混成形成dsp混成軌域[1][2]

命名 编辑

d軌域的「d」是「diffused」,其為「漫系光譜」之意。

結構 编辑

 
五種d軌域的形狀,除了dz2之外,其他四個形狀相同,只是方向不同
 
5d軌域模型,紅色和藍色中間空隙則為波節

d軌域從主量子數n=3開始出現,最小的d軌域是3d軌域,也就是說1d、2d軌域不存在,當角量子數為2時,其軌域為d軌域,主量子數不可小於三,對應於五個磁量子數2、1、0、-1、-2,在3d軌域中,有五個能量相同的3d軌域,同樣的,主量子數為4以上時也有五個4d軌域,因此,每個殼層都有五個d軌域,它們分別為dz2dx2-y2dxydyzdxz,但是沒有dx2dy2dy2-z2dx2-z2。在存在的五個d軌域(dz2dx2-y2dxydyzdxz)中,有四個形狀相同,分別為:dx2-y2dxydyzdxz但方向不同,而dz2是五個d軌域中形狀與眾不同的一個,儘管如此,dz2軌域仍具有和dx2-y2dxydyzdxz相同之能量。

4d、5d、6d軌域可視為性質與3d軌域相似,只是大小比較大,其與p軌域類似,也有「正負性」,這些「正負性」變化在原子軌域彼此形成化學鍵時非常重要。

d軌域一樣有波節面,類似於p軌域的形式,但dz2軌域中間的部分較特別,是一個環狀結構像外的波,但電子出現概率和s軌域相反,例如4dz2軌域的中間部分:在靠近原子核之處電子出現概率幾乎是0,然後開始增加,出現一個較高電子出現概率的環狀區域,但繼續向外看之後,隨即降為0,接著又增加,出現一個更大的較高電子出現概率的環狀區域,然後在距離原子核甚遠的地方又為0,而上下的雙啞鈴形的結構則與p軌域相同。

電子波 编辑

5個d軌域的角量子數ℓ=2。角部分的d軌道經常會表示為:

 

的d軌道角部分的三次諧波為 

 
 
 
 
 

 
dz2 dxz dyz dxy dx2-y2
         

能階交錯 编辑

d軌域有能階交錯現象。例如,3d的能量似乎應該低於4s,而實際上E3d>E4s。按能量最低原理,電子在進入核外電子層時,不是排完3p就排3d,而是先排4s,排完4s才排3d。

性質 编辑

d軌域在半填滿和全填滿時較穩定,因此,許多過渡金屬傾向於失去d軌域的電子直到其成為半填滿為止,如,原價電子組態為3d64s2,失去s軌域後還會再放出1個d軌域電子,使其成為Fe3+,組態為:3d5,此時d軌域半填滿,因此Fe3+較穩定,這也是為何Fe2+離子傾向於變成Fe3+離子的原因。

週期表 编辑

周期表中,過渡金屬的價軌域是d軌域,除了內過渡金屬,另外,除了前三周期之外,大部分的非金屬的價殼層之d軌域是填滿的。

d區元素 编辑

d區元素是指元素週期表3族12族的元素。這些元素其新增加的電子皆填入d軌域,故稱該區塊為d區。這些元素又被稱作過渡金屬。週期表中從第4週期開始的每個週期都各有10個d區元素。

參考文獻 编辑

引用 编辑

  1. ^ 含有d轨道的杂化作用. 化学键的共价键理论:现代价键理论. 彭军. [2012-01-28]. (原始内容于2015-04-02) (中文). 
  2. ^ An example of dsp2 hybridization. Chemical Bonding: Multiple bonds, d orbitals. [2012-01-28]. (原始内容于2012-01-18) (英语). 

书籍 编辑

參見 编辑

d軌域, 在化學與原子物理學中, 英語, orbital, 是一種原子軌域, 其角量子數為2, 磁量子數可以為0, 且每個殼層裡有五個, 共可容下10個電子, 由上而下為3d, 6的立體模型, 是很常見的軌域, 大部分的過渡金屬的價軌域都是, 在同一個主量子數中, 是能量第三低的軌域, 比s軌域與p軌域來的高, 由於能階交錯, 若以週期的角度來看, 第4, 5週期中, 在價殼層中的能量很低, 僅次於同一個價殼層中的s軌域, 但第六週期出現能量更低的f軌域, 另外, 可以和s軌域與p軌域發生混成形成dsp混成軌域, . 在化學與原子物理學中 d軌域 英語 d orbital 是一種原子軌域 其角量子數為2 磁量子數可以為0 1 2 且每個殼層裡有五個d軌域 共可容下10個電子 由上而下為3d 4d 5d 6d軌域的立體模型 d軌域是很常見的軌域 大部分的過渡金屬的價軌域都是d軌域 在同一個主量子數中 d軌域是能量第三低的軌域 比s軌域與p軌域來的高 由於能階交錯 若以週期的角度來看 第4 5週期中 在價殼層中的d軌域能量很低 僅次於同一個價殼層中的s軌域 但第六週期出現能量更低的f軌域 另外 d軌域可以和s軌域與p軌域發生混成形成dsp混成軌域 1 2 目录 1 命名 2 結構 3 電子波 4 能階交錯 5 性質 6 週期表 7 d區元素 8 參考文獻 8 1 引用 8 2 书籍 9 參見命名 编辑d軌域的 d 是 diffused 其為 漫系光譜 之意 結構 编辑 nbsp 五種d軌域的形狀 除了dz2 之外 其他四個形狀相同 只是方向不同 nbsp 5d軌域模型 紅色和藍色中間空隙則為波節d軌域從主量子數n 3開始出現 最小的d軌域是3d軌域 也就是說1d 2d軌域不存在 當角量子數為2時 其軌域為d軌域 主量子數不可小於三 對應於五個磁量子數2 1 0 1 2 在3d軌域中 有五個能量相同的3d軌域 同樣的 主量子數為4以上時也有五個4d軌域 因此 每個殼層都有五個d軌域 它們分別為dz2 dx2 y2 dxy dyz dxz 但是沒有dx2 dy2 dy2 z2 dx2 z2 在存在的五個d軌域 dz2 dx2 y2 dxy dyz dxz 中 有四個形狀相同 分別為 dx2 y2 dxy dyz dxz 但方向不同 而dz2 是五個d軌域中形狀與眾不同的一個 儘管如此 dz2 軌域仍具有和dx2 y2 dxy dyz 及dxz 相同之能量 4d 5d 6d軌域可視為性質與3d軌域相似 只是大小比較大 其與p軌域類似 也有 正負性 這些 正負性 變化在原子軌域彼此形成化學鍵時非常重要 d軌域一樣有波節面 類似於p軌域的形式 但dz2 軌域中間的部分較特別 是一個環狀結構像外的波 但電子出現概率和s軌域相反 例如4dz2 軌域的中間部分 在靠近原子核之處電子出現概率幾乎是0 然後開始增加 出現一個較高電子出現概率的環狀區域 但繼續向外看之後 隨即降為0 接著又增加 出現一個更大的較高電子出現概率的環狀區域 然後在距離原子核甚遠的地方又為0 而上下的雙啞鈴形的結構則與p軌域相同 電子波 编辑5個d軌域的角量子數ℓ 2 角部分的d軌道經常會表示為 ps n 2 c r R n 2 r X 2 c r displaystyle psi n2c mathbf r R n2 r X 2c mathbf r nbsp 的d軌道角部分的三次諧波為X 2 c r displaystyle X 2c mathbf r nbsp d z 2 N 2 c 3 z 2 r 2 2 r 2 3 Y 2 0 displaystyle d z 2 N 2 c frac 3z 2 r 2 2r 2 sqrt 3 Y 2 0 nbsp d x z N 2 c x z r 2 1 2 Y 2 1 Y 2 1 displaystyle d xz N 2 c frac xz r 2 frac 1 sqrt 2 left Y 2 1 Y 2 1 right nbsp d y z N 2 c y z r 2 i 2 Y 2 1 Y 2 1 displaystyle d yz N 2 c frac yz r 2 frac i sqrt 2 left Y 2 1 Y 2 1 right nbsp d x y N 2 c x y r 2 i 2 Y 2 2 Y 2 2 displaystyle d xy N 2 c frac xy r 2 frac i sqrt 2 left Y 2 2 Y 2 2 right nbsp d x 2 y 2 N 2 c x 2 y 2 2 r 2 1 2 Y 2 2 Y 2 2 displaystyle d x 2 y 2 N 2 c frac x 2 y 2 2r 2 frac 1 sqrt 2 left Y 2 2 Y 2 2 right nbsp 和 N 2 c 15 4 p 1 2 displaystyle N 2 c left frac 15 4 pi right 1 2 nbsp dz2 dxz dyz dxy dx2 y2 nbsp nbsp nbsp nbsp nbsp 能階交錯 编辑d軌域有能階交錯現象 例如 3d的能量似乎應該低於4s 而實際上E3d E4s 按能量最低原理 電子在進入核外電子層時 不是排完3p就排3d 而是先排4s 排完4s才排3d 性質 编辑d軌域在半填滿和全填滿時較穩定 因此 許多過渡金屬傾向於失去d軌域的電子直到其成為半填滿為止 如鐵 原價電子組態為3d64s2 失去s軌域後還會再放出1個d軌域電子 使其成為Fe3 組態為 3d5 此時d軌域半填滿 因此Fe3 較穩定 這也是為何Fe2 離子傾向於變成Fe3 離子的原因 週期表 编辑在周期表中 過渡金屬的價軌域是d軌域 除了內過渡金屬 另外 除了前三周期之外 大部分的非金屬的價殼層之d軌域是填滿的 d區元素 编辑主条目 d區元素 d區元素是指元素週期表中3族至12族的元素 這些元素其新增加的電子皆填入d軌域 故稱該區塊為d區 這些元素又被稱作過渡金屬 週期表中從第4週期開始的每個週期都各有10個d區元素 參考文獻 编辑引用 编辑 含有d轨道的杂化作用 化学键的共价键理论 现代价键理论 彭军 2012 01 28 原始内容存档于2015 04 02 中文 An example of dsp2 hybridization Chemical Bonding Multiple bonds d orbitals 2012 01 28 原始内容存档于2012 01 18 英语 书籍 编辑 曾國輝 原子結構 建宏出版社 台北市 1999 ISBN 957 724 801 2參見 编辑s軌域 p軌域 f軌域 原子軌域 d區元素 取自 https zh wikipedia org w index php title D軌域 amp oldid 77081136, 维基百科,wiki,书籍,书籍,图书馆,

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