[物化]量子論與電子軌道

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嗨嗨嗨~這裡是換了新手機還不能習慣的阿新(快哭出來了，這行字我改了三次，SONY真的好大一台)今天我是來還債的OWO還我上次欠給大家的一個東西~量子論。 你要說量子論是物理，他是物理沒錯，但你也可以說他是化學，畢竟他有一部分牽扯到了原子軌道。那今天這篇文的主題是專門留給物理化學(化學系四大類之一)，所以我只講原子軌道，但是講完原子論(學士+一些碩士課程)後，會講對於理組而言，以後會碰到的原子軌域SPDF(聽說高三好像有就是了)。然後就是，因為我的筆記本不見了(快哭死了QWQ)所以這裡的東西都是我自己腦袋裡的東西，如果有誤不話，也請不吝嗇賜教 ▼前幾篇文章 https://meteor.today/article/share/588ebd98fceabd9b62a0934d?ref=android https://meteor.today/article/share/58902d2696272c8e7a10276c?ref=android https://meteor.today/article/share/587b73a678bc741e50d29670?ref=android https://meteor.today/article/share/589205d0b23a726540f78488?ref=android -------------------------正文------------------------- ★拉塞福的理論 相信大家都對歐內斯特拉塞福(Ernest Rutherford)很耳熟，我們先從他的理論下手來看，拉塞福的α粒子射金實驗，讓他提出了一個電子軌域相關的理論——行星繞日模型，行星繞日模型即是電子在同一個軌道上面運行，並且用單純物理學上的簡諧運動(Simple Harmonic Motion)計算出了以下的公式(請參考高二物理B，簡諧運動): http://i.imgur.com/69bFLlC.jpg (對了，這張圖的紅字，R²那邊的分母中前面有一個4ε，我忘記寫了QWQ)由於拉塞福是假設於真空時所做的實驗，因此他增加了4ε作為調整，其中ε是真空界電常數。 但我們都知道，他的理論是錯的，並且由波爾先生推翻，他的理論錯在了:如果這是對的，根據馬克士威理論(Maxwell Theory)電子繞行軌道時就會發出電磁波，這樣能量就不會守恆，因此電子就會向原子核坍塌(異性電相吸)，而且拉塞福假設的是以氫原子(或是單電子)來做前提，更何況是更多電子的原子呢？因此，波爾就出來反駁了 ★波爾的理論 尼爾斯·亨里克·達維德·波耳(Niels Henrik David Bohr)首先證明了拉塞福的錯誤(請注意！上面那些都只是理論，真正的證明沒人去做)，以拉塞福的理論而言，如果電子耀遷為第一激發態並且回到基態的話，放出來的能量必定相同(recall:高一物理)，因此他去檢測它的光譜。 http://i.imgur.com/8HtgeBv.jpg 理論上來說，偵測到的光譜一定會是帶狀光譜，但是他所得到的卻是比較偏向明線光譜，因此推斷拉塞福是錯的。所以波爾提出了他的理論，也就是我們高一物理所學的波爾模型(如果你高一有上課的話OWO)不過提出的當時，很少人理他的樣子，因為他只是高中教師，他的理論如下: ↓首先，是他提出的軌道的樣子 http://i.imgur.com/cbdifPs.jpg ↓再來是公式 http://i.imgur.com/TghpZrk.jpg 他所設定的條件是必須要使整個電子能夠存留在單軌道定態而不放出輻射，因此可以符合Maxwell的理論，但這也僅只限於單元子軌道(而且在後來也曾經被Alfred Fowler修正公式，因為當時波爾所使用的計算質R與當代準確值相差了萬分之五)，因此就出現了第三個人的理論，也就是薛丁格。不過現今公認的原子軌道還是依行波爾就是了。 ★薛丁格的修正 薛丁格除了提出那隻貓(改天再來寫薛丁格)之外，也額外的提出了薛丁格方程式(Schrödinger equation)，但是這裡不會提太多他，最主要的原因是，我覺得這應該額外和薛丁格的貓寫一篇文章，加上這也在碩士範圍的臨界點(其實只是懶得今天寫xD)不過可以先講一下，薛丁格提出的方程式，加入了兩個變數: ①原子軌道，因為原子的分佈是一個機率波，所以他加入了一個n，來調整機率(但這也是為什麼這方程式有瑕疵) ②時間，這點他考慮的很好，他個人也額外分出了含時與不含時方程式(下次再介紹吧OWO) OVERALL:加入的變數有~真空界電值，軌道分佈，時間變化。 ★波爾軌道的衍升(SPDF) 有點不想介紹，而且快沒時間了QWQ，但還是快速介紹好了。 是否有人好奇過，為什麼明明每個軌道可填入電子數是2n²，卻會出現2, 8, 8, 2的情況？那是因為波爾的原子軌道告訴我們，組成軌道是SPDF，而不是單純一個軌道而已。對於軌道而言，每個電子可以填入SPDF，但是S只能填入2個電子，P只能填入6個電子D則是10個F是14個。因此第一軌道:2*1²=2，只能填入兩個，因此只容許S軌道出現。第二軌道是8個，只容許SP(2+6)軌道，第三軌道是18個，有SPD軌道存在，第四個有SPDF存在，以此計算，另外有Spin up和Spin down，這又是以後的事了。 http://i.imgur.com/zCuu6g3.jpg 而能量是F>D>P>S，由於自然界需要符合最低能量，最大亂度，因此電子再填到第四軌道的時候就會跳到「5S2」這個選項(因為前面已經填入了SSPSPDS，一共20個電子，如果接下來填的是P軌域，那能力就會高於S軌域，因此電子會選擇先填S軌域)。 今天的文就到此為止，謝謝你們看到這邊，如果你喜歡這篇文章，也請留言告訴我，你們的支持，是我寫文的動力，如果有任何疑問的話，也歡迎留言問我，如果有任何地方有誤也歡迎指正，那我們明天見！ PS. 請幫我選明天要寫什麼吧！ [數學]各種證明方法 [地科]洛希 [物理]特論薛丁格 　   　    Λ___Λ 　   　  (・∀・) 　|￣￣￣￣￣￣￣￣| _0 日更第四天紀念！ ０ ／|＿＿＿＿＿＿＿＿|＼