원자는 광전자로 둘러싸인 무거운 핵으로 구성됩니다. 전자의 행동은 양자 역학의 규칙에 의해 좌우됩니다. 이러한 규칙은 전자가 궤도라는 특정 영역을 차지하도록 허용합니다. 원자의 상호 작용은 거의 배타적으로 가장 바깥 쪽 전자를 통해서 이루어 지므로 그 궤도의 모양이 매우 중요해집니다. 예를 들어, 원자가 서로 옆에있을 때 가장 바깥 쪽 궤도가 겹치면 강한 화학 결합을 만들 수 있습니다. 따라서 원자 상호 작용을 이해하려면 궤도의 모양에 대한 지식이 중요합니다.
양자 수와 궤도
물리학 자들은 원자에서 전자의 특성을 설명하기 위해 속기를 사용하는 것이 편리하다는 것을 발견했습니다. 속기는 양자 수에 관한 것입니다. 이 숫자는 분수가 아닌 정수일 수 있습니다. 주요 양자 수 n은 전자의 에너지와 관련이 있습니다. 궤도 양자 수 l과 각운동량 양자 수 m이 있습니다. 다른 양자 수가 있지만 궤도의 모양과 직접적인 관련이 없습니다. 궤도는 핵 주위의 경로라는 의미에서 궤도가 아닙니다. 대신 전자가 가장 많이 발견되는 위치를 나타냅니다.
S 궤도
n의 각 값에 대해 l과 m이 모두 0 인 하나의 궤도가 있습니다. 그 궤도는 구체입니다. n의 값이 클수록 구가 커집니다. 즉, 전자가 핵에서 더 멀리 떨어져있을 가능성이 높습니다. 구는 전체적으로 똑같이 조밀하지 않습니다. 그들은 중첩 된 껍질과 더 비슷합니다. 역사적 이유로이를 s 궤도라고합니다. 양자 역학의 규칙으로 인해 n = 1 인 가장 낮은 에너지 전자는 l과 m이 모두 0이어야하므로 n = 1에 대해 존재하는 유일한 오비탈은 s 오비탈입니다. s 궤도는 n의 다른 모든 값에 대해서도 존재합니다.
P 궤도
n이 1보다 크면 더 많은 가능성이 열립니다. 궤도 양자 수인 L은 n-1까지의 값을 가질 수 있습니다. l이 1이면 궤도를 p 궤도라고합니다. P 궤도는 덤벨처럼 보입니다. 각 l에 대해 m은 1 단계로 양수에서 음수 l로 이동합니다. 따라서 n = 2, l = 1 인 경우 m은 1, 0 또는 -1과 같을 수 있습니다. 즉, p 궤도에는 세 가지 버전이 있습니다. 하나는 덤벨이 위아래로, 다른 하나는 덤벨이 왼쪽에서 오른쪽으로, 다른 하나는 덤벨이 서로 직각을 이룹니다. P 궤도는 1보다 큰 모든 주요 양자 수에 대해 존재하지만 n이 높아질수록 추가 구조를 갖습니다.
D 궤도
n = 3이면 l은 2와 같고, l = 2이면 m은 2, 1, 0, -1, -2와 같을 수 있습니다. l = 2 궤도는 d 궤도라고하며 m의 다른 값에 해당하는 5 개의 다른 궤도가 있습니다. n = 3, l = 2, m = 0 궤도도 덤벨처럼 보이지만 중앙에 도넛이 있습니다. 다른 4 개의 d 궤도는 정사각형 패턴으로 끝이 쌓인 4 개의 알처럼 보입니다. 다른 버전에는 다른 방향을 가리키는 계란이 있습니다.
F 궤도
n = 4, l = 3 궤도는 f 궤도라고하며 설명하기 어렵습니다. 여러 복잡한 기능이 있습니다. 예를 들어, n = 4, l = 3, m = 0; m = 1; m = -1 궤도는 다시 덤벨 모양이지만 이제는 바벨 끝 사이에 두 개의 도넛이 있습니다. 다른 m 값은 모든 매듭이 중앙에 묶인 8 개의 풍선 묶음처럼 보입니다.
시각화
전자 궤도를 관리하는 수학은 매우 복잡하지만 다양한 궤도를 그래픽으로 구현하는 많은 온라인 리소스가 있습니다. 이러한 도구는 원자 주변의 전자 행동을 시각화하는 데 매우 유용합니다.