原子軌道 3D ビューア
このシミュレーションの式
| n | 主量子数 | 殻: ここでは 1, 2, 3, 4; エネルギーと大きさを決める | |
|---|---|---|---|
| Z | 核電荷 Z (水素は 1; 電子 1 個のイオンではそれ以上) | 電子が 1 個なら、エネルギーは l によらず n だけで決まる | |
| E | 軌道のエネルギー | ゼロは電子が原子核から完全に離れた状態; 水素の 1s は −13.6 eV |
現在の値を入れると：
| l | 方位量子数 (角運動量量子数) | 0 = s, 1 = p, 2 = d, 3 = f; 形を決める | |
|---|---|---|---|
| m_l | 磁気量子数 | −l から +l まで; 表示している x, y, z の実数軌道は +m と −m の組み合わせなので、決まっているのは |m_l| だけ | |
| 節 | 電子が決して見つからない面 | 動径節は球面、角度節は原子核を通る平面または円錐; 合計 n − 1 個 |
現在の値を入れると：
| P(r) | 動径分布 | あらゆる方向について、距離 r に電子を見つける確率; グラフはこれを描く | |
|---|---|---|---|
| a₀ | ボーア半径 | 52.9 pm、水素の 1s 電子が最も見つかりやすい距離 | |
| r_mp | 最も確からしい距離 | P(r) の最も高いピーク |
現在の値を入れると：
| ⟨r⟩ | 原子核からの平均距離 | 測定位置の移動平均がこの値に落ち着く |
|---|
現在の値を入れると：
| 電子配置 | 電子配置を表示する元素 (原子番号) | 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p の順に、各副殻ではフントの規則に従い、クロムや銅などの既知の例外も含めて埋める |
|---|
現在の値を入れると：
原子軌道 3D ビューアの使い方
- 軌道を選びます。雲の各点は電子が見つかる可能性のある場所で、水素の波動関数から描いているため、電子が見つかりやすい所では雲が濃く、見つかりにくい所では薄くなります。青とオレンジは波動関数の符号 (位相) を表し、軌道が重なって結合を作るときに重要になります。
- 「手前半分を切り取って内部を見る」にチェックしてください: 2s、3s、4s 軌道には球形の節、つまり電子が決して見つからない殻が隠れていて、動径分布のグラフではピークの間のすき間として現れます。白い光は電子の位置の 1 回の測定です。時間変化のグラフには測定した距離とその移動平均が表示され、移動平均は ⟨r⟩ に落ち着きます。
- 核電荷を上げると、He⁺ や Li²⁺ のような電子 1 個のイオンで軌道が 1 ÷ Z に比例して縮むのが見えます。元素のスライダーを動かすと、キセノンまでの任意の元素の電子配置と、フントの規則による不対電子の数が表示されます。ボーアの原子模型シミュレーター では、古い惑星型の模型とスペクトル線を見られます。
よくある質問
原子軌道とは何ですか?
原子の中で電子がどこに見つかりやすいかを表す波動関数です。その 2 乗が確率密度になるので、軌道は道筋ではなく確率の雲です。1 つの軌道には逆向きのスピンをもつ電子が最大 2 個入ります。形は量子数で決まり、n が大きさとエネルギー、l が形 (s, p, d, f)、m_l が向きを決めます。
p 軌道にはなぜ 2 つのローブがあるのですか?
p 軌道の角度部分は x、y、z のどれかに比例し、原子核の片側で正、反対側で負、その間の平面でゼロになります。この平面が角度節です。2 つのローブは位相が逆で、ここでは青とオレンジで示しています。電子はどちらのローブにも同じ確率で見つかり、節面上には決して見つかりません。
動径節と角度節とは何ですか?
波動関数がゼロになる面です。軌道には合計 n − 1 個の節があり、l 個の角度節 (原子核を通る平面や円錐) と n − l − 1 個の動径節 (球面) からなります。1s には節がなく、2s は球面が 1 つ、2p は平面が 1 つ、3d は角度節が 2 つ、4f は 3 つです。
なぜ 4s は 3d より先に埋まるのですか?
多電子原子では内側の電子が原子核を遮へいし、原子核のすぐ近くにも入り込む s 電子は d 電子より遮へいされにくくなります。そのためカリウムとカルシウムでは 4s が 3d よりわずかに低くなります。3d が埋まり始めると再び 4s より低くなるので、遷移金属はイオンになるときにまず 4s 電子を失い、クロムと銅は 3d⁵ 4s¹ と 3d¹⁰ 4s¹ になります。
WebGL が無効と表示されます。
3D 表示には WebGL が必要で、現行のブラウザはすべて対応しています。ブラウザ設定でハードウェアアクセラレーションが無効になっているか、グラフィックドライバーが非常に古いと無効になることがあります。ハードウェアアクセラレーションを有効にするか、別のブラウザをお試しください。
何かアップロードされますか？
いいえ。シミュレーションはお使いのブラウザが WebGL で描画しています。どこにも送信されず、ページを一度読み込めばオフラインでも動きます。