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4f軌域的立體模型

化學原子物理學中,f軌域英语:f orbital)是一種原子軌域,其角量子數為3,其磁量子數可以為0、±1、±2、±3,且每個殼層裡中有七個f軌域,fz3、fxz2、fyz2、fxyz、fz(x2-y2)、fx(x2-3y2)、fy(3x2-y2),有三種形狀,且方向不同,每個可以容納2個電子,因此,f軌域共可以容納14個電子。

f軌域是錒系元素和鑭系元素的價軌域,較不常見,只從第6周期開始出現,由於能階交錯,第六週期s軌域填滿後就直接先填f軌域了。

目录

命名编辑

f軌域的 f 是指 fundamental ,其為「基系光譜」之意

結構编辑

 
f軌域同樣存在波節,藍色和黃色間空隙即為波節。

f軌域從主量子數n=4時開始出現,由於主量子數不能小於4,因此最小的f軌域是4f軌域,且不存在1f、2f和3f軌域。當角量子數=4時,對應於7個磁量子數:3、2、1、0、-1、-2、-3。每個殼層皆有7個f軌域,分別為fz3、fxz2、fyz2、fxyz、fz(x2-y2)、fx(x2-3y2)、fy(3x2-y2),有三種形狀,其中磁量子數m = ±1或±3時(fxz2、fyz2、fx(x2-3y2)、fy(3x2-y2))形狀相同但方向不同為豆子形;磁量子數m = ±2時(fxyz、fz(x2-y2))形狀相同但方向不同,為八啞鈴形;而磁量子數m = 0時,fz3軌域是七個f軌域中形狀較特別的一個,類似於d軌域的dz2,但多了一個環。

電子波编辑

七個f軌域的角量子數ℓ皆為3。f軌域的三次諧波經常表示為:

 

的f軌道角部分的三次諧波為 。在許多情況下,球狀諧波選擇不同的線性組合構建三次f軌域的基組。

 
 
 
 
 
 
 

 
fz3 fxz2 fyz2 fxyz fz(x2-y2) fx(x2-3y2) fy(3x2-y2)
             

f軌域编辑

由於d軌域與f軌域的能量非常接近,因此有時會有f軌域還沒填滿但先填入了d軌域的情形,例如會先在d軌域中填2顆電子再繼續填f軌域。

f區元素编辑

f區元素是指這些元素中具有最高能量的電子是填在f軌域上的,符合此性質的是元素週期表中的鑭系元素和錒系元素。這一區中同周期的元素之間的性質差別很小,這一點在鑭系各元素中表現得很明顯。

參見编辑

參考文獻编辑