g轨道

在化学与原子物理学中，g轨道（英语：g orbital）是一种原子轨道，其角量子数为4，其磁量子数可以为0、±1、±2、±3、±4，且每个壳层里中有9个g轨道，g_{_z⁴}、g_{_xz³}、g_{_yz³}、g_{_xyz²}、g_{_z²(x²-y²)}、g_{_x³z}、g_{_y³z}、g_{_x⁴+y⁴}、g_{_xy(x²-y²)}^[1]，有三种形状，且方向不同，每个可以容纳2个电子，因此，g轨道共可以容纳18个电子。

由于目前尚未发现第八周期元素，因此在已知的元素中，g轨道只存在于激发态的原子中。

命名

g轨道的 g 是来自f轨道的f的下一个字母 g。^[2]

结构

g轨道从主量子数n=5时开始出现，由于主量子数不能小于5，因此最小的g轨道是5g轨道，且不存在1g、2g、3g和4g轨道。当角量子数=5时，对应于9个磁量子数：4、3、2、1、0、-1、-2、-3、-4。每个壳层皆有9个g轨道，分别为g_{_z⁴}、g_{_xz³}、g_{_yz³}、g_{_xyz²}、g_{_z²(x²-y²)}、g_{_x³z}、g_{_y³z}、g_{_x⁴+y⁴}、g_{_xy(x²-y²)}，有三种形状，其中磁量子数m = ±1或±4时（g_{_xz³}、g_{_yz³}、g_{_x⁴+y⁴}、g_{_xy(x²-y²)}）形状相同但方向不同为八片豆子形；磁量子数m = ±2或±3时（g_{_xyz²}、g_{_z²(x²-y²)}、g_{_x³z}、g_{_y³z}）形状相同但方向不同为为十二叶哑铃形；而磁量子数m = 0时（g_{_z⁴}）的形状较特别，类似于d_{_z²}轨道，但中间的环的上下多了一个类似碗的形状，其开口朝向上下的哑铃形。

g区元素

g区元素是指元素周期表中新增加的电子是填在g轨道上的元素。这一区的所有元素目前均尚未被发现。预测周期表中从第8周期开始的每个周期都各将有18个g区元素。

g之后的轨道

g之后的轨道目前尚未观测到，但根据计算结果是有可能存在的。其命名则依字母顺序命名，除了不与s轨道和p轨道的s、p重复之外，另外还跳过j这个字母^[2](由于某些语言不分i与j)，因此没有任何轨道会以“j轨道”来命名。

h轨道

h_{_z⁵}轨道模型，比g_{_z⁴}多了一个环。

目前还没有发现h轨道 ，但根据现有理论，h轨道（英语：h orbital）是一种原子轨道，其角量子数为5，其磁量子数可以为0、±1、±2、±3、±4、±5，且每个壳层里中有11个h轨道，其形状可由薛定谔方程式来预测。

具有最高能量的电子是填在h轨道上的元素称为h区元素，位于第九周期之后，许多目前的物理模型都崩溃了或不适用，因此可能无法存在。

i轨道

目前还没有发现i轨道 ，但根据现有理论，i轨道（英语：i orbital）是一种原子轨道，其角量子数为6，其磁量子数可以为0、±1、±2、±3、±4、±5、±6，且每个壳层里中有13个i轨道，其形状可由薛定谔方程式来预测。

i轨道从主量子数n=7时开始出现，由于主量子数不能小于7，因此最小的f轨道是7i轨道，但由于能级交错，会从第9周期或第10周期后才开始填入，根据Pyykkö模型，其原子序将超过173，当前考虑到核电荷分布之有限延伸的计算，结果约等于173（unseptrium），非离子原子所属的元素可能仅限于等于或低于这个结果^[3]

玻尔模型在原子序达到137之后会有问题，因为在1s原子轨道中的电子的速度v计算如下：

v=Z\alpha c\approx {\frac {Zc}{137.036}}

当中Z是原子序，α是描述电磁力强度的精细结构常数。^[4]如此一来，任何原子序高于137的元素的1s轨道电子将会以高于光速c运行，物理上不可能。因此任何不建基于相对论的理论（如波尔模型）不足以处理这种计算。

半相对论的狄拉克方程式在原子序大于Uts时也会发生问题，因为基态能级为：

E=m_{0}c^{2}{\sqrt {1-Z^{2}\alpha ^{2}}}

当中m₀是电子的静质量。而当原子序大于137，狄拉克基态的波函数是震荡的，并且正能谱与负能谱之间没有间隙，正如克莱因悖论（英语：Klein paradox）所言。^[5]理查德·费曼（Richard Feynman）指出了这效应。

然而，现实的计算已考虑到了核电荷分布的有限延伸。约等于173（Unseptrium）的临界的Z使得非离子原子所属的元素可能仅限于等于或低于这个结果，因此，电子可能无法填至i轨道，因此i轨道有可能根本不存在。

k轨道

k轨道是根据轨道命名规则照字母顺序跳过“j”^[2]^[6]所得到的轨道名称，因此当角量子数为7时，不会是j轨道，而是k轨道，由于i轨道可能不存在，因此，k轨道仅是原子轨道模型的理论值。

参见

参考文献

^ Chemical-Bonding-and-Organic-Chemistry. docstoc.com. [2013-05-26].
^ ^2.0 ^2.1 ^2.2 Griffiths, David. Introduction to Quantum Mechanics. Prentice Hall. 1995: 190–191. ISBN 0-13-124405-1.
^ Walter Greiner and Stefan Schramm, Am. J. Phys. 76, 509 (2008), and references therein.
^ See for example R. Eisberg and R. Resnick, Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei and Particles, Wiley (New York: 1985).
^ James D. Bjorken and Sidney D. Drell, Relativistic Quantum Mechanics, McGraw-Hill (New York:1964).
^ Levine, Ira. Quantum Chemistry 5. Prentice Hall. 2000: 144–145. ISBN 0-13-685512-1.

曾国辉《原子结构》建宏出版社台北市 1999 ISBN 957-724-801-2

[1] Chemical-Bonding-and-Organic-Chemistry. docstoc.com. [2013-05-26].

[Introduction-2] 2.0 ^2.1 ^2.2 Griffiths, David. Introduction to Quantum Mechanics. Prentice Hall. 1995: 190–191. ISBN 0-13-124405-1.

[Greiner-3] Walter Greiner and Stefan Schramm, Am. J. Phys. 76, 509 (2008), and references therein.

[4] See for example R. Eisberg and R. Resnick, Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei and Particles, Wiley (New York: 1985).

[5] James D. Bjorken and Sidney D. Drell, Relativistic Quantum Mechanics, McGraw-Hill (New York:1964).

[Quantum_Chemistry-6] Levine, Ira. Quantum Chemistry 5. Prentice Hall. 2000: 144–145. ISBN 0-13-685512-1.

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