在化學與原子物理學中,g軌域()是一種原子軌域,其角量子數為4,其磁量子數可以為0、±1、±2、±3、±4,且每個殼層裡中有9個g軌域,gz4、gxz3、gyz3、gxyz2、gz2(x2-y2)、gx3z、gy3z、gx4+y4、gxy(x2-y2),有三種形狀,且方向不同,每個可以容納2個電子,因此,g軌域共可以容納18個電子。
由於目前尚未發現第八週期元素,因此在已知的元素中,g軌域只存在於激發態的原子中。
命名
g軌域的 g 是來自f軌域的f的下一個字母g。
結構
g軌域從主量子數n=5時開始出現,由於主量子數不能小於5,因此最小的g軌域是5g軌域,且不存在1g、2g、3g和4g軌域。當角量子數=5時,對應於9個磁量子數:4、3、2、1、0、-1、-2、-3、-4。每個殼層皆有9個g軌域,分別為gz4、gxz3、gyz3、gxyz2、gz2(x2-y2)、gx3z、gy3z、gx4+y4、gxy(x2-y2),有三種形狀,其中磁量子數m = ±1或±4時(gxz3、gyz3、gx4+y4、gxy(x2-y2))形狀相同但方向不同為八片豆子形;磁量子數m = ±2或±3時(gxyz2、gz2(x2-y2)、gx3z、gy3z)形狀相同但方向不同為為十二葉啞鈴形;而磁量子數m = 0時(gz4)的形狀較特別,類似於dz2軌域,但中間的環的上下多了一個類似碗的形狀,其開口朝向上下的啞鈴形。
g區元素
g區元素是指元素週期表中新增加的電子是填在g軌域上的元素。這一區的所有元素目前均尚未被發現。預測週期表中從第8週期開始的每個週期都各將有18個g區元素。
g之後的軌域
g之後的軌域目前尚未觀測到,但根據計算結果是有可能存在的。其命名則依字母順序命名,除了不與s軌域和p軌域的s、p重複之外,另外還跳過j這個字母
玻爾模型在原子序達到137之後會有問題,因爲在1s原子軌域中的電子的速度v計算如下:
:v = Z \alpha c \approx \frac{Z c}{137.036}
當中Z是原子序,α是描述電磁力強度的精細結構常數。如此一來,任何原子序高於137的元素的1s軌域電子將會以高於光速c運行,物理上不可能。因此任何不建基於相對論的理論(如波爾模型)不足以處理這種計算。
半相對論的狄拉克方程式在原子序大於Uts時也會發生問題,因爲基態能階為:
:E=m_0 c^2 \sqrt{1-Z^2 \alpha^2}
當中m0是電子的靜質量。而當原子序大於137,狄拉克基態的波函數是震蕩的,並且正能譜與負能譜之間沒有間隙,正如所言。理查德·費曼(Richard Feynman)指出了這效應。
然而,現實的計算已考慮到了核電荷分佈的有限延伸。約等於173(Unseptrium)的臨界的Z使得非離子原子所屬的元素可能僅限於等於或低於這個結果,因此,電子可能無法填至i軌域,因此i軌域有可能根本不存在。
k軌域
k軌域是根據軌域命名規則照字母順序跳過「j」所得到的軌域名稱,因此當角量子數為7時,不會是j軌域,而是k軌域,由於i軌域可能不存在,因此,k軌域僅是原子軌域模型的理論值。
參見
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*原子軌域
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參考文獻
*曾國輝《原子結構》建宏出版社 台北市 1999 ISBN 957-724-801-2
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