2017-10

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≪ 返信: 誰が電子を見たか ALL Ghost Hound 神霊狩 ≫

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誰が電子をみたか 電子軌道の名前について

水素原子は量子力学的性質が最も顕著でそして基本的な系の一つでしょう。高校で習った電子軌道の理解は最終的には量子力学へいって完成されます。ところで電子軌道にK殻とかL殻とかありますが、何故中途半端な K や L から始まるの? 洋服のサイズはSから始まるから別にいいじゃないかとも思えますが、洋服は多分S=smallでL=largeですよね。Mはミドル?


それに軌道角運動量はS波とか、P波とか言われますが、これは何故? 地震でもSやPは出てきて

P=Primary (最初) 
S=Secondary (弟二)

の意味だそうですが、P波の振動が先に来ますから納得がいきます。 しかし量子力学のではS軌道はどう考えてもSecondaryに思えない、そしてそれを私は

S=Spherical (球)

だと思い込んでいました。授業でそう習ったかは記憶にありません。 まあS波の波動関数は球対称なので意味的にはこれは当然に思えます。でもPが思いつかない。 続きのD波ってのは更に理解不可能。それにアルファベット順にすらなっていません。 う~ん、何故だ。 

と唸っていると解答ありました。 石川教授(東工大)が解説していますから、ここでは繰り返しません。


さて水素原子の波動関数をグラフにしてみました。 単純に波動関数の二乗をプロットすると原点での値が大きすぎて全体の形が今一明確になりませんから、r2を掛けて描きました





上のプロット間違いではありませんが、rの二乗を掛けていることを忘れると、電子密度は原点ではゼロなのかと勘違いしますから注意してください。rの二乗を掛けたのは、rとr+Δr の間に挟まれた球面(θとφを一周まわして積分した領域)全体に存在する電子密度を表しています。つまり(rとr+drに挟まれた領域の)電子面密度です。 球面の面積はrの二乗で大きくなりますが、原点は一点なので、面積がゼロ。 よって上の図では電子面密度は原点でゼロですが、電子が原点には全くいないわけではありません。


先日描いた電子軌道の密度分布、私の趣味で凝った図を作ったんですが、あれを見て何か有益な情報が得られるようなものではありません。 今回は、もう少し見やすい図を作ってみました。
水素原子をx-z平面(y=0)で真っ二つに切ってその断面の電子密度分布をカラーで表現しました。赤い領域は密度が高いです。 

1S軌道
heydrogenatomfig (2)



2S軌道
heydrogenatomfig (3)


2P軌道heydrogenatomfig (4)

3P軌道heydrogenatomfig (5)


3D軌道heydrogenatomfig (6)

コメント

そうですか

まだ小さい軌道があるかも知れないから、アルファベットの最初の方(A~J)を
使わずに、取り合えずKくらいから始めておこうよという事でしょうか。 なんとなく頷けます。 昔の人は色々と先々の事を見越していたという事ですね。まあK殻から始めた事に関しては「心配しすぎ」ではあったわけですが・・・。


k殻から始まるのは、原子の軌道を定義した時に、まだまだ小さい軌道があるかもしれないという理由からだそうですよ。

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