原子軌道とハイブリッド軌道

シュレーディンガー、ハイゼンベルグ、ポール・ディアックが提唱した新しい理論では、分子の結合を新しい方法で理解することができるのだ。量子力学は、彼らの発見によって生まれたものだ。電子には粒子と波の性質があることを発見したのだ。これをもとにシュレーディンガーは、電子のゆらぎを発見するための方程式を開発し、ゆらぎ方程式と波動関数を提唱した。波動関数（Ψ）は、電子のさまざまな状態に対応する。

原子軌道

シュレーディンガーがこの理論を提唱した後、マックス・ボルンが2乗波動関数（Ψ2）の物理的意味を指摘した。ボルンによれば、Ψ2は特定の場所に電子が存在する確率を示す。つまり、ψ2の値が大きければ、この空間に電子が見つかる確率が高くなる。そのため、空間内には高い確率で電子が存在する。逆にΨ2が低ければ、そこにある電子の確率密度は低い。Ψ2をx、y、z軸にプロットすると、これらの確率はs、p、d、f軌道の形をとっていることがわかる。これを原子軌道という。原子軌道とは、原子の中で電子が見つかる確率が高い空間の領域と定義できる。原子軌道は量子数で特徴付けられ、各原子軌道は反対のスピンを持つ2個の電子を保持することができる。例えば、電子のグループ分けを書くときに、1s2, 2s2, 2p6, 3s2と書く。1, 2, 3 ...n個の整数が量子数である。s軌道は球状で小さく、p軌道はダンベル状で2つのフラップがある。片方のフラップはポジティブ、もう片方はネガティブです。2枚のフラップが接する部分をノードと呼びます。x、y、zのような3つのp軌道があり、それらの軸が互いに垂直になるように空間に配置されています。形状の異なるd軌道が5個、f軌道が7個あります。まとめると、軌道上に存在しうる電子の総数は以下の通りです。

s-2軌道電子

P軌道 - 6個の電子

d軌道 - 10個の電子

f 軌道 - 14個の電子

ミックストラック

ハイブリダイゼーションとは、2つの非等価な原子軌道が混ざり合うことである。ハイブリッド化の結果、ハイブリッドオービタルが生まれる。s軌道、p軌道、d軌道が混在した混成軌道には様々な種類がある。例えば、CH4の場合、Cは基底状態で6個の電子を持ち、1s2 2s2 2p2の電子グループを持っています。励起されると、2sエネルギー準位の1個の電子が2pエネルギー準位に移動し、3個の3電子が生成される。そして、2s電子と3個の2p電子が混ざり合い、4個の等価なsp3混成軌道が形成される。同様に、sp2混成では3つの混成軌道が、sp混成では2つの混成軌道が形成される。生成される混成軌道の数は、混成軌道の和に等しい。