分子軌道と原子軌道の違い

分子軌道と原子軌道の大きな違いは、原子軌道が原子の中で電子が見つかる確率の高い位置を表すのに対し、分子軌道は分子の中で電子が見つかる可能性のある位置を表すことである...。

分子軌道と原子軌道の大きな違いは、原子軌道は原子の中で電子が存在する可能性が高い位置を表すのに対し、分子軌道は分子の中で電子が存在する可能性がある位置を表すことである。

シュレーディンガー、ハイゼンベルグ、ポール・ディラックが提唱した新しい理論を用いて、分子の結合を新しい方法で理解することができる。彼らの発見に量子力学が組み合わされると、電子が粒子と波の両方の性質を持つことが判明したのだ。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案した。波動関数（Ψ）は、電子のさまざまな状態に対応する。

カタログ

1. 概要と主な違い 2. 分子軌道とは 3. 原子軌道とは 4. 横並び比較 - 分子軌道と原子軌道の表形式 5. まとめ

分子軌道は何ですか？

原子が結合して分子を形成している。2つの原子が接近して分子を形成すると、原子軌道が重なり合って分子軌道を形成する。新たに形成される分子軌道の数は、結合した原子軌道の数と等しくなる。また、分子軌道は2つの原子核を取り囲んでおり、電子は両方の原子核の周りを移動することができる。原子軌道と同様に、分子軌道にも最大2個の逆スピン電子が存在する。

分子轨道(molecular orbital)和原子轨道(atomic orbital)的区别

図01：分子内の分子軌道

また、分子軌道には、結合分子軌道と反結合分子軌道の2種類がある。結合分子軌道は基底状態の電子を含み、反結合分子軌道は基底状態の電子を含まない。また、分子が励起状態にある場合、電子が反結合軌道を占有することがある。

げんしどうこうは何ですか？

シュレーディンガーの波動関数Ψ2乗の理論の後、マックス・ボルンが2乗の波動関数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見つかる確率を示し、Ψ2が大きな値であれば、この空間で電子が見つかる確率が高いということになる。そのため、空間内の電子の確率密度は大きい。しかし、Ψ2が低ければ、電子の確率密度は低い。Ψ2をx、y、z軸にプロットし、これらの確率をs、p、d、f軌道の形状で示したものである。これを原子軌道と呼ぶ。

図02：異なる原子軌道

さらに、原子の中で電子が見つかる確率が高い空間の領域を原子軌道と定義しています。この軌道を量子数で表すと、1つの原子軌道に2つの逆スピン電子を入れることができる。例えば、電子のグループ分けを書くとき、1s2, 2s2, 2p6, 3s2と書く。1, 2, 3 ...n個の整数が量子数である。軌道名の後の上付き文字は、その軌道にある電子の数を示す。s軌道は球形で小さく、P軌道は2つのローブがあるダンベル型である。ここでは、一方がプラス、もう一方がマイナスです。また、2つの葉が接しているところがノードです。例えばx、y、zの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。したがって、軌道上に存在できる電子の総数は次のようになります。

s軌道2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