g軌域

在化學與原子物理學中，g軌域（英語：g orbital）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，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。

5g軌域的立體模型

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。^[2]

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)，有三種形狀，其中磁量子數m = ±1或±4時（g_xz³、g_yz³、g_x⁴+y⁴、g_xy(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（g_xyz²、g_z²(x²-y²)、g_x³z、g_y³z）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（g_z⁴）的形狀較特別，類似於d_z²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

主條目：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^[2](由於某些語言不分i與j)，因此沒有任何軌域會以「j軌域」來命名。

h軌域

h_z⁵軌域模型，比g_z⁴多了一個環。

目前還沒有發現h軌域 ，但根據現有理論，h軌域（英語：h orbital）是一種原子軌域，其角量子數為5，其磁量子數可以為0、±1、±2、±3、±4、±5，且每個殼層裡中有11個h軌域，其形狀可由薛丁格方程式來預測。

具有最高能量的電子是填在h軌域上的元素稱為h區元素，位於第九週期之後，許多目前的物理模型都崩潰了或不適用，因此可能無法存在。

i軌域

目前還沒有發現i軌域 ，但根據現有理論，i軌域（英語：i orbital）是一種原子軌域，其角量子數為6，其磁量子數可以為0、±1、±2、±3、±4、±5、±6，且每個殼層裡中有13個i軌域，其形狀可由薛丁格方程式來預測。

i軌域從主量子數n=7時開始出現，由於主量子數不能小於7，因此最小的f軌域是7i軌域，但由於能階交錯，會從第9週期或第10週期後才開始填入，根據Pyykkö模型，其原子序將超過173，當前考慮到核電荷分佈之有限延伸的計算，結果約等於173（unseptrium），非離子原子所屬的元素可能僅限於等於或低於這個結果^[3]

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：

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

當中Z是原子序，α是描述電磁力強度的精細結構常數。^[4]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：

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

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，正如克萊因悖論（英語：Klein paradox）所言。^[5]理察·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」^[2][6]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

• s軌域
• p軌域
• d軌域
• f軌域
• 原子軌域
• g區元素

參考文獻

1. Chemical-Bonding-and-Organic-Chemistry. docstoc.com. [2013-05-26].
2. Griffiths, David. Introduction to Quantum Mechanics. Prentice Hall. 1995: 190–191. ISBN 0-13-124405-1.
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).
6. Levine, Ira. Quantum Chemistry 5. Prentice Hall. 2000: 144–145. ISBN 0-13-685512-1.

• 曾國輝《原子結構》建宏出版社 台北市 1999 ISBN 957-724-801-2