4f軌道と5f軌道の違い

主な違い – 4f 軌道と 5f 軌道

原子は、電子に囲まれた陽子と中性子からなる原子核で構成されています。これらの電子は原子核の周りを絶え間なく動いています。したがって、原子内の電子の特定の位置を示すことはできません。電子の正確な位置を特定する代わりに、科学者は「確率」の概念を導入しました。つまり、電子が移動している可能性が最も高い経路が決定されます。この経路は軌道と呼ばれます。 s 軌道、p 軌道、d 軌道、f 軌道など、さまざまな軌道のサブセットがあります。各サブセット内の軌道の数は、磁気量子数によって決まります。 f 軌道の場合、7 つの可能な磁気量子数があるため、7 つの f 軌道があります。 4 f 軌道と 5 f 軌道は、f 軌道の最初のセットと 2 番目のセットです。 4f 軌道と 5f 軌道の主な違いは、4f 軌道には多数の平面と円錐ノードがありますが、放射状ノードがないのに対し、5f には多数の平面と円錐ノードがあり、各軌道には放射状ノードが 1 つあります。>

対象となる主な分野

1. 4f軌道とは
– 定義、7 つの軌道とそれらの相対的な類似性
2. 5f軌道とは
– 定義、7 つの軌道とそれらの相対的な類似性
3. 4f 軌道と 5f 軌道の類似点は何ですか
– 共通機能の概要
4. 4f 軌道と 5f 軌道の違いは何ですか
– 主な相違点の比較

重要な用語:原子、電子、ローブ、磁気量子数、ノード、核、軌道、確率、サブシェル

4f 軌道とは

4f 軌道は、4 電子殻 (エネルギー レベル) の 7 つの f 軌道です。 4f 軌道は、f 軌道の最初のサブセットです。これは、1、2、3 電子殻に f 軌道がないことを意味します。これは、以下の s、p、d、および f 軌道の表に示されています。

一連の 4f 軌道には 4 つの異なる形状があり、それぞれに多数の平面ノードと円錐ノードがあります。しかし、4f 軌道には放射状のノードがありません。 7 つの 4f 軌道は、軌道の平面に従って名前が付けられています。以下に、7 つの 4f 軌道を示します。

これらの軌道のうち、両方とも 4f_xyz と 4f_z(x2-y2) 軌道には 8 つのローブがあります。これらは、z 軸を中心に 45 回転することで相互に関連しています。つまり、他の要素は似ていますが、面では異なります。

残りの 7 つの軌道のうち、4f_y(3×2-y2) そして 4f_x(x2-3y2) 軌道は、z 軸を中心に 90 回転することによって相互に関連付けられます。各軌道には、60 度の角度を持つ 3 つの節面で区切られた 6 つのローブがあります。 4f_xz2 と 4f_yz2 軌道は 4f_y(3×2-y2) に似ているようです そして 4f_x(x2-3y2) 6つの平面の3つの節面が60度の角度で分離されていないため、軌道は異なります。これらの 4f_xz2 と 4f_yz2 軌道には、z 軸に「豆の形」の 6 つのローブのうちの 2 つがあります。一方、4f_xz2 軌道は 4f_xz2 と同様の軌道です と 4f_yz2 軌道ですが、「豆の形をした」ローブは x 軸にあります。 4f_yz2で 軌道、「豆の形をした」軌道は y 軸にあります。

5f 軌道とは

5f 軌道は、5 電子殻 (エネルギー レベル) の 7 つの f 軌道です。 5f 軌道は、f 軌道の 2 番目のサブセットです。これらの軌道は、軌道の平面に基づいて名前が付けられています。 7 つの軌道は次のとおりです。

図 1:7 つの異なる f 軌道

5f 軌道のセットには 4 つの異なる形状があり、それぞれに多数の平面ノードと円錐ノードがあります。各 5f 軌道には、放射状のノードも 1 つあります。

これらの軌道のうち、両方とも 5f_xyz と 5f_z(x2-y2) 軌道には 8 つのローブがあります。これらは、z 軸を中心に 45 回転することで相互に関連しています。つまり、他の要素は似ていますが、対象となる平面が異なります。

残りの7つの軌道のうち、5f_y(3×2-y2) と 5f_x(x2-3y2) 軌道は、z 軸を中心に 90 回転することによって相互に関連付けられます。各軌道には、60 度の角度を持つ 3 つの節面で区切られた 6 つのローブがあります。 5f_xz2 と 5f_yz2 軌道は 5f_y(3×2-y2) の軌道に似ている と 5f_x(x2-3y2) 軌道ですが、6つの平面の3つの節平面が60度の角度で分離されていないため、それらは異なります。これらの 5f_xz2 と 5f_yz2 軌道には、6 つのローブのうちの 2 つが「豆の形をした」ものもあります。一方、5f_xz2 軌道は 5f_xz2 と同様の軌道です と 5f_yz2 軌道ですが、「豆の形をした」ローブは x 軸上にあります。 5f_yz2で 軌道、「豆の形をした」軌道は y 軸にあります。

4f 軌道と 5f 軌道の類似点

• どちらもf軌道形式です。
• どちらも同じ平面上に似た形をしています。
• どちらも軌道の構造が複雑です。

4f 軌道と 5f 軌道の違い

定義

4f 軌道: 4f 軌道は、第 4 電子殻 (エネルギー レベル) の 7 つの f 軌道です。

5f軌道: 5f 軌道は、5 番目の電子殻 (エネルギー レベル) の 7 つの f 軌道です。

サブセット

4f 軌道: 4f 軌道は、f 軌道の最初のサブセットです。

5f軌道: 5f 軌道は、f 軌道の 2 番目のサブセットです。

ラジアル ノード

4f 軌道: 4f 軌道には多数の平面と円錐形のノードがありますが、放射状のノードはありません。

5f軌道: 5f 軌道には多数の平面と円錐形のノードがあり、各 5f 軌道には放射状のノードもあります。

サイズ

4f 軌道: 4f 軌道は 5f 軌道よりも小さいです。

5f軌道: 5f 軌道は 4f 軌道より大きい。

結論

原子は、電子殻内にさまざまな形の軌道 (s 軌道、p 軌道、d 軌道、f 軌道) で構成されています。 f 軌道の追加は、4 電子殻 (エネルギー準位) から始まります。 4f 軌道と 5f 軌道の主な違いは、4f 軌道には多数の平面と円錐ノードがありますが、放射状ノードがないのに対し、5f には多数の平面と円錐ノードがあり、各軌道にも放射状ノードが 1 つあります。

参照:

1.マーク・J・ウィンター。 「原子軌道：4f（ジェネラルセット）」オービトロン:原子軌道と分子軌道のギャラリー、2015 年 7 月 12 日、こちらから入手可能。
2.マーク・J・ウィンター。 「原子軌道：5f（ジェネラルセット）」オービトロン:原子軌道と分子軌道のギャラリー、2015 年 7 月 12 日、こちらから入手可能。

画像提供:

1. Geek3 による「F orbitals m」 – Commons Wikimedia による自身の作品 (CC BY-SA 3.0)