p軌道の電子について

質問

電子軌道について勉強しているのですが、わからないことがあったので質問させていただきます。

p軌道はアレイ型の軌道ですが、核の位置、すなわち∞（p軌道と考えてください）の中央の交点には電子が存在することはない、という記述がありました。

中央に電子が存在しないということは、電子が仮に右側の軌道にあったら、左側に移動することができない、逆もまた然りだとおもうのですが、どうでしょうか。そうしたら実際にはp軌道はアレイ型にはならないのではないかと思うのですが…。

電子軌道は電子の存在確率が90%以上（うろ覚え）の部分を模式的に表している、というのを聞いたことがあるのですがそれも関係しているのでしょうか？

回答No.3

anthracene · ベストアンサー

電子が古典力学的な粒子だと質問者さんのおっしゃる通りおかしいのですが、これは波の性質を考えると理解しやすいのではないでしょうか？
1次元箱型ポテンシャルの中の電子波（あるいは古典的な縄跳びなどの定在波でも良いですが）でも、量子数が上がると、p軌道の節と同じように振幅0の位置が発生しますね。
電子軌道の節も定在波にできる節と同じことです。

電子の位置は確率論でしか言えません。軌道が濃いところは、そこらへんに電子が居やすいということであり、節はいくら探しても絶対に電子が存在しないところです。
そして、確率の波（正確には確率に対応するのは軌道の絶対値の平方だが）をあらわしているのが電子軌道ですね。

電子軌道をどれくらいの確率のところまでプロットするかは、絵を描く人の勝手ですから、90％で描こうと50％で描こうとそれは自由です。
しかし、節の部分はもともと振幅0ですから、99％で描こうと99.9999％で描こうとそこに波の振幅は見えません。
もっと極端に１００％で描こうとすると、軌道は無限遠の広がりを持ちますが、たとえこの場合においてもやっぱり節の空間には電子軌道の振幅はありません。

お礼

返事が遅くなってしまい申し訳ありません。
なるほど、自分は電子は粒子であり、かつ波であるということを忘れていました。というかここで電子の波動性に関して全く意識していませんでした。
波であると考えるとなるほど、と納得がいきます。
非常に丁寧な説明をありがとうございました。

回答No.5

noname#160321

既に＃３，４のお答えが出ていますので、＃４ご引用のＨＰを見て下さい。
ただし、この引用例は「存在確率」ではなく位相のあるシュレーディンガー方程式の解そのものです。(赤と青で位相が逆、みどりは薄い部分で位相にかかわらず書いてありますね）
「存在確率」にすると二乗されたとき密度が強調されるとともに位相が消失してより∞に近い細長い形になります。

お礼

返事が遅くなってしまい申し訳ありません。
シュレーディンガーの方程式はまだ理解できていないのでなんとも言えないのですが、理解すればまた違った見方ができるのでしょうね。
もう少し勉強してまたわからないことがあったら質問させていただきます。どうもありがとうございました。

回答No.4

anthracene

付け足しますが、核の位置が節なのではありませんよ。
pz軌道なら、xy平面全体が節です。
仮に１００％でpz軌道をプロットしたら、xyz空間に無限に広がったもやが、xy平面ですぱっと真っ二つになっているような図形が見えるでしょう。
厳密に言ったらxy平面上だけが振幅０なので、本当にプロットしたら目で見ても分からない気もしますが、仮定の話ですからそれは良いということで。

http://www.op.titech.ac.jp/lab/Take-Ishi/html/ki/hg/chem03/hdfigs/wfs.html
実際にCGでプロットしている方がいますね。

回答No.2

mako_kou

そうですね、電子はとても軽いので、光が当たるとどこかに飛んでいってしまいます。だから、人間が見えるときにはどこかに飛んでいってしまった後なのです。だから、見えたところを記録してたくさんの記録でどこを通ったか予想するのです。

お礼

返事が遅くなってしまい申し訳ありません。
電子の位置を記録して大体の場所を予測する、という方法は確かに電子が存在確率が90%以上の部分を明示してくれると思います。実測の結果、現在知られているp軌道の形になったのですね。
どうもありがとうございました。

回答No.1

Tacosan

最後のところがおよそ正解で, あれは存在確率を表しているに過ぎません.
だから, 節のあたりは「何回見ても, 見当たらないなぁ」って感じ.