查看“︁D軌域”︁的源代码

<!--{{DISPLAYTITLE:{{Lan|zh-hans=d轨道|zh-hant=d軌域}}}}-->
{{noteTA
|T = zh:d軌域; zh-hans:d轨道; zh-hant:d軌域;
|1 = zh-hans:轨道; zh-hant:軌域;
|2 = zh-hans:杂化; zh-hant:混成;
|3 = zh-hans:能级; zh-hant:能階;
|G1 = Chemistry
}}
<div class="thumb tright"><div class="thumbinner" style="width :310px;">
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|}<div class="thumbcaption">由上而下為3d、4d、5d、6d軌域的立體模型<div class="magnify">[[File:Magnify-clip.png|15px|放大|link=原子軌域]]</div></div></div></div>

在[[化學]]與[[原子物理學]]中，'''d軌域'''（{{lang-en|d orbital}}）是一種[[原子軌域]]，其[[角量子數]]為2，[[磁量子數]]可以為0、±1、±2，且每個[[電子殼層|殼層]]裡有五個d軌域，共可容下10個電子。

d軌域是很常見的軌域，大部分的[[過渡金屬]]的[[價電子|價]]軌域都是d軌域，在同一個[[主量子數]]中，d軌域是[[能量]]第三低的軌域，比s軌域與p軌域來的高，由於[[能階交錯]]，若以週期的角度來看，[[第四週期|第4]]、[[第五週期|5週期]]中，在[[價電子|價]][[電子殼層|殼層]]中的d軌域能量很低，僅次於同一個價殼層中的s軌域。但[[第六週期]]出現能量更低的[[f軌域]]。

另外，d軌域可以和[[s軌域]]與[[p軌域]]發生[[混成]]形成[[dsp杂化|dsp混成軌域]]<ref>{{cite web
 |publisher = 彭军
 |title = 含有d轨道的杂化作用
 |work = 化学键的共价键理论：现代价键理论
 |accessdate = 2012-01-28
 |language = zh
 |url = http://media.openonline.com.cn/media_file/rm/dongshi2004/gaodengwujihuaxue/content/pc2/2-2-2-3.htm
 |archive-date = 2015-04-02
 |archive-url = https://web.archive.org/web/20150402123243/http://media.openonline.com.cn/media_file/rm/dongshi2004/gaodengwujihuaxue/content/pc2/2-2-2-3.htm
 |dead-url = no
 }}</ref><ref>{{cite web
 |title        = An example of dsp<sup>2</sup> hybridization
 |work         = Chemical Bonding: Multiple bonds, d orbitals
 |accessdate   = 2012-01-28
 |language     = en
 |url          = http://www.chem1.com/acad/webtext/chembond/cb07.html#3C
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 |archive-date = 2012-01-18
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}}</ref>。

== 命名 ==
d軌域的「d」是「diffused」，其為「漫系光譜」之意。

== 結構 ==
[[File:D orbitals.png|300px|thumb|right|五種d軌域的形狀，除了{{nowrap|d<sub><sub>z<sup>2</sup></sub></sub>}}之外，其他四個形狀相同，只是方向不同]]
[[File:D5M0.png|200px|thumb|right|5d軌域模型，紅色和藍色中間空隙則為[[波節]]]]

d軌域從[[主量子數]]n=3開始出現，最小的d軌域是3d軌域，也就是說1d、2d軌域不存在，當[[角量子數]]為2時，其軌域為d軌域，主量子數不可小於三，對應於五個[[磁量子數]]2、1、0、-1、-2，在3d軌域中，有五個[[能量]]相同的3d軌域，同樣的，主量子數為4以上時也有五個4d軌域，因此，每個[[殼層]]都有五個d軌域，它們分別為{{nowrap|d<sub><sub>z<sup>2</sup></sub></sub>}}、{{nowrap|d<sub><sub>x<sup>2</sup>-y<sup>2</sup></sub></sub>}}、{{nowrap|d<sub><sub>xy</sub></sub>}}、{{nowrap|d<sub><sub>yz</sub></sub>}}、{{nowrap|d<sub><sub>xz</sub></sub>}}，但是沒有{{nowrap|d<sub><sub>x<sup>2</sup></sub></sub>}}、{{nowrap|d<sub><sub>y<sup>2</sup></sub></sub>}}、{{nowrap|d<sub><sub>y<sup>2</sup>-z<sup>2</sup></sub></sub>}}、{{nowrap|d<sub><sub>x<sup>2</sup>-z<sup>2</sup></sub></sub>}}。在存在的五個d軌域（{{nowrap|d<sub><sub>z<sup>2</sup></sub></sub>}}、{{nowrap|d<sub><sub>x<sup>2</sup>-y<sup>2</sup></sub></sub>}}、{{nowrap|d<sub><sub>xy</sub></sub>}}、{{nowrap|d<sub><sub>yz</sub></sub>}}、{{nowrap|d<sub><sub>xz</sub></sub>}}）中，有四個[[形狀]]相同，分別為：{{nowrap|d<sub><sub>x<sup>2</sup>-y<sup>2</sup></sub></sub>}}、{{nowrap|d<sub><sub>xy</sub></sub>}}、{{nowrap|d<sub><sub>yz</sub></sub>}}、{{nowrap|d<sub><sub>xz</sub></sub>}}但方向不同，而{{nowrap|d<sub><sub>z<sup>2</sup></sub></sub>}}是五個d軌域中形狀與眾不同的一個，儘管如此，{{nowrap|d<sub><sub>z<sup>2</sup></sub></sub>}}軌域仍具有和{{nowrap|d<sub><sub>x<sup>2</sup>-y<sup>2</sup></sub></sub>}}、{{nowrap|d<sub><sub>xy</sub></sub>}}、{{nowrap|d<sub><sub>yz</sub></sub>}}及{{nowrap|d<sub><sub>xz</sub></sub>}}相同之能量。

4d、5d、6d軌域可視為性質與3d軌域相似，只是大小比較大，其與[[p軌域]]類似，也有「正負性」，這些「正負性」變化在[[原子軌域]]彼此形成[[化學鍵]]時非常重要。

d軌域一樣有[[波節面]]，類似於[[p軌域]]的形式，但{{nowrap|d<sub><sub>z<sup>2</sup></sub></sub>}}軌域中間的部分較特別，是一個環狀結構像外的波，但電子出現概率和s軌域相反，例如{{nowrap|4d<sub><sub>z<sup>2</sup></sub></sub>}}軌域的中間部分：在靠近原子核之處電子出現概率幾乎是0，然後開始增加，出現一個較高電子出現概率的環狀區域，但繼續向外看之後，隨即降為0，接著又增加，出現一個更大的較高電子出現概率的環狀區域，然後在距離原子核甚遠的地方又為0，而上下的雙啞鈴形的結構則與p軌域相同。

== 電子波 ==
5個d軌域的角量子數ℓ=2。角部分的d軌道經常會表示為：
:<math>\psi_{n2c}(\mathbf{r}) = R_{n2}(r) X_{2c}(\mathbf{r})</math>

的d軌道角部分的三次諧波為<math>X_{2c}(\mathbf{r})</math>

:<math>d_{z^2} = N_2^c \frac{3z^2 - r^2}{2r^2\sqrt{3}} = Y_2^0</math>
:<math>d_{xz} = N_2^c \frac{xz}{r^2} =  -\frac{1}{\sqrt{2}} \left(Y_2^1 - Y_2^{-1}\right)</math>
:<math>d_{yz} = N_2^c \frac{yz}{r^2} = \frac{i}{\sqrt{2}} \left(Y_2^1 + Y_2^{-1}\right)</math>
:<math>d_{xy} = N_2^c \frac{xy}{r^2} = -\frac{i}{\sqrt{2}} \left(Y_2^2 - Y_2^{-2}\right)</math>
:<math>d_{x^2-y^2} = N_2^c \frac{x^2 - y^2}{2r^2} = \frac{1}{\sqrt{2}} \left(Y_2^2 + Y_2^{-2}\right)</math>
和
:<math>N_2^c = \left(\frac{15}{4\pi}\right)^{1/2} </math>
{| class="wikitable"
|-
! d<sub><sub>z<sup>2</sup></sub></sub>
! d<sub><sub>xz</sub></sub>
! d<sub><sub>yz</sub></sub>
! d<sub><sub>xy</sub></sub>
! d<sub><sub>x<sup>2</sup>-y<sup>2</sup></sub></sub>
|-
| [[File:D3M0.png|100px]] || [[File:D3yz.png|100px]] || [[File:D3xz.png|100px]] || [[File:D3x2-y2.png|100px]] || [[File:D3xy.png|100px]]
|}

== 能階交錯 ==
d軌域有能階交錯現象。例如，3d的能量似乎應該低於4s，而實際上E<sub>3d</sub>＞E<sub>4s</sub>。按能量最低原理，電子在進入核外電子層時，不是排完3p就排3d，而是先排4s，排完4s才排3d。

== 性質 ==
d軌域在半填滿和全填滿時較穩定，因此，許多[[過渡金屬]]傾向於失去d軌域的[[電子]]直到其成為半填滿為止，如[[鐵]]，原[[價電子]]組態為3d<sup>6</sup>4s<sup>2</sup>，失去[[s軌域]]後還會再放出1個d軌域[[電子]]，使其成為Fe<sup>3+</sup>，組態為：3d<sup>5</sup>，此時d軌域半填滿，因此Fe<sup>3+</sup>較穩定，這也是為何Fe<sup>2+</sup>離子傾向於變成Fe<sup>3+</sup>離子的原因。

== 週期表 ==
在[[周期表]]中，過渡金屬的價軌域是d軌域，除了內過渡金屬，另外，除了前三周期之外，大部分的非金屬的價殼層之d軌域是填滿的。

== d區元素 ==
{{Main|d區元素}}
d區元素是指[[元素週期表]]中[[3族元素|3族]]至[[12族元素|12族]]的元素。這些元素其新增加的[[電子]]皆填入d軌域，故稱該區塊為d區。這些元素又被稱作[[過渡金屬]]。週期表中從[[第4週期元素|第4週期]]開始的每個[[元素週期|週期]]都各有10個d區元素。

== 參考文獻 ==
=== 引用 ===
{{Reflist|2}}

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

== 參見 ==
* {{AnyLink|s軌域}}
* {{AnyLink|p軌域}}
* {{AnyLink|f軌域}}
* [[原子軌域]]
* {{AnyLink|d區元素}}

{{-}}
{{原子軌域}}

[[Category:原子物理学]]
[[Category:原子軌域]]
[[Category:軌域]]