主な相違点 – 4f軌道と5f軌道
原子は、陽子と中性子からなる原子核と、それを取り囲む電子から構成されています。
これらの電子は原子核の周りを絶えず移動しています。
そのため、原子の中の電子の位置を特定することはできません。
そこで科学者たちは、電子の正確な位置を特定する代わりに、”確率 “という概念を導入しました。
つまり、電子が動いている可能性が最も高い経路を決定するのです。
この経路を「軌道」と呼ぶ。
軌道には、S軌道、P軌道、D軌道、F軌道などのサブセットがあります。
それぞれのサブセットに含まれる軌道の数は、磁気量子数によって決定される。
f軌道の場合、磁気量子数は7通りあるので、f軌道は7つあります。
4f軌道と5f軌道は、f軌道における第1集合と第2集合です。
4f軌道と5f軌道の主な違いは、4f軌道は平面と円錐形の節が多数あるが、半径方向の節がないのに対し、5f軌道は平面と円錐形の節が多数あり、各軌道に半径方向の節が1つあることである。
4f軌道とは
4f軌道とは、第4電子殻（エネルギー準位）の7つのf軌道のことである。
4f軌道はf軌道の最初のサブセットです。
つまり、第1、第2、第3電子殻にはf軌道が存在しない。
これをs軌道、p軌道、d軌道、f軌道の表にすると以下のようになる。
| 電子殻 軌道 | |
| 1 | s |
| 2｜s、p｜。 | |
| 3｜s、p、d｜｜｜｜｜｜｜。 | |
| 4｜s、p、d、f｜｜｜｜｜。 | |
| 5｜s、p、d、f｜｜。 |
4f軌道の集合は4つの異なる形状を持ち、それぞれがいくつかの平面と円錐形の節を持っています。
しかし、4f 軌道は放射状の節を持たない。
7つの4f軌道は、軌道の平面によって名前が付けられている。
以下に、7つの4f軌道を示す。
- 4fxyz
- 4fz3
- 4fz(x2-y2)
- 4fy(3×2-y2)
- 4fx(x2-3y2)
- 4fxz2
- 4fyz2
これらの軌道のうち、4fxyzと4fz(x2-y2)の軌道はいずれも8つのローブを持つ。
これらはz軸を中心に45度回転した関係になっている。
つまり、他の要素では似ているが、平面上では異なるということだ。
残りの7つの軌道のうち、4fy(3×2-y2)軌道と4fx(x2-3y2)軌道は、z軸の周りに90o回転することによって互いに関連している。
各軌道は、60oの角度を持つ3つの結節面で区切られた6つのローブを持っています。
4fxz2、4fyz2軌道は4fy(3×2-y2)、4fx(x2-3y2)軌道に似ているが、6面のうち3面の節点が60oで分離されていないので、異なる軌道であることがわかる。
これらの4fxz2と4fyz2軌道は、6つのローブのうち2つがz軸方向に「豆型」になっている。
一方、4fxz2軌道は4fxz2軌道、4fyz2軌道と同様の軌道ですが、「豆型」のローブがx軸にあるのが特徴です。
4fyz2軌道では、「豆のような形の」軌道はy軸にある。
5f軌道とは
5f軌道とは、第5電子殻（エネルギー準位）の7つのf軌道のことである。
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命名されている。
7つの軌道は以下の通り。
- 5fxyz
- 5fz3
- 5fz(x2-y2)
- 5fy(3×2-y2)
- 5fx(x2-3y2)
- 5fxz2
- 5fyz2
5f軌道は4種類の形状を持ち、それぞれに平面と円錐の節があります。
各5f軌道は、半径方向のノードも1つずつ持っています。
これらの軌道のうち、5fxyzと5fz(x2-y2)軌道はともに8つのローブを持っています。
これらの軌道のうち、5fxyzと5fz(x2-y2)はともに8つのローブを持っており、z軸を中心に45度回転することで互いに関連している。
つまり、他の要素では似ているが、向いている面が違うということである。
残りの7つの軌道のうち、5fy（3×2-y2）軌道と5fx（x2-3y2）軌道は、z軸の周りに90o回転することによって互いに関連している。
各軌道は、60oの角度を持つ3つの結節面で区切られた6つのローブを持っています。
5fxz2, 5fyz2 は 5fy(3×2-y2), 5fx(x2-3y2) と似ているように見えるが、6面のうち3面の節点が60oで区切られていない点が異なっている。
また、これらの5fxz2、5fyz2軌道は、6つのローブのうち2つが「豆型」になっています。
一方、5fxz2軌道は5fxz2軌道や5fyz2軌道と同様の軌道だが、「豆型」のローブはx軸上にある。
5fyz2軌道では、「豆のような形の」軌道がy軸上にある。
4f軌道と5f軌道の類似性
- どちらもf軌道です。
- どちらも同じ平面上で似たような形をしている。
- どちらも複雑な軌道構造を持っています。
4f軌道と5f軌道の違い
定義
4f軌道。
4f軌道とは、第4電子殻（エネルギー準位）の7つのf軌道のこと。
5f軌道。
第5電子殻（エネルギー準位）の7つのf軌道。
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軌道の第2部分集合です。
ラジアルノード
4f軌道。
4f軌道は平面と円錐の節が多数あるが、半径方向の節はない。
5f軌道。
5f軌道は多数の平面と円錐形の節を持ち、各5f軌道は同様に半径方向の節を持つ。
サイズ
4f軌道。
4f軌道は5f軌道より小さい。
5f軌道。
5f軌道は4f軌道より大きい。
結論
原子の電子殻には、s 軌道、p 軌道、d 軌道、f 軌道というさまざまな形態の軌道が存在する。
f 軌道が加わるのは、4 番目の電子殻（エネルギー準位）からです。
4f軌道と5f軌道の主な違いは、4f軌道は多数の平面と円錐形の節を持ち、半径方向の節がないのに対し、5f軌道は多数の平面と円錐形の節を持ち、各軌道に半径方向の節も1つあることである。
