化學中的 s、p、d、f 到底是由什麼決定的？

01-05

又是如何決定的？它們的形狀又是怎麼來的？

你是想問能級是怎麼出現的，那請去讀《結構化學》。

如果你想知道為什麼命名為spdf，那麼事情是這樣的：原子軌道的名稱源於對其原子光譜特徵譜線外觀的描述，分為銳系光譜（sharp）、主系光譜（principal）、漫系光譜（diffuse）、基系光譜（fundamental），其餘則依字母序命名（跳過j）

電子層的記號只是個記號。

粗略地講，不同的能層對應的是波函數不同的本徵值。我quantum chemistry學得也就那麼回事，手邊沒書，這句話的表述估計有問題，歡迎指出。

電子云的形狀一般是根據波函數的解定義的90%概率的範圍。

題主是高中生還是本科生可以告知我，可以給你推薦讀物。

邪惡的光譜學家取了名字，量子力學家解出來了形狀

要談s，p，d，f，，，等原子軌道就要從薛定諤方程說起。

德布羅意發現了一切物質都有物質波，任何一個粒子（自然也包括電子）的運動都可以用包含時間（用t表示）和空間坐標（也即（x，y，z））的波函數來描述，這樣的波函數稱之為態（用Ψ表示），如果粒子運動不隨時間發生變化，則稱之為定態波函數，否則就是不定態波函數。這樣所有粒子的運動都可以用包含了（x，y，z，t）的函數來表示，即ψ（t）＝Ψ（x，y，z，t）。

然後定義一種計算方式，稱為算符，它有很多計算規則，比如表示位置的算符，它作用于波函數就表示某一時刻粒子物質運動的位置；表示能量的算符作用於表示粒子運動的波函數，所得到的結果就是該粒子的能量了，用數學表示即為∧Eψ（t）＝Eψ（t），這就是最原始的薛定諤方程了，其中，這裡的「∧E」就是能量算符了（∧應該在E上面，打不出來），等式右邊的「E」則表示能量。

可以看出來，薛定諤方程∧Eψ（t）＝Eψ（t）＝EΨ（x，y，z，t），有四個變數，即三維空間變數x，y，z和時間變數t，很不好簡化計算。於是薛定諤用了三維球極坐標系來表示空間變數，把空間變數（x，y，z）用球徑和三維坐標軸的夾角表示，同時從最簡單的原子核外只有一個電子的氫原子和類氫離子研究入手，去求解方程。

最終得到了方程的解，可以用（n，l，m，ms）表示，它們被稱為量子數。其中「n」叫主量子數，其實可以理解為電子層數，它決定了某一個電子離原子核的遠近，以及氫原子和類氫離子的電子的能量，n＝1，2，3，……，均為正整數；「l」叫角量子數，它是決定原子軌道形狀的量子數，l＝0，s軌道，為球狀；l=1，p軌道，為啞鈴狀；l＝2，d軌道，為花瓣狀，越往後，形狀越複雜。而且l的取值不是無限的，l＝0，1，2，3，4，……，n－1，而n的取值是正整數。

綜上所述，原子軌道s，p，d，f……要受到主量子數的影響，它決定了原子軌道數量是有限的。

至於原子軌道的形狀，則是根據上面的三維球極坐標系把波函數分成了徑向波函數和角度波函數，角度部分決定了形狀。它可以根據電子云密度來判斷。

高中生的話，建議不需要去看《結構化學》，《量子力學》。沒有高等數學基礎和物理基礎是看不懂的。

可以去看大學無機化學的結構部分，講的比較簡單，沒有過分深入。

《無機化學》（上冊）—————曹錫章，宋天佑（高教社）

《普通化學原理》———————北京大學出版社

spdf的名稱原來是根據線系的名稱來的

至於說形狀是怎麼來的，在球坐標下，氫原子的波函數可以寫作

psi(r, heta,phi)=R_{n,l}(r)*Y_{l,m}( heta,phi)

電子云的形狀就是由角度部分Y_{l,m}( heta,phi)決定的，稱之為球諧函數。

你可以想像成有好多能量分級的電子，一種分級以一種方式在一部分區域出現，這樣形成的區域形狀，就是所謂的spdf

薛定諤方程的解，可以看大學的量子力學

這其實是機械化的編排，符合一部分科研的需要，但並非全部。

就像萬有引力是正確的，但是用到微觀就需要再修正甚至錯誤