與宏觀城市、宇宙行星類似，微觀原子也在對應軌道上運轉

人們常常意識到大城市的發展機遇多，同時軌道交通的發展，伴隨著其他重要因素一起，形成了城市帶、都市圈，潛藏著巨大的發展空間。

而在遙遠的外太空，各大行星都在對應的軌道上運轉，儘管有很多矮行星的軌道比較詭異。科研工作者們也認識到衛星與軌道結合的重要性，通過可靠性設計來延長衛星壽命。

同樣，當我們把目光聚焦到微觀領域，當一切物質被拆分成分子、原子時，在這個水平上你也可以觀察到類似的模型：軌道。在各自的軌道上運行，可以減少「出軌」的概率，保證生活有條不紊，世界平穩運行。

一、原子軌道和分子軌道的提出

前人經過不斷的實驗探索與經驗的總結，留下寶貴的理論財富。從「果仁麵包」到「行星模型」，再到「波爾模型」的發展，結合微觀粒子的「波粒二象性」與「測不準原理」性質，那些「看不見的諾貝爾獎」，正推動了世界的深刻變革，於是也有了今天世界的發展前行。

1. 原子結構提出

「看不見的諾貝爾獎」獲得者

普朗克能量子的發現，獲得1918年諾貝爾物理學獎。

愛因斯坦提出光電效應，獲得1921年諾貝爾物理學獎。

羅伯特·密立根獲得1923年諾貝爾物理學獎

電子及其荷質比的發現--陰極射線實驗。低壓氣體放電時，放電管陰極發射出電子在電場加速作用下形成電子流，被稱為「陰極射線」，後經驗證，這種陰極射線垂直於陰極，且帶負電，總是從陰極出發，終點與陽極無關。

電子電荷量首次被測出--密立根油滴實驗。使帶電油滴懸浮與兩片金屬電極之間，通過平衡重力與電力，計算整顆油滴的總電荷量。

黑體及黑體輻射的發現。黑體為吸收全部可見光的黑色物體，黑體輻射指物體受熱後發射電磁波的現象。

氫原子線狀光譜的發現。氫原子內電子在不同能級躍遷時，發射或吸收不同能量、波長的光子從而得到對應光譜，因此其為不連續的線光譜。

道爾頓提出原子論，「原子不可再分」，化學從鍊金術分離出來，他也由此獲得「近代化學之父」的美譽。

阿伏伽德羅在道爾頓的基礎上提出分子學說。

在上述實驗和發現的基礎上繼續探索，便建立現代原子結構理論以及量子論。當然，也促進了原子軌道和分子軌道的探索。

2. 原子軌道和分子軌道

古典軌道在英文中稱之為「orbit」，而新的軌道概念對應「orbital」，因此可以明顯看出現代原子構型的發展與變化。

大家都聽過薛丁格的貓。而這個原子軌道是單電子薛丁格方程的合解。原子軌道又稱軌態，指在波函數界定下，電子在原子核外空間出現機率較大的區域，用數學函數來描述電子似波的行為（微觀粒子具有波粒二象性的性質）。某種意義上，電子云由原子軌道「構成」，每個原子軌道內只含一個或兩個電子。至於軌道的性狀，可由薛丁格方程的坐標推算，即角度分布函數，包括球形（s）、啞鈴型（p）等等。

由上述原子軌道通過線性組合形成分子軌道，分子中的電子能級也稱分子軌道，簡稱MO。有幾個原子軌道相組合，就形成幾個分子軌道。組合後的分子軌道包括能量低於原子軌道的成鍵軌道，以及能量高於原子軌道的反鍵軌道，其餘為非鍵軌道。

二、原子軌道和分子軌道有什麼區別？

原子軌道線型組合就是分子軌道，分子軌道採用離域鍵的思想，是在原子軌道的基礎上發展起來的。

整體的思維：分子軌道認為分子中的電子不再局限於某個原子，而是所有原子核共有的；電子不在某個原子軌道中運動，而是在分子軌道中運動。

數形結合：分子中的運動狀態可以用波函數表示，每個分子軌道都有對應的圖像。

原子軌道是直接用量子力學計算原子中電子分布的結果；分子軌道是量子力學應用在計算分子結構上建立的理論模型。原子軌道或分子軌道，本質上都是解薛丁格方程，且二者相互疊加均可形成共價鍵。準確的來說，二者不在同一個水平上，雖然都以「軌道」命名，但不適合直接比較。

此外，日本理論化學家福井謙一賴以成名的理論，前線軌道理論，也是一種分子軌道理論。

這一理論將分子周圍分布的電子云根據能量細分為不同能級的分子軌道，福井認為有電子排布的，能量最高的分子軌道（即最高佔據軌道HOMO）和沒有被電子佔據的，能量最低的分子軌道（即最低未佔軌道LUMO）是決定一個體系發生化學反應的關鍵，其他能量的分子軌道對於化學反應雖然有影響但是影響很小，可以暫時忽略。HOMO和LUMO便是所謂前線軌道。

最後，希望大家都可以找到適合自己的學習、工作、生活的軌道。

資料參考來源《普通化學》