電子軌道

電子軌道（でんしきどう、）とは、電子の状態を表す、位置表示での波動関数のことを指す。電子軌道は単に「軌道」と呼ばれることもある。

歴史 
20世紀初頭にジャン・ペラン、長岡半太郎、アーネスト・ラザフォードらは独立に原子核の周りを電子が運動するという原子模型を提唱した。

ラザフォードの模型はラザフォード散乱の実験結果をよく説明したが、説明困難な事象もいくつか知られていた。例えば古典力学によれば原子核の周りを運動する電子は電磁波を放出せねばならず、電子は速やかにエネルギーを失って原子核へ衝突すると予測されるが、実際には原子は安定に存在することができ、模型と経験的事実は一致しなかった。また、ラザフォード模型では水素原子の示す離散的なスペクトルを説明することができなかった。

ニールス・ボーアは水素原子の問題について、電子は量子条件を満たす軌道にのみ存在できると仮定し、水素原子の離散スペクトルを説明することに成功した。ボーアの量子条件は後にアルノルト・ゾンマーフェルトにより拡張され、ゼーマン効果やシュタルク効果を説明することに成功した。

ボーアとゾンマーフェルトの理論では、量子条件を満たす古典力学的な軌道が存在すると考えられていた。

一方、ルイ・ド・ブロイによりボーアの量子条件は「軌道」上に存在する物質波が定常波となるための条件であることが示された。このド・ブロイの考えは後にエルヴィン・シュレーディンガーによって一般的な系に適用できる形で定式化され、原子核に束縛された（「軌道」上の）電子の状態は古典的な軌道ではなく、量子条件に対応した波動関数によって表現できるようになった。

波動関数と実験結果（または経験的事実）との対応として、ボルンの規則が提案された。ボルンの規則によれば、原子核に束縛された電子の位置や運動量はその波動関数が与える確率密度関数によって示される。この観点において、もはや、電子は確定した軌道上に存在するのではなく、原子核周りの空間に確率的に見出されることになる。

関連項目 

 原子軌道
 電子殻
 s軌道
 p軌道
 d軌道
 f軌道
 軌道角運動量
 混成軌道
 分子軌道
 σ軌道
 π軌道
 フロンティア軌道理論

外部リンク 
 

電子
量子力学