宏观宇宙和微观相似(宏观宇宙与微观世界的相似性)

与宏观城市、宇宙行星类似，微观原子也在对应轨道上运转

人们常常意识到大城市的发展机遇多，同时轨道交通的发展，伴随着其他重要因素一起，形成了城市带、都市圈，潜藏着巨大的发展空间。

而在遥远的外太空，各大行星都在对应的轨道上运转，尽管有很多矮行星的轨道比较诡异。科研工作者们也认识到卫星与轨道结合的重要性，通过可靠性设计来延长卫星寿命。

同样，当我们把目光聚焦到微观领域，当一切物质被拆分成分子、原子时，在这个水平上你也可以观察到类似的模型：轨道。在各自的轨道上运行，可以减少“出轨”的概率，保证生活有条不紊，世界平稳运行。

一、原子轨道和分子轨道的提出

前人经过不断的实验探索与经验的总结，留下宝贵的理论财富。从“果仁面包”到“行星模型”，再到“波尔模型”的发展，结合微观粒子的“波粒二象性”与“测不准原理”性质，那些“看不见的诺贝尔奖”，正推动了世界的深刻变革，于是也有了今天世界的发展前行。

原子结构提出

“看不见的诺贝尔奖”获得者

普朗克能量子的发现，获得1918年诺贝尔物理学奖。

爱因斯坦提出光电效应，获得1921年诺贝尔物理学奖。

罗伯特·密立根获得1923年诺贝尔物理学奖

电子及其荷质比的发现--阴极射线实验。低压气体放电时，放电管阴极发射出电子在电场加速作用下形成电子流，被称为“阴极射线”，后经验证，这种阴极射线垂直于阴极，且带负电，总是从阴极出发，终点与阳极无关。

电子电荷量首次被测出--密立根油滴实验。使带电油滴悬浮与两片金属电极之间，通过平衡重力与电力，计算整颗油滴的总电荷量。

黑体及黑体辐射的发现。黑体为吸收全部可见光的黑色物体，黑体辐射指物体受热后发射电磁波的现象。

氢原子线状光谱的发现。氢原子内电子在不同能级跃迁时，发射或吸收不同能量、波长的光子从而得到对应光谱，因此其为不连续的线光谱。

道尔顿提出原子论，“原子不可再分”，化学从炼金术分离出来，他也由此获得“近代化学之父”的美誉。

阿伏伽德罗在道尔顿的基础上提出分子学说。

在上述实验和发现的基础上继续探索，便建立现代原子结构理论以及量子论。当然，也促进了原子轨道和分子轨道的探索。

原子轨道和分子轨道

古典轨道在英文中称之为“orbit”，而新的轨道概念对应“orbital”，因此可以明显看出现代原子构型的发展与变化。

大家都听过薛定谔的猫。而这个原子轨道是单电子薛定谔方程的合解。原子轨道又称轨态，指在波函数界定下，电子在原子核外空间出现机率较大的区域，用数学函数来描述电子似波的行为（微观粒子具有波粒二象性的性质）。某种意义上，电子云由原子轨道“构成”，每个原子轨道内只含一个或两个电子。至于轨道的性状，可由薛定谔方程的坐标推算，即角度分布函数，包括球形（s）、哑铃型（p）等等。

由上述原子轨道通过线性组合形成分子轨道，分子中的电子能级也称分子轨道，简称MO。有几个原子轨道相组合，就形成几个分子轨道。组合后的分子轨道包括能量低于原子轨道的成键轨道，以及能量高于原子轨道的反键轨道，其余为非键轨道。

二、原子轨道和分子轨道有什么区别？

原子轨道线型组合就是分子轨道，分子轨道采用离域键的思想，是在原子轨道的基础上发展起来的。

整体的思维：分子轨道认为分子中的电子不再局限于某个原子，而是所有原子核共有的；电子不在某个原子轨道中运动，而是在分子轨道中运动。

数形结合：分子中的运动状态可以用波函数表示，每个分子轨道都有对应的图像。

原子轨道是直接用量子力学计算原子中电子分布的结果；分子轨道是量子力学应用在计算分子结构上建立的理论模型。原子轨道或分子轨道，本质上都是解薛定谔方程，且二者相互叠加均可形成共价键。准确的来说，二者不在同一个水平上，虽然都以“轨道”命名，但不适合直接比较。

此外，日本理论化学家福井谦一赖以成名的理论，前线轨道理论，也是一种分子轨道理论。

这一理论将分子周围分布的电子云根据能量细分为不同能级的分子轨道，福井认为有电子排布的，能量最高的分子轨道（即最高占据轨道HOMO）和没有被电子占据的，能量最低的分子轨道（即最低未占轨道LUMO）是决定一个体系发生化学反应的关键，其他能量的分子轨道对于化学反应虽然有影响但是影响很小，可以暂时忽略。HOMO和LUMO便是所谓前线轨道。

最后，希望大家都可以找到适合自己的学习、工作、生活的轨道。

资料参考来源《普通化学》

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