【化學理解】

軌道半徑大小

電子的軌道半徑 n=1, 2, 3, 4… (分別對應k, l, m, n)
其中n是主量子數，代表軌域範圍

在波爾模型中，軌道半徑大小不是等距離增加，而是平方倍增加
n=1層 => r=1×1
n=2層 => r=2×2
n=3層 => r=3×3
n=4層 => r=4×4
其中的r為 氫原子在基態(n=1)下，平均軌道半徑為 0.529 Å (波爾半徑)

也就是說
n=2 -> 1 移動距離是3r
n=4 -> 1 移動距離是15r

（僅適用單電子系統，在多電子系統中距離會有誤差）
p.s. 教科書的等距軌道是示意圖，並沒有按照真實比例繪製

真實軌域的比例為紅框處

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為何僅適用單電子系統？
在同樣的軌道上，當原子核越大（質子數𝑍↑）的時候，因為受到正負相吸的力更大，所以電子軌道半徑越小。
並且在多電子系統中，電子與電子會有排斥力，也會影響軌域。

公式為：
其中 為有效核電荷； 為原子序；
為波爾半徑

電子機率密度

上述是比較直觀的思路

真實情況是電子的位置為機率分佈，實際上都是透過波函數計算機率密度（電子在距離原子核多遠的位置出現的概率有多大）
我們僅能得知「電子最可能出現的位置」，並非具體的“距離”

實際上 n=1 -> 2 是狀態的切換，並非電子真正移動
因為n=1軌道的電子有低概率會比n=2軌道電子還要遠

最精確是看函數的圖形
繪製出的球狀圖形代表電子「最高機率出現」的位置，是簡化後的視覺化工具

不過為了方便理解，暫時先用軌道來思考比較容易

電子躍遷

電子在不同軌道間移動，這種狀態切換，就稱作“電子躍遷”
當n越大，電子的「位能」越高，代表在這個位置儲存越多能量

1. 往內躍遷 (ex: n=2 -> 1)，會釋放能量，因為到達相對穩定的狀態
2. 往外躍遷(ex: n=2 -> 3)，會吸收能量，因為這裡相對不穩定
   躍遷能量會以光子形式（電磁波）表現

當n=1時，代表電子此時處在最靠近原子核的位置
當n=∞時，電子在最遠離原子核的位置，因距離太遠，所受原子核的影響可忽略不計

所以當

1. 電子從軌道n=∞ -> 1時，這過程會釋放最大的能量

在氫原子光譜中，即便是最高的能量也只能釋放UV紫外線（萊曼譜系Lyman Series）
那那那，能量比UV更強的光是怎麼來的？

要釋放 X射線(X-ray)，需要”更重元素（ex: 鉛、鎢）“的電子躍遷
原因是當”質子數“越多時，電子能感受更強的力道

然而
伽馬射線(γ-ray)並非電子躍遷造成的，而是“原子核不穩定”造成核衰變或核反應導致
因為電子躍遷能量遠遠小於此

束縛原子核的能量，遠遠比束縛電子的能量還要大（核能是電子能量的數百萬倍大）
“放射性元素”例如: 鐳(Ra)、鈾(U)等，都是原子核內造成的衰變
ex: α衰變（釋放He核）、β衰變（釋放電子）、γ衰變（釋放伽馬射線）

2. 當電子移動到n=∞時，代表已經脫離原子核的束縛，電子變成自由電子，在這過程中所耗費能量就是游離能

然而我很好奇，n=∞是什麼概念
從理論上來說軌道數量沒有上限，但是實際上不可能無限大

地球上的原子，元素基態只能填到n=7層
如果想再往更上一層樓，需要靠額外能量“激發”

於是就有個 專指n很大的原子 — “里德伯原子（芮得柏原子 Rydberg atom）”

芮得柏原子

當n=100時，原子接近病毒的大小
當n=250時，原子像是細菌、細胞那麼大
當n=1000時，原子會接近頭髮直徑的大小
這根本就是超巨型原子！

非常好奇這看起來會是怎樣？
然而即便如此巨大，我們實際上仍“看不到”此原子
因為這個在這範圍中只有一個原子存在，原子體積大部分被單一個電子所佔據，絕大部分區域仍然是空的，物質密度極低

目前在實驗室中能做出來的大約是n=100左右
人類觀測到的最高紀錄(highest-𝑛 Rydberg state)是n=1200

這種特性（高度激發態、長距離相互作用能力）也與量子電腦的實作方式有關