水の分子軌道について

質問

水の分子軌道の形状についての質問させていただきます。
・添付図の形状の違いはどのような理由で起きるのでしょうか？
・添付図以外にも沢山の形状があるのでしょうか？
・この形状は水特有のものなのでしょうか？
・この形状はどのような状態からくるものなのでしょうか？

化学の知識が全く無い者でも理解できるよに、簡単に教えて頂けると助かります。よろしくお願いいたします。

回答No.1

nananotanu

まず、大事な前提条件として、これは分子軌道の形ではなく、電子の存在確率を立体的な等高線のようなもので示しただけです。

・形状の違い
原子でも、内側から順番に電子軌道の形が違うように、分子でも内側から順番に電子軌道の形が違います。
・他にも形があるか
それぞれのエネルギー準位に対し、ここに示された形以外もあるか、といえば、(或る意味)No．量子化学計算の近似の度合いによって変わり得るが、本質的には変わらない。ここに無いようなエネルギー準位(に対する形)もあるか、といえば、Yes．励起状態を考えれば、無限に、では無いがあり得る。
・水特有のものであるか
YesでもありNoでもある。上にも書いたが、近似の度合いによる。でも、まぁ、ほぼYes，かな。
・どのような状態から来るか
原子の場合と同じ。
内側から低い順に、エネルギー準位があって、２つずつ電子が詰まっていく。
それぞれの準位は、両脇のO，Hそれぞれの原子軌道から、点線で結ばれたもの同士の合成で作られる。