原子結(jié)構(gòu)(核外電子,電子云,原理,鮑里不相容原理,洪特規(guī)則)

　　一、核外電子運(yùn)動(dòng)的特征

　　我們知道，地球沿著固定軌道圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，地球的衛(wèi)星（月球或人造衛(wèi)星）也以固定的軌道繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)。這些宏觀物體運(yùn)動(dòng)的共同規(guī)律是有固定的軌道，人們可以在任何時(shí)間內(nèi)同時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)出它們的運(yùn)動(dòng)速度和所在位置。電子是一種極微小的粒子，質(zhì)量為9.1×10-31kg，在核外的運(yùn)動(dòng)速度快（接近光速）。因此電子的運(yùn)動(dòng)和宏觀物體的運(yùn)動(dòng)不同。和光一樣，電子的運(yùn)動(dòng)具有微粒性和波動(dòng)性的雙重性質(zhì)。對(duì)于質(zhì)量為m，運(yùn)動(dòng)速度為v的電子，其動(dòng)量為：P=mv

　　其相應(yīng)的波長(zhǎng)為：

λ=h/P=h/mv （4-1）

　　式（4-1）中，左邊是電子的波長(zhǎng)λ，它表明電子波動(dòng)性的特征，右邊是電子的動(dòng)量P（或mv），它表明電子的微粒性特征，兩者通過(guò)普朗克常數(shù)h聯(lián)系起來(lái)。

　　實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于具有波動(dòng)性的微粒來(lái)說(shuō)，不能同時(shí)準(zhǔn)確地確定它在空間的位置和動(dòng)量（運(yùn)動(dòng)速度）。也就是說(shuō)電子的位置測(cè)得愈準(zhǔn)時(shí)，它的動(dòng)量（運(yùn)動(dòng)速度）就愈測(cè)不準(zhǔn)，反之亦然。但是用統(tǒng)計(jì)的方法，可以知道電子在原子中某一區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的幾率。

圖4-1　氫原子五次瞬間照像

圖 4-2　若干張氫原子瞬間照片疊印

　　電子在原子核外空間各區(qū)域出現(xiàn)的幾率是不同的。在一定時(shí)間內(nèi)，在某些地方電子出現(xiàn)的幾率較大。而在另一些地方出現(xiàn)的幾率較小。對(duì)于氫原子來(lái)說(shuō)，核外只有一個(gè)電子。為了在一瞬間找到電子在氫原子核外的確切位置，假定我們用高速照相機(jī)先給某個(gè)氫原子拍五張照片，得到圖4-1所示的五種圖象，⊕ 代表原子核，小黑點(diǎn)表示電子。如果給這個(gè)氫原子照幾萬(wàn)張照片，疊加這些照片（圖4-2）進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)原子核外的一個(gè)電子在核外空間各處都有出現(xiàn)的可能，但在各處出現(xiàn)的幾率不同。如果用小黑點(diǎn)的疏密來(lái)表示電子在核外各處的幾率密度（單位體積中出現(xiàn)的幾率）大小，黑點(diǎn)密的地方，是電子出現(xiàn)幾率密度大的地方；疏的地方，是電子出現(xiàn)幾率密度小的地方，如圖4-3所示。像這樣用小黑點(diǎn)的疏密形象地描述電子在原子核外空間的幾率密度分布圖象叫做電子云。所以電子云是電子在核外運(yùn)動(dòng)具有統(tǒng)計(jì)性的一種形象表示法。

圖4-3　氫原子的電子云圖　　　　　　4-4氫原子電子云界面圖

　　從圖4-3中可見(jiàn)，氫原子的電子云是球形的，離核越近的地方其電子云密度越大。但是由于離原子核越近，球殼的總體積越小，因此在這一區(qū)域內(nèi)黑點(diǎn)的總數(shù)并不多。而是在半徑為53pm 附近的球殼中電子出現(xiàn)的幾率最大，這是氫原子最穩(wěn)定狀態(tài)。為了方便，通常用電子云的界面表示原子中電子云的分布情況。所謂界面，是指電子在這個(gè)界面內(nèi)出現(xiàn)的幾率很大（95%以上），而在界面外出現(xiàn)的幾率很小（5%以下）。

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