《醫(yī)用化學》 一、核外電子運動的特征

我們知道，地球沿著固定軌道圍繞太陽運動，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轉(zhuǎn)。這些宏觀物體運動的共同規(guī)律是有固定的軌道，人們可以在任何時間內(nèi)同時準確地測出它們的運動速度和所在位置。電子是一種極微小的粒子，質(zhì)量為9.1×10-31kg，在核外的運動速度快（接近光速）。因此電子的運動和宏觀物體的運動不同。和光一樣，電子的運動具有微粒性和波動性的雙重性質(zhì)。對于質(zhì)量為m，運動速度為v的電子，其動量為：P=mv

其相應的波長為：

λ=h/P=h/mv （4-1）

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

實驗證明，對于具有波動性的微粒來說，不能同時準確地確定它在空間的位置和動量（運動速度）。也就是說電子的位置測得愈準時，它的動量（運動速度）就愈測不準，反之亦然。但是用統(tǒng)計的方法，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。對于氫原子來說，核外只有一個電子。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先給某個氫原子拍五張照片，得到圖4-1所示的五種圖象，⊕　代表原子核，小黑點表示電子。如果給這個氫原子照幾萬張照片，疊加這些照片（圖4-2）進行分析，發(fā)現(xiàn)原子核外的一個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。如果用小黑點的疏密來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動具有統(tǒng)計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，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）。