既然电子是随机出现在原子核周围的,那么它是根据什么分为不同能层的?


电子的分布是随机的,但也是不随机的。比如有的电子虽然可以出现在离原子核很近的地方,但概率极小,所以我们认为它是高能层的电子。反之则是低能层电子。


根据能量最低原理,从低到高排列


这个问题反映了当代原子理论还有需要改进的地方,电子云模型的提出是和电子双缝干涉实验提出的测不准原理一脉相承,并进一步割裂了宏观点电荷电势能与微观电子势能的可比性,导致宏观和微观截然不同。要正确理解这个问题需要抛弃电子云模型并回归原子的行星模型。


罗斯福的原子模型了解一下


其实很简单 是算出来的

解原子的薛定谔方程,就可以得到电子在核外分布的波函数。主量子数n相同的,我们把它叫做一个能层。

当然,对于除了氢原子以外的原子,由于存在电子间的相互作用,薛定谔方程没有解析解,但是我们还是有各种量子力学的手段可以把它们算出数值解。

一般来说,同一能层能量接近。由于自旋-轨道耦合,每个能层会分为很多能级。有时候某个能层中高能级的能量会超过下一能层低能级的能量,这就是高中化学所说的能级交错原理。


这也是现代物理迷题之一,量子理论说能量是一份一份的,有一个不可分割的最小值。所以核外电子的能级也不是连续的。变化一个能级就放出或吸收相应的一份最小能量。我个人的民科理解是,并不是不存在中间能级,只是人类意识无法分辨中间能级。参考科幻作品《六道轮回》


电子之间通过电磁场相互作用,你不可能发现电子在相同轨道上出现。用术语来说,电子属于费米子,服从泡利不相容原理。

首先影响最大的是电子的总能量(动能+势能),称为主量子数n。可以理解到电子能量越大,平均离核越远。

接著是电子的角动量,称为角量子数l。不同角动量必然对应著不同的电子形状,也对应著不同的能量。

然后是电子的磁矩,即角量子数在 Z轴投影的量子数,或者磁量子数ml。这几个不同的轨道在正常状态下虽然不同,但能量基本一致,在强磁场下会发生能量裂分。

最后是电子的自旋角动量ms,在强磁场下会发生能量裂分。


电子在原子核外围的分布要满足能量最小原理和泡利不相容原理的。


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