原子轨道 · 电子云

电子云

我们无法同时确定电子的位置和速度，只能说电子在某处出现的概率有多大。

舞台上每一个点都是一次“测量”记录下的电子位置。记录得越多，点的疏密就越清楚地显示出概率密度 |ψ|²——这就是电子云。

点密的地方电子出现的概率大，并不是那里有很多电子。

轨道形状

把电子出现概率为 90% 的区域圈起来，得到的曲面就是常说的原子轨道形状。

s 轨道是球形；p 轨道是哑铃形，沿 x、y、z 三个方向各一个；d 轨道多为四叶花瓣形，共 5 个。

暖色和冷色分别表示波函数 ψ 的正、负相位，不是电荷。相位决定了原子之间能否成键。每一层发光的壳层都是一个等概率面，越往里电子出现的概率密度越大。

径向分布与节面

径向分布函数 P(r) = r²R² 表示电子出现在半径 r 处薄球壳内的概率。

1s 的峰值恰好在 r = a₀（玻尔半径）。2s、3s 在峰之间出现概率为零的球面，叫径向节面，共 n − l − 1 个。

截面图中的暗色圆环就是径向节面，暗色直线是角节面。

能级与构造原理

多电子原子中，电子按以下规则逐个填入轨道：

能量最低原理：先填能量低的能级。注意 4s 比 3d 先填。

泡利原理：一个轨道最多容纳 2 个电子，且自旋相反。

洪特规则：同一能级的几个轨道，电子先分占不同轨道，且自旋平行。

电子排布

点击周期表中的元素，查看它的电子排布式和轨道表示式。舞台上显示价层电子的电子云：蓝色为 s，橙色为 p，紫色为 d。

量子数

三个量子数确定一个原子轨道：

n 主量子数，决定能层与大小；l 角量子数（0 ≤ l ≤ n − 1），决定形状；m 磁量子数（−l ≤ m ≤ l），决定空间取向。

节面总数 = n − 1，其中角节面 l 个、径向节面 n − l − 1 个。

轨道库

1s 到 4f 的全部 30 个原子轨道。拖动旋转，滚轮缩放。