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标题: 电子到底是怎么绕原子核活动的？你明白错了，不是地球绕太阳那样 [打印本页]

作者: 王骜蓝 时间: 2022-8-26 21:28
标题: 电子到底是怎么绕原子核活动的？你明白错了，不是地球绕太阳那样
电子在原子核外到底是怎么运行的，着实很多人都搞不清。
现在尚有很多人误以为电子绕原子活动的范例与地球绕太阳活动一样，这就大错特错了！
你大概知道波尔的能级跃迁模子，电子云模子，但是电子到底是怎么活动的，你还是不太清晰。

然后咱们先从波尔的能级跃迁分析。一个电子从一个轨道跳跃到另一个轨道上，跳跃这个过程是不一连的，不存在过渡。

对原子轨道的误解

这里必须澄清一个概念，很多人会误以为原子轨道就是电子核外的电子层轨道。
着实，这种1，2，3的“轨道”并不是原子轨道，这是能层，也叫电子层。

能层就是高中化学学的K，L，M，N，O，P电子层，对应的电子层序号依次是1 2 3 4 5 6。

第一层也叫K层，第二层是L层，第三层是M层（依次类推）。每一个电子层（能层）又包罗着差别的能级，一个电子层有几个能级，取决于电子层的序号。
好比第一个电子层（K）只有一个能级。第二个电子层（L）有两个能级（依次类推）。由于能级是电子层（能层）的下属，以是能级也叫电子亚层。能级着实就是高中化学学的s，p，d，f 原子轨道。

好比第一个电子层只有一个能级，这个能级就是s轨道。第二个电子层只有两个能级，这两个能级分别就是s轨道的和p轨道。第三个电子层有三个能级，这三个能级分别就是s，p，d轨道。剩下的电子层，依次类推就行。
但是肯定要注意，第二个电子层有两个能级，并不是说只有s和p两个原子轨道。
除了s轨道，其他轨道都自带拷贝功能（严酷来说是空间取向）。s轨道是球型，这种轨道不会复制本身，以是是单独存在的。p轨道的外形是哑铃型，这种轨道自带三倍拷贝功能，d轨道都是三个d轨道一起出现的。d轨道自带五倍拷贝功能，d轨道都是五个一起出现。

spdf轨道的拷贝倍数按照1，3，5，7等奇数情势盘算。着实所谓的spdf轨道只是表现电子云的差别外形。电子大概率会出现在某一特定空间，恰好如许的空间会形成某一特定的外形。好比s轨道像球型，p轨道像哑铃型，d轨道像花瓣型。
现在已经搞清原子轨道的范例了，接下来就要看电子到底是怎么占据这些轨道的。
毕竟上，电子占据原子轨道的过程重要按照泡利不相容原理和洪特规则举行。
泡利不相容原理告诉我们一个原子轨道顶多容纳两个电子。

好比，第一个电子层（K层）只有一个能级，这个能级上只有一个s轨道，以是只能容纳两个电子。
第二个电子层（L层），有s，p两个能级，以是就有一个s轨道，3个p轨道，一共四个原子轨道，以是顶多容纳8个电子。
第三个电子层（M层），有s，p，d三个能级，以是就有一个s轨道，3个p轨道，5个d轨道，一共9个原子轨道，以是顶多容纳18个电子。
在自然界中，统统都在寻求稳固，假如现在还不稳固，总会到达稳固状态。
由于稳固的事物变革少，不稳固的事物变革大，变革大的状态总会折腾到变革小的状态。
这个原理同样实用于物理学，稳固的状态意味着能量低，最稳固的状态，则能量处于最低状态。

而洪特规则简朴来说，就是能量最低原理，电子总是先占据能量最低的原子轨道，假如更低能量的原子轨道被占满了，才会被迫霸占更高能量的原子轨道。相识洪特规则后，剩下的就是对比差别原子轨道的能量就行。
这些原子轨道的能量是如许的
1s就是第一个电子层的s轨道，2s就是第二个电子层的s轨道。2p就是第二个电子层的p轨道（第一个电子层没有p轨道）
按照横向对比，1s小于2s小于3s。 2p小于3p小于4p。
按照纵向对比，3s小于3p小于3d。

按照横纵交织对比，就牵涉能量交织原理了。从第四个电子层开始，4s就小于3d了。背面的能量交织对比，自行查资料就行，我就不睁开讲了。
泡利不相容原理的深层明白

不知道你有没有想过，为什么泡利不相原理以为一个原子轨道只能容纳两个电子呢？起首想象一下，原子核外分布着很多电子，这些电子都一样吗？

假如只是直观感受，好像全部的电子长得都一样。按照通例方式我们不能判断出两个电子有什么差别。
但是理性思考一下，又以为电子之间肯定存在着差别点。
毕竟上，电子之间简直存在很多差别点
为了区分电子。以是就必要订定一种特殊的方式给这些电子标身份号码。
在量子力学中，电子存在几种差别点，就有几种量子数。以是量子数大概有很多种。
而对于核外电子，一样寻常只做四种范例的区别，以是就有四种量子数。
假如两个电子的四种量子数都雷同，那么它们就具有雷同的量子态，是不大概处于同一原子轨道上的。这才是泡利不相容原理的严谨表明。
但为什么泡利不相原理的结论却是：一个原子轨道顶多容纳两个电子。这又怎么明白？
要表明这个题目，我们就必要先相识一下电子的四种量子数，也就是四种区分方式。

第一种区分就是主量子数
好比在第一个电子层的电子和第二个电子层的电子固然都是核外电子，但是它们所处的电子层差别，以是第一种区别就出来了。这就是主量子数。
第二种区别就是角量子数
好比第二个电子层有4个电子，起首这四个电子的主量子数是雷同的，但是它们之间的轨道范例大概差别，好比s轨道或p轨道，以是按照原子轨道分别，就又多了一种区分电子的方式。
第三个区别就是磁量子数
刚才我已经讲了，第二能层的p轨道有三个，三个p轨道假如都有电子，这时间它们的主量子数和磁量子数已经是一样的了。
假如仅仅只是通过前两种方式，已经无法区分第二能层的三个p轨道上的三个电子了。
毕竟上，这三个p轨道并不完全雷同，由于差别的p轨道在磁场上的分量是差别的。这就是第三种区别。
现在你想象一下，假如泡利不相容原理只实用于这三种量子数。
那同一能层，同一能级的同一个原子轨道上就只能容纳一个电子了。
由于同一个原子轨道一旦存在两个电子，那么这两个电子的三个量子数一定雷同，以是就会违背泡利不相容原理。
这个时间，第四种区别就显得尤为紧张。假如没有第四种区别，一个原子轨道就不大概存在两个电子，而只能是一个电子。这就是第四种量子数，也叫自旋量子数。

自旋量子数只有两种，要么是-1/2，要么是1/2。两种自旋可以大抵地以为是上旋大概下旋。
以是同一个轨道内两个电子的前三种量子数都雷同，但是第四种量子数差别，且只能有两种差别，要么自旋为上，要么为下。以是一个原子轨道内肯定只能容纳两个电子，且自旋差别。
着实，正是由于第四种量子数只有两种区别，才导致同一轨道上只能存在两个电子，这也是泡利不相容原理的焦点头脑。
着实，四种量子数雷同的电子不能处于同一轨道尚有更深层的表明。
由于电子的本质是波函数，且具有反对称性。

反对称波函数就是说，量子数完全雷同的两个电子相遇，会相互制约。此中一个电子波向上，另一个就一定向下，而且严酷对应。
一旦两列波处在同一轨道内，那相遇后就会完全抵消，从而导致电子的波函数消散，那电子就不存在了。
电子的反对称波函数也从本质上表明了泡利不相容原理。

想象一下，假如没有泡利不相容原理，那么按照洪特规则，全部的核外电子都会占据到能量最低的基态原子轨道上。全部的电子假如都处于基态，那化学性子就和氦原子一样稳固。
宇宙中根本上全部原子的状态都固若金汤，就不会容易形成化学键，那么有机物就不会存在，生命自然也就不会存在。
以是从这种角度来看，地球上存在生命又得多感谢一位。
人类不但要感谢引力，电磁力，暗能量，超新星爆炸抛射的重元素，太阳的能量，地球磁场，木星的守卫，海底温泉形成的luca，还得感谢大自然创造了泡利不相容原理！

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