《物质结构与性质》——3、电子云与原子轨道

四、电子云与原子轨道

1、原子核外电子的运动状态

1913年，玻尔提出氢原子模型，电子在线性轨道上绕核运行。到1926年，这个模型被量子力学推翻。

量子力学认为，电子并不在线性轨道上运行，而是在在核外空间各处都可能出现，但出现的概率不同，可以用概率密度(ρ)描述其分布。

ρ＝(电子在某处出现的概率P)÷(该处的体积V)。

2、电子云

以氢原子为例，它只有一个1s电子，用一个小点代表电子出现过一次（注意小点并不代表电子本身）。小点越密表示电子在此处出现的次数越多，即概率密度越大；小点越疏表示电子在此处出现次数越少，即概率密度越小。

由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾（并不是真的云雾），因而被形象地称作电子云。它实际上是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述。

电子云轮廓图：由于电子云图很难绘制，使用不便，把电子在原子核外空间出现概率P=90%的空间圈出来，得到电子云的轮廓图。  

这样氢原子的1s电子云轮廓图是一个球形（注意不是圆形）。所有s能级电子云轮廓图都是球形，且能层越高，其电子云半径越大，电子的能量也越大，电子在离原子核越远的区域出现概率越大，电子云更弥散。

p能级的电子云（轮廓图）是哑铃形的，且有3个相互垂直的电子云，分别沿直角坐标系的x、y、z轴方向伸展，为区分它们分别用px、py、pz表示。

注意：3个电子云是在同一个直角坐标系中，为了看清楚，图中是分开绘制的。

d能级和f能级的电子云形状目前尚不清楚。

3、原子轨道

量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。

s能级的电子云是球形，认为是一个空间运动状态，原子轨道数为1。不同能层的原子轨道名称依次为1s、2s、3s、4s……

p能级3个电子云是哑铃形，且相互垂直，有3个空间取向，认为是3个空间运动状态，原子轨道数为3。原子轨道名称分别为2px、2py、2pz，3px、3py、3pz……

d能级和f能级的原子轨道数分别为5和7。

不同能层的能级、原子轨道如下表：  

注意：

1、不同能层中的s能级电子云轮廓图相同，均为球形，p能级电子云轮廓图相同，均为哑铃形；半径和能量不同，能层序数越大，半径越大，能量越高。

2、p能级有3个原子轨道，它们互相垂直，分别用px、py、pz表示，同一能层中px、py、pz的能量相同。

3、同一能层中，原子轨道数与能层序数(n)的关系：原子轨道数＝n2。