原子核外电子到底是怎样运动的

原子核外电子到底是怎样运动的

从微观角度来说。
原子核外电子可以同时出现在某些位置。
这是宏观规律无法解释的。
所以才有了量子力学。

核外电子的运动状态有什么特点？如何帮助去学生认识？
在过去教材中对这一问题有下面的教学处理，展示出来和老师们商榷。当时教材及其教学中呈现和学习的多是结论性的东西，而认知过程并不完善，当然不排除与这部分知识抽象、难度大有关。而且当时学习关于描述核外电子运动状态的四个方面分别指的是： (1)电子层 (2)电子亚层和电子云的形状 (3)电子云的伸展方向 （4）电子的自旋，现在看来应与量子力学四个量子数相对应。
一、原子核外电子运动的特点
1、核外电子质量小，运动空间小，运动速率大。2、无确定的轨道，无法描述其运动轨迹，但可以描述其运动状态。3、无法计算电子在某一刻的位置，只能指出其在核外空间某处出现的机会的多少。
二、核外电子运动状态
1、基本概念及规律：（1）、电子云：描述核外电子运动特征的图象。（2）、电子云中的小黑点：并不是表示原子核外的一个电子,而是表示电子在此空间出现的机率。（3）、电子云密度大的地方说明电子出现的机会多，而电子云密度小的地方说明电子出现的机会少
2 、描述核外电子运动状态的四个方面
(1)电子层 原子核外的电子可以看作是分层排布的。处于不同层次中的电子，离核的远近也不同。离核愈近的电子层能级愈低，离核愈远的电子层能级愈高。通常用n=1、2、3…等数值来表示电子层离核的远近。n=1，即表示离核最近的电子层，其中的电子能量最小。n=2，即表示为第二电子层。有时也用K、L、M、N、O等分别表示1、2、3、4、5等电子层。我们描述核外电子运动状态时，首先就应描述它处于哪一个电子层。
(2)电子亚层和电子云的形状 即使在同一电子层中的电子，能量也常有差别，它们电子云的形状也不相同。所以每一个电子层，又可以分作几个电子亚层，分别用s、p、d、f等符号来表示。第 1电子层或K层中只包含一个亚层，即s亚层；第2电子层或L层中包含两个亚层，即s和p亚层；在M电子层中包含有三个电子亚层，即s、p、d亚层；在N电子层中，包含着四个电子亚层，即s、p、d、f亚层。不同亚层的电子云形状也不相同
(3)电子云的伸展方向 电子云不仅有确定的形状，而且有一定的伸展方向。s电子云是球形对称的，在空间各个方向上伸展的程度相同。p电子云，在空间可以有三种互相垂直的伸展方向。d电子云可以有五种伸展方向，f电子云可以有七种伸展方向。如果把在一定电子层上，具有一定形状和伸展方向的电子云所占据的空间称为一个轨道，那么s、p、d、f四个亚层就分别有1、3、5、7个轨道
（4)电子的自旋 电子不仅在核外空间不停地运动，而且还作自旋运动。电子自旋有两种状态，相当于顺时针和逆时针两种方向。常用向上箭头“↑”和向下箭头“↓”来表示不同的自旋状态。
综上所述，可见电子在原子核外的运动状态是相当复杂的，必须通过它所处的电子层、电子亚层、电子云的空间伸展方向和自旋状态四个方面来描述。前三个方面跟电子在核外空间的位置有关，体现了电子在核外空间的运动状态，确定了电子的轨道。因此，当我们要说明一个电子的运动状态时，必须同时指明它处于什么轨道和哪一种自旋状态。
通过观看专家的录像，对一些疑难问题有了一定认识，这对自己今后的教学有很大裨益，在这里一并列出与大家共同探讨。（多数为摘抄）
20世纪初，玻尔认为核外电子在核外以一定半径绕核做圆周运动，当它从一个轨道进入另一个轨道的时候，就会吸收或者释放特定能量的光，这就是著名的玻尔模型。玻尔模型的电子层是用能级来划分的，所以称这些电子层为能层。玻尔模型仍有局限性，它解释的光谱是有限的，它只能解释单电子原子。后来科学家又提出量子力学的理论，成为我们认识原子模型的工具。它认为电子的运动是不确定的，没有确定的轨迹，只能用电子云来表示。电子云小点密集的地方，电子出现的概率大，小点稀疏的地方，电子出现的概率小。根据量子力学，我们可以解释很多很多的实验现象。但是直到2009年乌克兰科学家才帮助人类检测到单电子原子运动的图象。如果说电子云代表了电子运动的无序性，那么光谱告诉我们电子能量的有序性。光谱是我们做的实验事实，而电子云模型呢，也已经通过实验验证了。那二者之间的矛盾应该如何调和呢？我们类比一下，通过能量量子化，把电子云也拆分成能量不同的能层。通过量子力学的计算，比如通过这个电子云可以拆分成这两个能量不同的电子云，这两个能量不同的能层形成的电子云叠加起来就是我们刚才看到的电子云。
核外电子运动的特点是原子结构教学最核心的部分。而这个最核心的部分是由两部分构成的，一个方面是构建学生的能量观，另一个方面就是学生要用一种微观的、统计的思想、概率的思想来认识核外电子的运动特点。因为是从宏观到微观，所以涉及到了人的认识方式的转变，我们实际上因为微观粒子的运动特点，微观粒子运动特别快，远远又看不见，所以我们通常看到的是宏观物体的运动特点。那我们自然而然的，在学习微观粒子的特点的时候，就用认识宏观物体的方式来认识微观粒子的运动特点。那么这样的话就在轨道、连续等等认识观上存在误差。多达百分之七十的学生认为对电子的运动状态有强烈的轨道观念，认为电子总是沿着某种固定轨迹周期性运动的，那么日常生活中，物质的运动总是会形成轨道的经验被广泛运用到微观世界当中。从科学的发展来看，从卢瑟福模型到玻尔模型，到量子力学模型，这样的发展是个革命性的变化。特别是量子化思想的提出，这在当年对许多科学家来说都是难以理解的，因此这样的教学在学生的心目中产生这样或那样的问题，这是正常的。
量子力学中涉及到的轨道跟玻尔模型中的轨道容易混淆，认为是一回事，这些在老师教学活动中可能存在，在学生中可能存在。因为它是一个词表示出来的，可代表的含义是不一样的。
在原子当中、分子当中，电子的波动性显得突出，因此我们不能用准确的位置跟动量来描述，我们就用一个函数来表示，这个函数就是波函数，来表达它自己的运动方式。对于任何一个单个粒子的用波函数来表示的就叫轨道。所以说在那么小的范围内，速度又快，又具有波动性，干涉和衍射现象非常强，它不可能在一个小的轨迹上做运动。这种运动情况下，我们用轨道来描述，而不是轨迹。轨迹是指某一个时间就对应一个位置，而轨道呢，是指运动状态是怎样的。