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电子云

[拼音]:dianziyun

[外文]:electron cloud

电子在核外空间出现几率密度的形象表示。人们根据核外电子波粒二象性及测不准原理,用统计的方法来判断电子在核外空间某区域里出现机会(几率)的大小。

图1

是氢原子的电子云。疏密的小黑点表示电子出现的几率(一个小黑点不代表一个电子),密处表示电子出现的几率大,疏处电子出现的几率小。这些小黑点犹如一团带负电的云,所以叫电子云。

|ψ|2表示电子在核外空间某处出现的几率密度。几率密度与该区域总体积的乘积就是几率。电子云和核外空间某处电子出现的几率有关,即与几率密度有关。

核外电子各有自己的运动状态,每种运动状态都有相应的波函数ψ1S、ψ2S、…和几率密度|ψ1S|2、|ψ2S|2、…,这些波函数和几率密度各不相同,所以不同状态下的电子都有其各自的电子云分布。(见彩图)。

(1)s电子云,是球形对称的,在核外半径相同处任一方向上电子出现的几率相同。

(2)p电子云,主量子数n≥2时出现。n=2,l=1的p电子云沿着某一方向出现的几率密度较大,而在另外两个方向出现的几率密度为零。2p电子云是无把哑铃形的,它有三种取向,即2px、2py、2pz。

(3)d电子云,n≥3时出现。

(4)f电子云,n≥4时出现。

现以1s电子为例,说明电子云几率分布的几种表示法:

(1)用ψ1S和|ψ1S|2随r的变化表示,图形表明它们随r增大(离核远)而减小(图2 a)。

(2)电子云图,以小黑点疏密表示电子在核外空间出现的几率的大小。在核附近,电子出现的几率密度较大,离核远处电子几率密度小(图1)。

(3)等密度图,把|ψ|2相同的点连接起来即等密度图。对氢原子而言,等密度面是许多同心的球面。图中数值表示几率密度的相对大小(图2b)。

(4)电子云界面图,在核的周围作一界面,在界面内出现该电子的几率大于90%,界面外出现该电子的几率不足10%。对氢原子而言,界面本身就是一个等密度面(图2c)。

把以直角坐标表示的波函数转换为以球坐标ψ(r,θ,φ)表示。电子在任一点的运动状态可用一组 ψ(r,θ,φ)表示(图3)。ψ有三个变数,不易用空间图象表示,但可从ψ或|ψ|2与半径r和角度θ、φ两个方面的关系来讨论,即:

ψ(r,θ,φ)=D(r)Y(θ,φ)

(1)径向分布函数 作离核距离为r,厚度为dr的薄层球壳(图4a),作4πr2|ψ|2[以D(r)表示]和半径r的对画图(图4b)。D(r)是r的函数,称为径向分布函数,它表示在离核半径为r的球面上单位厚度球壳中电子出现的几率。对于氢原子,在53pm处D(r)有一极大值。这是因为r<53pm时,4πr2小;r>53pm时,|ψ1S|2小;所以4πr2|ψ1S|2都小于极大值。

(2)角度分布函数 从坐标原点出发,引出方向为(θ,φ)的直线,取Y值,作Y2随θ、φ变化的图,得电子云的角度分布图(图5)。

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