电子云

当你想到一个原子时，你的头脑可能会想象出一个中心核的图像，周围有一大堆电子旋转。

这就是我们在无数的科幻节目、漫画书和电影中看到的画面。

这就是我们一生在大脑中强化的原子形象。

图注：原子被普遍描绘成一堆围绕中心原子核旋转的电子然而，随着对此事的持续研究使科学界意识到，这实际上并不是原子的样子。

困惑？相信我，起初，我也是。

我总是假设一个电子是一个完全圆的，微小的球体围绕一个密集的原子核旋转。

事实证明，这种表示对原子的真实形象没有多大的公正性。

原子是由质子和中子组成的中心原子核，围绕它是一个"概率雾"，其中电子有最高的发现机会。

面积越密集，找到电子的机会就越大。

这种浓密的“概率”雾被称为电子云。

那些有好奇倾向的人（像我一样）可能不喜欢这种简单的解释。

我想沿着电子云的迷雾路径更进一步，但让我们从我们最早理解原子内部的电子开始，然后从那里前进。

梅子布丁原子模型到1910年，科学家们发现了原子的两个主要成分，正电荷质子和带负电荷的电子（中子是在1932年由詹姆斯·查德威克发现的）。

然而，科学家仍然对这些粒子在原子内是如何组织的感到困惑。

J.J.湯姆森给出了第一个解释，他说电子和质子均匀地分布在原子内，其形式有点像"梅子布丁"。

图注：在梅子布丁模型中，电子和质子被假定均匀地分布在原子内卢瑟福的原子模型为了验证汤普森的假说，欧内斯特·卢瑟福进行了他举世闻名的金箔实验，他用α粒子轰击了一块金箔。

图注：卢瑟福的金箔实验装置如果梅花布丁模型确实准确，那么α粒子的偏转就很少了。

然而，卢瑟福观察到，虽然一些α粒子确实不间断通过，少数反d回到其起源点。

这种不一致导致卢瑟福提出了原子的新模型。

粒子不间断地经过的区域似乎基本上是空的，而它们偏转或反d的点似乎保持原子整体质量的高浓度。

因此，他抛弃了梅花布丁模型，转而支持我们在大众媒体中看到的经典原子模型——一个被电子包围的中央原子核。

图注：在卢瑟福的模型中，电子在任意轨道上围绕原子核旋转波尔原子模型虽然卢瑟福的模型获得了广泛的接受，他的一个学生，尼尔斯波尔，进一步细化了模型。

他证明原子周围的电子不会任意旋转。

相反，它们以非常具体的能级在定义明确的轨道中旋转，即电子轨道是量化的。

通过这个证据，玻尔的原子模型能够解释某些现象，如氢谱。

然而，这是另一个讨论。

图注：在波尔的模型中，电子轨道被量化电子云这些模型中的每一个都花费了数十年来解释困扰科学界的大多数谜团。

波尔的量化轨道模型非常直观，看起来非常完美。

然而，正如量子力学所揭示的，该模型远非现实。

以前所有原子模型都假定电子是一个粒子，其质量像行星系统一样围绕原子核旋转。

然而，在现实中，电子更像是围绕原子核的密密云。

电子具有可测量的动能和动量，但它没有表现出任何革命的假象。

电子就像浓雾一样包围原子核。

然而，让我们搞清楚一件事——电子不是一个难以捉摸的粒子，我们可以在雾中寻找。

它不是移动速度如此之快的目标，它看起来像一个模糊的云。

事实上，电子是云。

图注：原子核周围的区域，其中电子最有可能被发现的是电子云电子云有质量吗？我们已经确定电子不是围绕原子核旋转的完美球体，而是一个密密麻麻的概率区域。

那么，我们如何确定它的质量呢？电子云有质量吗？各地的科学教科书自信地用大粗体字体说明电子的质量为9.11 X 10^(-31)千克，这是事实。

这就引出了一个问题，即是否整个云加起来重9.11 X 10^(-31)千克？是的。

云的一部分呢？云的一部分能有小于电子的质量吗？没有。

事情从这变得有点难以理解。

假设你有一个小勺子，你拿那个勺子，把它浸入25%的电子云区。

然后，您的勺子是否含有相当于9.11 X 10^(-31)千克 的 25% 的重量？不。

当勺子容纳25%的电子云时，您的勺子有25%的几率含有9.11 X 10^(-31)千克的电子质量。

你可以拥有整个电子，也可以不拥有它。

尽管它由云表示，但它不能分解为部分，因为云不是物理的。

云只是说明电子真实状态的最好方法。

当然，这是对电子云的一个非常简单的解释。

量子力学的复杂世界在数学上将电子云表示为由概率控制的量子波函数。

然而，这样的数学似乎超出了本文范围。

我在这里的目标只是帮助你想象"电子"的真实是什么。

所以，下次有人要你想想一个原子时，不要想象出过时的围绕中心核旋转的电子的、不准确的图像。

想想电子云吧！