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原子核周围电子的“存在概率”电子云


实验室k / 2019-01-12

       在大家的印象中,原子核周围是不是有很多以圆形轨道运行的电子?嗯,有这样一个笼统的概念就行了。

       其实真正的原子并不是这样。在由“不确定性原理”支配的微观世界中,我们不可能确定电子某个瞬间的运行位置。

       非要用示意图来表现电子位置的话,只能画成下图里的“电子云”。名为电子的微粒并不是在某个瞬间存在于原子核周围的某个特定位置——准确地说,电子存在的“概率”如云层般分布于原子核周围。

       上面提到的云层,就是所谓的电子云。为方便起见,我们常使用“电子轨道”这个说法,但原子核周围并没有所谓的“轨道”,只有“电子的存在概率”。

       而这个存在概率可以通过“薛定谔方程”得出。换言之,量子化学就是通过这个方程阐明元素性质与化学反应的学问。

       薛定谔方程 [-h(2次方)/2m·d(2次方)/dx(2次方)+U(x)]ψ(x)=Eψ(x)

       这里就不详细解说薛定谔方程了,总之,它的中心思想是:

       动能+势能=总能量

       第一次看到薛定调方程的时候,可能会觉得它非常复杂。但说得极端点,地球上所有的化学反应(包括神秘的生命活动),其实都是根据这个方程式进行的。如此想来,不禁感叹大自然的原理着实简单,也着实美妙。

       顺便提一下,薛定谔方程的计算工作一般只能借助高性能计算机完成。所以这个领城也被称为“计算化学”,是量子化学的核心研究方向。


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