Der Begriff Elektronenwolke beschreibt den Bereich um einen Atomkern, in dem sich wahrscheinlich Elektronen befinden werden. Es wird auch als die „unscharfe“ Umlaufbahn eines Atomelektrons beschrieben.

Ein Elektron, das an den Kern eines Atoms gebunden ist, wird oft als ähnlich umkreist angesehen, wie ein Planet eine Sonne umkreist, aber dies ist keine gültige Visualisierung. Ein Elektron ist nicht an die Schwerkraft gebunden, sondern an die Coulombkraft, deren Richtung vom Vorzeichen der Teilchenladung abhängt., (Denken Sie daran, Gegensätze ziehen sich an, so dass das negative Elektron vom positiven Proton im Kern angezogen wird.) Obwohl sowohl die Coulomb-als auch die Gravitationskräfte umgekehrt vom Quadrat der Entfernung zwischen den interessierenden Objekten abhängen und beide zentrale Kräfte sind, gibt es wichtige Unterschiede. Im klassischen Bild sollte ein beschleunigendes geladenes Teilchen wie das Elektron (ein kreisender Körper ändert die Richtung, so dass es immer beschleunigt) Energie ausstrahlen und verlieren und sich daher in Richtung des Atomkerns drehen—aber nicht.,

Da wir über ein sehr kleines (mikroskopisches) System sprechen, muss ein Elektron eher mit quantenmechanischen Regeln als mit den klassischen Regeln beschrieben werden, die die Planetenbewegung regeln. Nach der Quantenmechanik kann ein Elektron eine Welle oder ein Teilchen sein, je nachdem, wie es gemessen wird. Aufgrund seiner Wellennatur können wir niemals vorhersagen, wo in seiner Umlaufbahn um den Kern ein Elektron gefunden wird. Wir können nur

berechnen, ob bei einer Messung eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass sie sich an bestimmten Punkten befindet.,

Das Elektron wird daher in Bezug auf seine Wahrscheinlichkeitsverteilung oder Wahrscheinlichkeitsdichte beschrieben. Dies hat keine bestimmten Cutoff-Punkte; Seine Kanten sind etwas unscharf. Daher der Begriff “ Elektronenwolke.“Diese“ trübe “ Wahrscheinlichkeitsverteilung nimmt je nach Zustand des Atoms unterschiedliche Formen an. Bei Raumtemperatur existieren die meisten Atome in ihrem Grundzustand (niedrigste Energie). Wenn Energie hinzugefügt wird—indem beispielsweise ein Laser darauf geschossen wird-können die äußeren Elektronen in einen höheren Zustand „springen“ (denken Sie an eine größere Umlaufbahn, wenn dies hilft)., Nach der Quantenmechanik gibt es nur bestimmte spezifische Zustände, zu denen ein Elektron springen kann. Diese sind durch Quantenzahlen gekennzeichnet. Die Buchstaben, die grundlegende Quantenzahlen bezeichnen, sind n, l und m, wobei n die Haupt-oder Energiequantenzahl ist, l sich auf den Orbitalwinkelimpuls des Elektrons bezieht und m eine magnetische Quantenzahl ist. Die hauptquantenzahlen n nehmen kann ganzzahlige Werte von 1 bis unendlich. Für dasselbe Elektron kann l eine beliebige Ganzzahl von 0 bis (n -1) sein, und m kann einen beliebigen ganzzahligen Wert von– l bis l. Wenn n = 3 ist, können wir beispielsweise Zustände mit l = 2, 1 oder 0 haben., Für den Zustand mit n = 3 und l = 2, konnten wir m = -2, -1, 0, 1, oder 2 ist.

Jede Menge von n -, l -, m-Quantenzahlen beschreibt eine unterschiedliche Wahrscheinlichkeitsverteilung für das Elektron. Ein größeres n bedeutet, dass das Elektron höchstwahrscheinlich weiter vom Kern entfernt ist. Für n = 1 müssen l und m 0 sein, und die Elektronenwolke um den Kern ist kugelförmig. Für n = 2, l = 0 gibt es zwei konzentrische kugelförmige Hüllen von Wahrscheinlichkeit um den Kern. Für n = 2, l = 1 ist die Wolke mehr langhantelförmig. Wir können sogar eine Gänseblümchenform haben, wenn l = 3. Die Verteilungen können ziemlich kompliziert werden.,

Experiment hat diese Verteilungen für Ein-Elektronen-Atome verifiziert, aber die Wellenfunktionsberechnungen können für Atome mit mehr als einem Elektron in ihrer äußeren Hülle sehr schwierig sein. Wenn die Bewegung von mehr als einem Elektron berücksichtigt wird, kann es Tage dauern, bis der größte Computer Wahrscheinlichkeitsverteilungen auch für einen tief liegenden Zustand ausgibt, und häufig müssen vereinfachende Näherungen vorgenommen werden.,

Insgesamt gibt jedoch die quantenmechanische Wellengleichung, wie sie 1926 von Schrödinger entwickelt wurde, eine hervorragende Beschreibung des Verhaltens der mikroskopischen Welt, und wir müssen zugeben, dass die Quantenmechanik zwar nicht präzise ist, aber genau ist.