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電子雲

電子雲という用語は、電子がおそらく存在する原子核の周りの領域を表します。 それはまた、原子電子の”ファジィ”軌道として記述されています。

原子の核に結合した電子は、惑星が太陽を周回するのとほぼ同じ方法で核を周回すると考えられることがよくありますが、これは有効な視覚化ではありません。 電子は重力によって束縛されるのではなく、クーロン力によって束縛され、その方向は粒子の電荷の符号に依存する。, (反対は引き付けるので、負の電子は核内の正の陽子に引き付けられることを覚えておいてください。)クーロン力と重力は両方とも関心のある物体間の距離の二乗に反比例して依存し、両方とも中心力であるが、重要な違いがある。 古典的な絵では、電子のような加速する荷電粒子(旋回体は方向を変えるので、常に加速している)は放射してエネルギーを失い、したがって原子の核に向かって螺旋状になるはずですが、そうではありません。,

我々は非常に小さな(微視的な)システムを議論しているので、電子は惑星の動きを支配する古典的な規則ではなく量子力学的規則を使用して記述 量子力学によれば、電子は測定方法に応じて波または粒子になる可能性があります。 その波の性質のために、核の周りの軌道のどこに電子が見つかるかを決して予測することはできません。 測定が行われたときに特定のポイントに位置する可能性が高いかどうかを計算できるのは

しかありません。,

したがって、電子はその確率分布または確率密度の観点から記述される。 これは明確なカットオフポイントを持たず、そのエッジはやや曖昧です。 したがって、用語”電子雲。”この”曇った”確率分布は、原子の状態に応じて異なる形状をとります。 室温では、ほとんどの原子はそれらの基底(最低エネルギー)状態で存在する。 エネルギーが追加された場合—例えば、レーザーを撃つことによって—外側の電子はより高い状態に”ジャンプ”することができます(それが役立つならば、より大き, 量子力学によれば、電子がジャンプすることができる特定の特定の状態のみがあります。 これらは量子数によって分類されます。 基本量子数を示す文字はn、l、およびmであり、ここでnは主またはエネルギー量子数、lは電子の軌道角運動量、mは磁気量子数である。 主量子数nは、1から無限大までの整数値を取ることができます。 同じ電子に対して、lは0から(n-1)までの任意の整数であり、mは–lからlまでの任意の整数値を持つことができます。例えば、n=3の場合、l=2、1、または0の状態を持つことができます。, N=3およびl=2の状態については、m=-2、-1、0、1、または2とすることができます。

n、l、mの量子数の各セットは、電子の異なる確率分布を記述します。 より大きいnは電子が核からより遠く見つけられるために本当らしいことを意味します。 N=1の場合、lとmは0でなければならず、核の周りの電子雲は球形でなければなりません。 N=2,l=0のとき、核の周りには確率の同心円状の球形の殻が二つある。 N=2、l=1の場合、雲はよりバーベル状になります。 L=3のときにデイジー形状を持つことさえできます。 分布は非常に複雑になる可能性があります。,

実験では、一電子原子に対するこれらの分布を検証しましたが、波動関数の計算は、外殻に複数の電子を持つ原子にとって非常に困難です。 実際、複数の電子の運動を考慮すると、最大のコンピュータが低位状態であっても確率分布を出力するのに数日かかることがあり、近似を単純化する必要があることがよくあります。,

しかし、1926年にSchrödingerによって開発された量子力学的波動方程式は、微視的な世界がどのように振る舞うかについて優れた記述を与え、量子力学は正確ではないかもしれないが、それは正確であることを認めなければならない。