老师：各位同学，大家好，我是北师大实验中学的化学老师孙少阳。今天我们继续对原子结构中的核外电子运动进行学习。前面两节课我们通过对原子光谱实验结果进行分析，认识了核外电子运动能量的量子化特点，学习了和y电子运动的两种空间状态，能层和能机，并进一步讨论了海外电子在能层和能集中的排布规律和表示方法。在学习的过程中，我们发现SPDF能级最多可容纳电子数分别是两个、6个、10个和14个。有同学据此提出这样的疑问，为什么不同能级最多可容纳电子数不同？下面我们就来一起学习。在学习能层的时候，我们知道可以用裘鞘的模型形象的描述和外电子在能层上的空间运动状态，那么河外电子真的是在能层中绕河做圆周运动吗？要解决这个问题，我们需要再一次认识核外电子的运动特点。前面我们已经知道，核外电子的运动和宏观物体的运动有一种差别，就是核外电子运动能量的量子化，其实二者的差别远不止如此。相比于核外电子而言，宏观物体的质量很大，但是运动速度较慢。同时任意时刻，宏观物体所处的位置是确定的，我们可以描述其运动轨迹。与之相对的，核外电子的质量很小，速度很快。更重要的是，科学研究表明，海外电子的运动速度和位置不能够同时准确测定，也就是说，我们无法准确描述和外电子的运动轨迹。
老师：历史上，波尔在1913年提出氢原子模型电子在线性轨道上绕河运动，但是到了1926年，Boar建立的线性轨道模型被量子力学推翻，那么这是不是意味着我们就完全无法描述和y电子运动的空间特点？在前期大量物理学实验和理论研究的基础上，1926年奥地利物理学家薛丁鄂提出可以用一个数学方程描述和y电子的运动状态，这个方程也叫薛定谔方程，是近代量子力学的理论基础。
老师：薛定谔方程的建立意味着我们实际上可以通过数学手段计算核外电子的运动状态。通过量子力学计算发现一定空间运动状态的电子并不在波尔假设的线性轨道上运动，而是在和外空间各处都可以出现，只是出现的概率不同。也就是说，河外电子又一个重要的运动特点就是位置的不确定性。我们可以通过一个形象的比喻来理解和外电子的这种不确定性。
老师：在上学期间，我们可能出现在学校的任何一个位置，在教室上课，在操场上运动，在食堂里吃饭，在树荫下读诗。但是如果对我们每天出现的位置进行统计，就可以判断我们出现在各处的概率，分析我们的运动规律。对于核外电子而言，我们也可以通过分析出现在原子各处的概率，判断其运动空间和能量状态。只不过和y电子的运动位置不能观测，因而无法归纳，只能够通过计算推测各处的概率。这里展示的是计算获得的氢原子ES电子在原子核外出现的概率密度分布图。氢原子核外只有一个电子，所以很显然这里的小点不是指核外电子。同时，由于我们无法准确的观察电子的位置，所以这里的小点也不是指电子出现的真实位置。事实上，这里的小点只是对ES电子在原子核外出现的概率密度的形象描述，小点越密，就表示该区域
