如何描述原子核外电子的运动状态

小栋 化学系在读

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回顾一下结构化学：

1900年，Max Karl Ernst Ludwig Planck为了解释黑体辐射谱，假定黑体中的原子或分子辐射能量时做简谐运动，大胆地提出能量量子化的概念，，之后将其带入Rayleigh-Jeans公式中，发现得到的结果和实验结果非常吻合。

1905年，Albert.Einstein将能量量子化的概念运用到解释光电效应，并且提出了光子学说。根据其理论中的instein-Planck式子和之前的波动光学得出光具有波粒二象性。

1924年，Louis Victor de Broglie提出实物粒子也具有波粒二象性的假说；1927年，Davisson,Clinton Joseph和Lester Germer用单晶体电子衍射实验，观察到完全类似于X射线衍射的结果，George Paget Thomson用多晶金属箔进行电子衍射实验，得到和X射线多晶衍射相同的结果。实验验证了de Broglie的假设。且根据de Broglie的假设，粒子的尺寸越小，其波粒二象性越明显。

1927年，Werner Karl Heisenberg提出不确定关系，说明我们不可能同时准确得到一个微观体系的动量和位置（也不能把时间和能量同时确定）。

综上我们可以得到：微观粒子的能量是不连续的，且我们不可能准确得到粒子的运动轨道。所以我们就不可能使用经典力学来描述微观粒子的运动，必须要使用一门新的理论。
以上都是铺垫，下面正式回答问题：如何描述原子核外电子的运动状态？
答：使用波函数，为什么？因为这是量子力学的一条基本假定，波函数假定：对于一个微观体系，它的状态和由该状态所决定的各种物理性质可用波函数
表示，

是体系的状态函数，是体系中所有里子坐标和时间的函数。
这是一条基本假定，有的地方也叫做公设或者原理，所以就是说没办法从其他理论来推导出，也不可以从实验中归纳得来。
如果想从波函数中得到更多的信息，那就解薛定谔方程，或者用变分法、微扰理论等等。