电子绕着原子核做什么运动（电子是怎样围绕原子核作运动的）

现在人们普遍以“电子云“来形容原子的结构，就好像一团”雾气”（电子），分布于极小的星球（原子核）四周。只有原子中存在唯一电子时，原子轨道才能精准符合“圆形气团”的形状。当原子中有越来越多电子时，电子越倾向均匀分布在原子核四周的空间体积中，因此“电子云”倾向分布在特定球形区域内（区域内电子出现机率较高）。

电子云的想象图

电子在核外运动的轨迹称之为”轨道“（orbital），它以一个波函数来表示，表示电子出现的概率趋势，（为易于理解，把它想象成轨道）。具有动量较大的电子在离核越远的地方运动，而动量较小的则在离核较近的地方运动。电子较少的，轨道相对较少，核外电子较多的，轨道也较多。轨道也分大小，一个大轨道可以包含数条小轨道。轨道像皮球一样，以原子核为中心，一层一层的包裹着。

原子结构想象图

因为原子的能量是量子化的，原子核外电子运动的轨道是不连续的。我们把大轨道称之为能层，小轨道称之为能级。

能层用n来表示，也叫主量子数。n的取值为正整数1、2、3、4、5、6、7；表示具有不同能量的层级。光谱学对应符号为K、L、M、N、O、P、Q。一般而言：n越大，电子层的能量越高。

能级（也叫电子亚层）， 以角动量子数（I）来表示，当n值一定时，I只能取0，1，2，3…(n-1)等值，代表电子的角动量的大小。光谱学对应命名为s，p，d，f四个能级。从理论上说，将会出现第五个能级。

能层与能级的取值遵循一定的规则：

1.能层决定了电子具有多少能量，能级则是电子运动的状态的描述。

2.即每个电子层所容纳的电子个数有限，为2n∧²个，但当一个电子层是原子的最外层时，它至多只能容纳8个电子，次外层最多容纳18个。

比如：主量子数（n）取值为1，2，3，4，5，6，7，光谱学分别为:K,L,M,N,O,P,Q层;电子数则为（2）,（2.8),（2.8.8）,（2.8.18.8）,(2.8.18.18.8),(2.8.18.32.8),(2.8.18.32.32.18.8)。

3.主量子数和角量子数的关系可以举例来说明：主量子数（n）取值为1，2，3，4；光谱学分别为:K,L,M,N；角量子数（I）则取值为：(0),(0.1),(0,1,2)(0,1,2,3);这里我们可以看到，随着能层的增高，能级也会随之增加。反应在光谱上就表示：(1s),(2s.2p),(3s.3p.3d),(4s.4p.4d.4f)。

氢原子波函数光谱图

s轨道、p轨道、d轨道、f轨道则分别代表角量子数l=0, 1, 2, 3的轨道。它的名称源于对其原子光谱特征谱线外观的描述，分为锐系光谱（sharp）、主系光谱（principal）、漫系光谱（diffuse）、基系光谱（fundamental）。它们之间的能量有大小之分，这种现象称为“能级分裂”，主要原因是核外电子间静电力的相互排斥，减弱了原子核对电子的吸引：s能级的电子排斥p能级的电子，把p电子“推”离原子核，p、d、f之间也有类似情况。

电子轨道波函数概率图

还有在磁场的影响下，不同层级的原子轨道，可以在空间取不同的伸展方向，从而得到几个型状不同的原子轨道。我们用磁量子数Me是描述原子轨道或电子云在空间的伸展方向。磁量子数m取值受角量子数l制约，对于给定的l值，m的取值是一定的。

s轨道的运行用波函数图像表达近似球型：I=0，电子云的形状是球形对称的，用符号s表示，也称s亚层；

p轨道在x,y,z轴三个方向波函数图像：I=1，电子云呈哑铃形，用符号p表示，也称p亚层；

d轨道五种不同的波函数图像：I=2，电子云常呈四瓣形，用符号d表示，也称d亚层；

f轨道七种不同的波函数图像：I=3，用符号f表示，也称f亚层，电子云形状比较为复杂。

原子中电子除了以极高速度在核外空间运动之外，也还有自旋运动。电子有两种不同方向的自旋，即顺时针方向和逆时针方向的自旋。自旋是电子的内赋禀性，每个轨道最多可以容纳两个自旋相反的电子。

电子的自旋磁矩与自旋动量矩是成正比的，而方向相反。自旋磁矩在外磁场中只能有两个取向。自旋动量矩也是空间量子化的，它在外磁场方向的投影也只有两个数值。

电子轨道排布（能量由低到高）

电子在原子轨道的运动排布遵循三个基本定理：能量最低原理、泡利不相容原理、洪德定则

1.能量最低原理的意思是：核外电子在运动时，总是优先占据能量更低的轨道，使整个体系处于能量最低的状态。

2.泡利不相容原理: ①若两电子处于同一轨道，其自旋方向一定不同；②若两个电子自旋相同，它们一定不在同一轨道；③每个轨道最多容纳两个电子。

3.洪德定则:电子在简并轨道上排布时，将尽可能分占不同的轨道，且自旋平行 。

电子的状态

原子的电子在离核最近的电子层上运动，这时并不放出能量，此时的电子所处的状态称为“基态”。当原子从外界获得能量（如灼热、放电、辐射能等），它的电子可以跃迁到离核较远的电子层上，此时的电子所处的状态称为“激发态”。当电子从离核较远的电子层跃迁到能量相对更低也离核更近的电子层时，就会以光的形式放出能量。

在外部磁场存在的情况下，许多原子谱线还会发生了更细的分裂，这个现象被叫做塞曼效应（因外电场而产生的裂分被称为斯塔克效应），这种分裂在无磁场和电场时不存在。