论原子核外电子的运动轨道

1、论原子核外电子的运动轨道2010-02-19 11:30论原子核外电子的运动轨道广东博罗高级中学（516100） 林海兵摘要：原子核外电子的运动轨道是一个个圆，任何一层电子的轨道都是如此，它并不像化学所说那样具有球的s形轨道，还有纺锤形的p形轨道，更有说不清形状的d、f形轨道。电子并没有什么自旋。关键词：原子核，核外电子，运动轨道自从卢瑟福用粒子散射实验证明了原子的核式模型之后，人们对于原子核与核外电子的情况又提出了许多理论，如玻尔关于原子核外电子运动的原子模型，泡利关于电子运动轨道的泡利不相容原理，门捷列夫的元素周期率这一系列理论的提出，为现代的化学理论奠定了坚实的基础。1 原子结构与核外电

2、子的运动轨道泡利认为，每一个电子都有一定的自旋。在同一条电子轨道上最多只允许容纳两个不同自旋的电子。这就是泡利不相容原理。经典化学认为，原子核外电子的运动轨道是分层的，比如一个氪原子的核外电子就分为四层，第一层（即最内层）有2个电子，第二层有8个，第三层有18个，第四层有8个。而在每一层中，还分成各个亚层，氪原子的第一层只有一个S亚层，第二层则有两个亚层，即S亚层与P亚层，而第三层有三个亚层，即S、P、d亚层，最外层有两个亚层，即S、P亚层。经典化学认为，在每一个亚层都具有一定的电子轨道数量，如S亚层只有1条圆的轨道，而P亚层有3条纺锤形的轨道，d亚层则有5条，f亚层有7条。经典化学还认为，其

3、实这些所谓的轨道并不真正的确定的轨道，而是电子在运动过程中出现机会最大的地方，电子在运动过程中，总是出现在轨道附近的一定的空间范围内，这个空间范围就是人们所说的电子云。经典化学还认为，由于各亚层的电子云形成并不相同，大小也不相同，这可能造成各亚层甚至是不同电子层的电子云相互交叠的情况。2 疑惑笔者并不怎么理解“电子自旋”的含义是不是好象地球的自转运动一样，它是一种电子的自转运动，电子象自地球一样在绕中心公转时可以发生逆时针的自转也可以发生顺时针的自转；又是否表示电子的自身结构，因为笔者在某些书籍上见到过关于电子的结构的论述，这些论述就把电子描述成具有类似于螺杆的螺旋一样的结构，所以，电子也有左

4、旋电子也有右旋电子。在两种理解之中，第一种描述的是电子的运动，第二种描述的是电子的结构。笔者还是不理解各种形状的电子亚层，如果有这样的一些电子亚层，就势必使各个亚层的电子云交叠，电子在运动过程中就一定会发生碰撞（必须注意的是，经典物理学与化学认为碰撞在粒子之间是一定存在的），就有可能形成许多不可预料的情况发生，就可能改变电子云原来的形状。3 暗物质物理理论体系的观点需要说明的是，绝对平衡的环境是不存在的，但是，为了方便研究，笔者假设物体原子存在的环境就是一个绝对平衡的环境。也就是说，电子在原子核外的运动环境只有原子核形成的阳性子密度梯度场，如果电子的运动速度一定，则它将运动于确定的相应半径的轨

5、道上，并不会形成所谓的电子云。3.1 电荷的形成我们可以从原子的形成过程来讨论这个问题。事实上，原子核与电子的荷核都有相同的成份构成，它们都形成于整体天体中心。笔者认为，在整体天体（如太阳、地球）的中心内部，暗物质中性子都处束缚状态的，这里的自由态中性子密度几乎为零，于是在空间形成了以整体天体内核为中心的自由态中性子的密度梯度场，这就是我们所说的重力场或者万有引力场，密度的不平衡导致了在此空间的中性子以及所有的宏观物体都具有向着整体天体中心的属性加速度。暗物质中性子不断地向着整体天体中心发生运动，这使整体天体的质量随着时间的推移而增长。到达天体中心的自由态中性子却发生了本质性的变化，从此变成为

6、束缚态，笔者把整体天体内部的束缚态的中性子物质称为物体原态质，这些物体原态质并没有温度效应，随着时间的推移，自由态中性子在这里不断地变成了物体原态质，物体原态质的密度增大，产生了密度不平衡，于是某些物体原态质向着天体外部发生属性运动，笔者把这种运动称为喷射运动。在喷射运动过程中，物体原态质分裂成大小不一的颗粒，大颗粒在喷射更容易改变环境，使环境物质产生与其运动方向相反的密度梯度不平衡，也使它自己受到了较大的“阻力”，在它还没有喷至天体表面时就已经静止下来，而颗粒子非常小的物体原态质则不同，它们则可以喷离天体表面，直到射到天体之外的高空。另一方面，整体天体的内核也同时把其中一部分中性子分解成电性

7、子，其中的阳性子则紧附在天体的整个物体原态球周围，并在这周围空间形成由里向外密度梯度，也就是说，整体天体的内核实际上相当于一个非常庞大的原子核；分解得到的阴性子则不断被排出天体之外。那些向着天体外作喷射运动的物体原态质球在运动过程中，颗粒大的减速快，在天体内核附近已有大量的阳性子把它包围起来，并在它的周围形成了密度梯度。于是它们变成了我们所说的原子核。而那些颗粒小的减速慢，它们直射到高空才会静止下来，在整体天体之外的高空，阳性子密度很小，相对而言则有较大密度的阴性子，于是，这些粒子周围被阴性子包围起来，也形成了密度梯度，这些小颗粒便形成了电子。3.2 电子绕核运动原子核与电子都形成于整体天体的

8、喷射运动，而且由此过程可知，原子核与电子的形成位置并不相同，原子核形成于整体天体表面以内的空间，电子则形成于整体天体的高空，于是，在整体天体表面以外的空间区域，就有一个与球形电容器内部一般的电性子密度梯度场，当高空的电子积累到一定的数量，或者当空间的原子密度达到一定数值（比如水分子在空间达到饱和状态），电子便向着天体表面发生属性运动，电子穿越空间时，激发电性子、中性子以及空气分子从而产生了电磁波、光波与声波。这就是打雷。随着打雷，高空的电子落入天体表面，并进入一些表面上没有电子绕行的原子核的阳性子密度梯度场空间。电子在原子核的阳性子密度场中作加速运动，当其速度达到某一数值，它在阳性子密度梯度场

9、中的属性力恰好满足，电子便绕着原子核作匀速圆周运动。如果原子核外空间只有一个电子，同时，除了阳性子密度梯度场之外再没有其他的不平衡因素，也不考虑电子的运动对环境影响，那么，电子应该在一个某固定的轨道上运动。可是，即使满足不存在其他的不平衡因素，电子的运动对环境影响却是不可能不考虑的，电子的运动势必使本来平衡的环境不再平衡，环境最终发生变化，而变化之后的环境也影响电子的运动，使电子的运动速度减小。这实际上就是电子在运动过程中激发电性子、中性子产生电磁波与光波。随着电子速度的减小，其运动轨道半径也不断减小，最终落入原子核。这是自然环境中只有原子核外的阳性子密度梯度场一种不平衡因素的情况，可自然界不

10、可能如此，实际上除了这种不平衡因素之外，还同时存在着其他更多种类的不平衡因素，比如电磁波、光波等，这些因素的存在，使电子在运动时除了激发电磁波与光波之外，还总是在电磁波与光波的策动下运动，使之因策动得到的“能量”与激发失去的“能量”恰好相等，电子就处于一种动态平衡之中，它的运动轨道半径不再减小。当原子核外电子从一个变为两个时，情况将发生本质的变化。同样地，假设电子也只有原子核外的阳性子密度梯度一种不平衡，同时假设两个电子一先一后进入原子核的阳性子密度梯度场空间，先来到这个空间区域的电子，在其运动过程中会激发电性子、中性子的反抗振源运动，在其空间形成了速度旋度场，另一个电子进入时，便不再只有阳性

11、子密度梯度不平衡，即第二个电子的运动环境已经是多种不平衡的合成环境。如图1所示，一个电子正在绕原子核以速度v顺时针运动，图中的点与叉表示它激发电性子与中性子产生的速度旋度矢量的方向。另一个电子从原子核外界空间开始进入原子核的阳性子密度梯度空间，它的初速度为u，由于它进入过程中，还受到速度旋度场不平衡的影响，故它在阳性子密度梯度场中加速时，还有一个速度旋度属性力f，这个属性力造成了电子的运动路径发生变化，向着与第一个电子运动方向相反的方向偏转，而且越来越接近第一个电子的运动轨道半径。如图2所示。由于两电子周围的都是阴性子密度梯度场，当它们靠得太近时，就产生了互斥作用，使两电子拉开一定的距离，如图

12、3所示。最终两个电子在半径相同的轨道上作方向相反的圆周运动，但是，这时的圆心已经不再是原子核中心，两个圆心分布在以原子核为中心的两个对称点上。如果没有其他的外界不平衡因素的影响，这两个电子的运动环境是相同的，除了原子的阳性子密度梯度场环境之外，它们还运动于对方产生的速度旋度环境之中，我们分析它的运动情况。如图4所示，我们右边的电子为研究对象，图中的曲线是左边电子运动产生的速度旋度环境，电子在运动时的属性力有原子核阳性子密度梯度环境的属性力F，与速度旋度环境的属性力f，它们合成的宏观属性力指向圆心。由分析可知，F与f夹角是一个锐角，故它们合成的属性力一定大于F。如果第一个电子在这个过程中的速度没

13、有发生变化，那么，因为它的向心属性力增大，根据可知，所以电子的运动半径减小，向着电性子密度趋于平衡的方向运动。原子温度下降，表现为吸热。同时，我们可以看到，两个电子绕原子核的运动方向相反，它们产生的电性子与中性子的速度旋度方向相反，当两个电子的运动速度相等，轨道半径相同的时候，它们激发的速度旋度大小与相等，于是，两个旋度将完全抵消。在原子外部并不表现出速度旋度或者磁场。所以，两个电子绕原子核的运动过程相当于磁材料的去磁过程。由上面的分析可知，原子核外只有一个电子与有两个电子的运动情形是完全不同的从电子的运动轨道半径来看，有两个电子时的轨道半径较小，电子可以朝着阳性子密度梯度的方向继续深入一段距

14、离，更加趋于阴阳电性子的平衡状态；从电子运动产生的不平衡来看，只有一个电子时，它的运动一定可以产生媒质粒子（如中性子、电性子）的速度旋度不平衡，甚至可以产生光波与电磁波，而有两个电子时，它们运动分别产生的速度旋度矢量方向相反，叠加后可以使外界环境的速度旋度减小甚至可以减小到零，它们运动激发产生光波与电磁波也恰好频率相同，相位相反，在外界空间叠加后，等于不曾激发光波与电磁波。于是，我们清楚可见，两个自由电子在原子核外的运动是符合笔者在论顺磁材料的磁化与去磁一文中总结出来的物理学总定律不平衡是宇宙物质分布的特点。物体（粒子）总是向着环境趋于平衡的方向发生属性运动，在运动过程中不平衡的程度与种类将发

15、生转化，在不同的局部区域空间，结果将可能出现：相同程度的不平衡状态，平衡状态，比原来程度较小不平衡的状态，比原来程度更大的不平衡状态。当环境存在不同种类的不平衡时，物体将首先选择显能场方向的属性运动。3.3 电子运动的轨道这样的一对电子运动轨道就是经典化学所说一条轨道，实际上更准确地应该称之为一对轨道，电子轨道成对的出现增加了其运动的稳定性，减小了它们运动对外界空间的影响。另外，这一对电子并没有什么自旋，更没有自旋的不同，只是它们相对应的轨道上运动时绕行的方向正好相反，也正是它们绕行方向相反，这才有可能增加它们运动的稳定性，才可能减小它们运动对外界环境的影响。于是，根据以上分析，笔者认为，电子

16、的运动与宏观物体的运动是完全相同的，在一条确定的轨道上只能容纳一个电子的运动，然而，这个电子运动轨道的同一球面上，则可以形成两个或者两个以上的运动轨道，而且这些轨道总是成对出现，在任何一对相对的轨道上运动的两个电子，它们的绕行方向一定相反。在同一原子核外空间的不同半径的球面上，由于球面空间的不同，使其能够容纳的电子轨道数量也不同，距原子核距离越小，球面空间越小，轨道数量也就越小，反之将越大。为了符合经典化学理论，笔者认为，半径最小的最内层即第1层电子轨道数量为，而第2层的电子轨道数量则为，第3层的电子轨道数量为，第4层电子轨道数量为，次外层的电子轨道数量为，最外的电子轨道数量为。由于每一条电子

17、轨道只能容纳一个电子运动，所以，每一个球面空间（每一层）的电子轨道数量的多少其实就是该球面空间最多容纳电子的数量。另外，由于电子在运动时，总是满足物理学总定律把环境空间低层次的不平衡的程度减小到最低，于是笔者认为，如果我们能够转动原子，把每一个电子的运动平面正对着我们，那么，在同一轨道球面上的电子的绕行方向都是相同的。如图3所示，只要我们把原子旋转，无论把左端还是右端的电子轨道向着我们，电子的绕行方向都是逆时针的。笔者认为，同一电子层上的电子，都运动于同一半径的球面上，而并不象经典化学所说的那样，还分什么电子亚层，有什么球形的S亚层，纺锤形的p亚层，还有说不清形状的d亚层与f亚层。笔者还认为，

18、不同的电子层即不同的电子运动的球面空间，电子的绕行方向恰好相反，即如果第1层的电子是逆时针绕行的，则第2层电子则是顺时针绕行的，第3层又是逆时针绕行。这样的绕行方式，也是由内层电子运动时产生的不平衡环境造成的，尽管内层的电子对在运动时已经尽可能地减小了环境的不平衡程度，可是，从可与电子大小相比拟的空间而言，可能仍旧还存在程度很小的不平衡，它依然成为电子的运动的不平衡环境，于是，电子的属性运动也就向着减小这些不平衡的方向进行。笔者认为，如果一个原子核外具有的电子数量恰好能够占满它的轨道，那么这个原子是一个十分稳定的原子，从外部来看，这个原子根本对外界没有产生任何的不平衡，于是，它不可能形成其他电子运动的不平衡环境，或者说，即使有原子或者电子从它的旁边经过，也只是作匀速直线运动一掠而过，它们之间根本不会发生任何的影响。所以，这个原子是惰性十足的原子。反之，如果一个原子核外具有的电子数量并不能占满其所有的轨道，那么，这些电子首先一定会尽可能占满其内层所有的轨道，剩余的