1、原子的球形結(jié)構(gòu)

描述原子大小，我們使用原子半徑。之所以這樣描述，是因?yàn)槲覀儗⒃涌闯闪藞A球形的結(jié)構(gòu)。那么，什么證據(jù)支持原子呈球形的結(jié)論呢？

因?yàn)樵又须娮拥倪\(yùn)動(dòng)速度極快，以致于無(wú)論是哪個(gè)時(shí)刻，人們都無(wú)法同時(shí)把電子的運(yùn)動(dòng)速度和位置（坐標(biāo)）精確地測(cè)定出來(lái)；于是，大家不得不通過(guò)尋找電子在核周?chē)目臻g中出現(xiàn)的概率的方式來(lái)描述電子的運(yùn)動(dòng)特征。用這種方式描述核外電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，就可以找到電子的運(yùn)動(dòng)空間（這個(gè)空間實(shí)際上就是原子軌道）。而且，電子在原子核外的不同空間中出現(xiàn)的概率不同。當(dāng)把原子中全部有電子占據(jù)的原子軌道的空間都重疊在一起時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，這些空間重疊的結(jié)果——電子占據(jù)的全部空間的形狀和球形幾乎一模一樣。由此，我們就可以將原子看成是一個(gè)球了。

原子的球形

需要說(shuō)明，上述圖片中原子軌道的空間形狀，就是軌道中電子運(yùn)動(dòng)空間的形狀。圖中空間的形狀所呈現(xiàn)的兩種顏色源于各空間所對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)函數(shù)的值有正、負(fù)差別，但不管是哪種顏色的空間部分，電子都會(huì)在其中出現(xiàn)。

2、電子的能量

原子核外電子的能量與電子到核的距離有關(guān)。我們?cè)谟懻撛印⒎肿又须娮拥模偅┠芰繒r(shí)，為研究方便，特別定義離原子核無(wú)窮遠(yuǎn)處的電子的能量等于零。由于離核無(wú)窮遠(yuǎn)的電子與核沒(méi)有任何相互作用，所以，沒(méi)有核約束它的運(yùn)動(dòng)，這時(shí)的電子其實(shí)就是自由電子。

然而，電子不可能離核無(wú)窮遠(yuǎn)，所以，只要離核不是無(wú)窮遠(yuǎn)，電子的能量就都是負(fù)值。電子離核越近，其能量E（負(fù)值）的絕對(duì)值就越大，能量就越低。這就是我們常說(shuō)K層中電子的能量比L層的低的原因。

怎么理解原子核附近電子的（總）能量為負(fù)呢？電子的（總）能量包括電子與核之間的吸引勢(shì)能Ep（負(fù)值，中學(xué)物理學(xué)過(guò)）和電子運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能Ek（正值）。因?yàn)镋p的絕對(duì)值總是大于Ek，所以，核附近電子的（總）能量就為負(fù)值。原子電離能的數(shù)值為正值（有例外）就與此相關(guān)。所謂電離，本質(zhì)上就是環(huán)境提供一個(gè)正的能量，用于彌補(bǔ)核外電子本身負(fù)的能量，使電子的能量升高，達(dá)到能量的零點(diǎn)，于是，電子就電離（自由）了。

需要說(shuō)明，如核外有多個(gè)電子，則電子之間還有排斥勢(shì)能（正值），但這仍然不會(huì)改變核外電子的（總）能量為負(fù)的結(jié)果。

核外電子的總能量

核外電子的能量關(guān)系