对“原子轨道”教学的思考 白建娥 摘要：辨析原子轨道及相关概念,比较人教版与鲁科版新教材中原子轨道的编排方式,提出高中阶段原子轨道教学宜简单化处理。 关键词：原子轨道波函数电子云 原子轨道是什么?不同教材定义有别,“人们把这种电子云轮廓图称为原子轨道[1]”“原子轨道是量子力学描述电子在原子核外空间运动的主要区域[2]”“量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道[3]”,等。那么,原子轨道究竟是“图”“区域”还是“运动状态”呢? 一、原子轨道是“函数” 阴极射线实验、电子衍射实验等证实原子核外运动的电子具有“波粒二象性”。1926年,奥地利科学家薛定谔类比光波,建立了一个能够描述核外电子波粒二象性的数学方程,即著名的“薛定谔方程”。薛定谔方程是一个“二阶偏微分方程”,求解薛定谔方程,可以得到描述核外电子运动状态的波函数以及与该状态相对应的能量。波函数是包括3个常数项和3个自变量的函数式。数学上由薛定谔方程解出的波函数可以有许多个,但物理意义上并非都合理。为了得到描述核外电子运动状态的合理解,3个常数项只能按一定的规则取值,得到3个轨道量子数(主量子数、角量子数和磁量子数)。量子力学(研究微观粒子运动规律的科学)中把波函数叫作“原子轨道”。可见,原子轨道=波函数=薛定谔方程的合理解[4]。 笔者认为,之所以把描述核外电子空间运动状态的波函数称为“原子轨道”,是为了纪念提出原子结构“量子化轨道模型”的丹麦物理学家玻尔,是玻尔将“轨道量子化”“能量量子化”引入原子结构模型中。玻尔的假设中“核外电子处于定态时有确定的能量”“原子光谱源自核外电子的能量变化”等充满创造性的思想被量子力学所继承[5],加速了量子力学理论的发展。
