原子的核外电子跃迁,并不是科学家们所说的电子在轨道之间的跃迁,而是电子在原子内外的跃迁。电子从空间进入原子能级层时为吸收能量;电子从原子能级层逃出原子时为释放能量。能量大小取决于电子进出原子层时的层级位置。
目前(百度科普)认为:“电子跃迁本质上是组成物质的粒子(原子、离子或分子)中电子的一种能量变化。根据能量守恒原理,粒子的外层电子从低能级转移到高能级的过程中会吸收能量;从高能级转移到低能级则会释放能量。能量为两个能级能量之差的绝对值”。
据上,电子跃迁是电子在原子能级轨道上的位置变动,是电子从内层跃迁到外层,或从外层跃迁到内层,并在跃迁的同时吸收或释放能量。这个观点在许多人眼里没有问题,但只要你“停下脚步”来仔细想想,实际上是有明显有错误的。试想,如果电子跃迁时没有逃离原子,电子只限于原子的能级之间跃迁。那么,原子怎么能做到吸能,又怎么会做到放能呢?可以肯定地说,电子没有脱离原子核束缚、没有离开原子,能量是不会产生的;反之,电子没有从外面进入到原子的电子层轨道,原子是不会吸收到能量的。
说到吸能和放能,不得不提一下能量是什么的问题。能量不是别的什么东西,能量就是物体的运动力。吸能和放能的本质就是电子进出质子、离子和分子时的运动力。试想,假如电子静止不动,那么该电子就不会对其他物体产生力的作用,没有了力的作用,也就没有了能量。这是理解好吸能与放能机制的一个关键点。
电子跃迁时发生的能量,只可能来自于核外电子高速逃离原子。所以电子高速运动所携带的动能就是能量。
什么是吸能
吸能,意味着一个质子、离子、分子,因受到环境能量(粒子运动撞击力)作用,原先结合在一起的两个离子(以离子为列)之间的间隔距离被强行分离。导致离子之间原来直接接触的异性电荷相吸力被环境能量解除。也就是说,两个离子本来靠得较近,它们的外层电荷力轨道是重叠在一起的,因而它们的电荷力是平衡的。后来,受到环境能量攻击分离开来后,就腾出了原有的离子之间的电荷力作用位置(能层),离子变成了正(阳)离子,它上面的正电荷力有重新吸引住环境电子而趋向于自身平衡。于是,刚刚被迫分离出去的两个离子,就会从空间环境中通过异性相吸力来得到相应数量的电子并受其束缚。从此,离子成为了原子。同时,该原子的周围空间环境因此失去相应量的运动电子而出现降温。
什么是放能
放能机制恰恰与吸能相反。放能,意味着一个质子、离子、分子,在受到环境温度或压力作用时,两个原子之间的间隔距离靠近并取代原子的核外电子位置(电子层),直接以离子的存在形式结合在一起。当两个原子结合并取代核外电子电荷力轨道时,电子因失去原子的电荷力束缚,随后转变成了排斥力而逃离出原子。而电子从原子的外层(次外层)轨道逃逸到外部空间,正是该原子的放能现象。同时,原子的结合也就变成了离子。
那么,同样一种原子,它们又是如何结合成分子的呢?答案是依据它们的电荷量。当一个原子与其他两个原子结合成化合物时,其中一个原子腾出两个正电荷;另外两个原子各自腾出一个负电荷。即一个原子上释放出两个最外层电子;另两个原子上各释放出一个最外层电子。
结论
目前,物理教科书上把核外电子进出电子层,说成是电子在能层之间的跃迁,跃迁的同时释放或吸收能量。至于如何吸能和放能以及能量是什么?在论述时或是拖泥带水,或是轻描淡写地一笔带过,这让不少人对于电子跃迁仍然是似懂非懂。
电子跃迁,在原理上讲并不复杂。由于核外电子呈现分层排布。越是处于外层的电子,其离心力就越大,抵御和抗衡质子电荷吸引力作用就越强。同时,让电子脱离轨道所需要付出的能量也就越小。
电子跃迁不存在电子层之间跃迁,只存在原子与空间之间的跃迁。吸能是将环境电子纳入为原子的核外电子;放能是将原子的核外电子释放到外部空间。其机制是,原子之间靠近,最外层电荷轨道重叠,原子之间的电荷力轨道直接发生异性力作用,并取代原先的电子电荷(负电荷)。电子失去原子核正电荷吸引力的同时抛弃原子并产生排斥力,电子因此受到激发而高速逃离原子,电子的高速逃离运动,便是放能。
原子(离子)中的质子并不一定是真的需要一个核外电子来与自身构成一个对应的电荷力平衡体,而它仅仅是需要一个与质子相反的电荷力。即异性电荷力即可。这个电荷力的附带体可以是电子,也可以是离子或分子。
电子依次排布的依据是质子吸引住一个电子的间隔距离,一个被质子牵引住的电子,它们之间的间隔距离是固定不变的。如果遇到环境温度变化,电子要么因温度升高而逃离该质子控制,从而成为自由电子或光子(光的承载物);要么在环境温度降低后电子重新回到它的原来位置(电子层)。即由离子态再恢复到原子态。