化学中的量子理论
概率密度(probability density)
想象一团细密的薄雾喷洒在房间里——在某些角落浓白如奶,在另一些角落稀薄清澈。如果你伸手抓一小把空气,你最有可能在雾最浓的地方抓到雾。概率密度对一个量子粒子来说,正是这个意思:一张铺在空间上的地图,它的浓淡告诉你,在每一处、如果你去看,你找到粒子的可能性有多大。
更准确地说,概率密度是波函数大小的平方。波函数本身可以是负的或复数,但把它的大小平方,总会得到一个正数,这个数的行为就像一种真实的、物理上的「可能性浓度」。要得到在某块区域内找到粒子的实际概率,你要把这块区域上的密度全部加起来(积分)。密度高的地方,粒子很可能在;密度为零的地方——即节点处——粒子永远不会出现。
诚实的限定在「密度」二字。单独一个数学点上的概率密度本身并不是一个概率——它是单位体积内的概率,就像质量密度是单位体积内的质量。只有乘上一个体积,它才变成一个真正的概率。对化学来说,这张地图就是我们所说的电子云或电子密度的全部含义,也是化学键、化学反应以及 X 射线晶体学最终所测量的东西。
氢的 1s 概率密度在原子核处最浓,并向外平滑地变淡。但如果你换个问法,问电子最可能出现在距核多远处,答案却是约一个玻尔半径处的一层壳——因为虽然靠近核的每一点都很浓,但更外层的壳里,总的体积要大得多。
在核处最浓,最可能却出现在外面一层壳——体积也要算进去。
概率密度和径向分布(每层壳的概率)容易混淆。对 1s 轨道而言,前者在原子核处达到峰值;后者却在稍远处达到峰值,因为它要按每层壳大得多的表面积来加权。
又称
另见