普通化學/量子模型
事實證明，光子不是唯一像波和粒子一樣的東西。電子也具有這種特性，被稱為波粒二象性。電子可以被認為是具有特定波長的波，因此它們只能在原子核周圍以特定距離形成圓圈，這些距離是波長的倍數。當然，這帶來一個問題：電子是特定位置的粒子，還是一般區域的波？維爾納·海森堡試圖用光子來定位電子。當然，當光子到達電子時，電子會改變速度，並移動到激發態。因此，不可能同時精確測量電子的速度和位置。這被稱為觀察者效應。這經常與海森堡不確定性原理混淆，海森堡不確定性原理更進一步，指出粒子的位置和動量可以知道的程度是有限制的。這是因為電子在被觀察到與其周圍環境相互作用時，無法同時表現出其波和粒子性質。電子的動量與其速度成正比，但基於其波性質；其位置基於其在空間中的粒子位置。海森堡不確定性原理是一種科學困境：你對某物的速度瞭解得越多，你就越少了解其位置；你對某物的定位瞭解得越多，你就越少了解其速度。這種不確定性的意義在於，你永遠無法準確地知道原子電子的位置，只能知道它們最有可能在哪裡。
在原子的微小尺度上，電子的粒子模型不能準確地描述其性質。電子往往更像水波而不是檯球。在任何一個時刻，檯球都在某個確定的位置；它還在某個確定的方向上以某個確定的速度運動。這對波或電子來說肯定不是真的。海森堡不確定性原理指出，無法同時確定電子的確切位置和動量。這是因為電子在同一時間根本沒有確定的位置和運動方向！
嘗試理解這一點的一種方法是將電子想象成波而不是粒子。想象一下把一塊石頭扔進池塘裡。波紋開始從那個點散開。我們可以回答“波在哪裡？”這個問題。“它就在你扔石頭的地方”。但我們無法回答“波向哪個方向移動？”這個問題，因為它向所有方向移動。它正在擴散。現在想象一下海邊的浪潮。我們知道運動方向。它是直接朝海灘的方向。但波在哪裡？我們無法確定確切的位置。它沿著水面。
如果我們永遠無法準確地知道電子的位置，那麼我們如何瞭解它們在原子中執行的方式？埃爾溫·薛定諤發展了量子力學模型，它描述了電子在給定系統中的行為。它可以用來計算電子在給定位置被發現的機率。你不知道電子確切在哪裡，但你知道它最有可能和最不可能在哪裡被發現。在原子中，波函式可以用來模擬一種形狀，叫做軌道，它包含電子幾乎肯定在其中被發現的區域。
在接下來的部分中，我們將學習有關電子所在的殼層、亞層和軌道。儘量不要感到困惑；這可能很困難。理解這些資訊將幫助你學習關於鍵合的內容，這非常重要。
每個在原子中執行的電子都有一組四個數字來描述它。這四個數字，稱為量子數，描述了電子圍繞原子核的執行軌道。原子中的每個電子都有一組獨特的數字，並且如果電子的軌道改變，這些數字也會改變。例如，如果發生鍵合，或電子被激發到更高的能量軌道。在下一章中，我們將學習這四個值的含義。
 | 請記住，你很快就會看到的軌道圖顯示了電子最有可能存在的區域，而不是其確切軌道。它就像一張灑水器澆灌草坪的圖片，電子是水滴。你知道水的總體區域，但不知道每個水滴的確切位置。在軌道圖中，你知道電子可能存在的總體區域，但不知道其確切路徑。這是不確定性原理的結果。 |