物质结构基础

    原子中电子的运动和光子的运动一样，具有波粒二象性，运动是无轨迹可言的，这就意味着在一确定时间却没有确定的位置，这一点可用海森堡不确定原理来说明，因而原子中电子的运动不遵循经典力学的规律，没有经典理论描述中的“轨道”，而是服从量子力学的规律，需用统计规律来描述。

    波函数ψ(n,l,m)是空间坐标的函数，它是描述核外电子空间运动状态的数学函数式，这种波函数又称为原子轨道，原子轨道是量子力学用来描述电子运动状态的形象化表示。每一个波函数代表核外电子的一种空间运动状态，表示一个轨道。这里的轨道的含义与行星、火车等宏观物体的轨道的概念是不同的。

    量子力学所研究的只是高速运动的电子在核外空间某一处所出现的可能性，即概率。而概率密度|Ψ|²（波函数ψ的绝对值平方）是指该粒子在空间任一微小区域（数学术语是“体积元”）里出现的概率。概率和概率密度的关系犹如质量和密度的关系一样。概率是某体积中电子出现的可能性，它是这个体积和该体职的概率密度的乘积。而电子云是电子在核外空间出现的概率密度分布的形象化描述，当以电子云图像来描述电子在核外空间出现的概率密度时，黑点密的地方表示电子在此处出现的概率密度大，黑点稀的地方表示电子在此处出现的概率密度小。

    由上述定义可见,原子轨道的含义并不等于电子的概率密度分布，更不等于电子云。原子轨道是指电子在一定空间运动状态，而电子的运动状态除了有一定的概率密度分布外，还有一定的其他物理性质，如能量、平均距离等，电子云只是电子在核外空间出现的概率密度分布的形象化表示法，而且原子轨道的图像与电子云的图像也不同，除了形状略有不同外(原子轨道的图像“胖”，电子云的图像"瘦”)，其差别还在于波函数的角度分布图像有正、负号之分，而电子云的角度分布图像没有正、负号之分。换言之，波函数的符号不影响电子的概率密度分布，它的符号差异，在原子轨道线性组合成分子轨道时起关键作用。