Электрон имеет двойственную природу. Находясь в непрерывном движении в поле ядра атома, он проявляет одновременно свойства частицыЭлектрон как частица имеет массу, заряд, собственный момент импульса. (корпускулы) и волны.Волновые свойства проявляются в дифракции и интерференции электронов. Связь между волновыми и корпускулярными свойствами электрона отражает соотношение де Бройля: λ = h / mv,

где λ – длина волны электрона; m – его масса; v – скорость;
h = 6.62 • 10^-34 Дж • с – постоянная Планка.

Поведение электрона подчиняется законам квантовой механики, фундаментом которой является принцип неопределённости, основанный на корпускулярно-волновой природе микрочастиц.

* Квантовая механика [скрыть]
Квантовая механика — физическая теория, устанавливающая законы движения микрочастиц (электронов, протонов и др.). Основные отличия квантовой механики от классической, описывающей движение макрочастиц, заключаются в следующем:
1. Некоторые физические величины в квантовой механике имеют вероятностный характер. Например, положение (координаты) и скорость микрочастицы невозможно определить точно, а можно лишь рассчитать вероятность их различных значений.
2. Изменение некоторых физических величин в квантовой механике происходит не непрерывно, а дискретно. Например, энергия микрочастицы может иметь лишь некоторые определенные значения.
Квантовая механика является теоретической основой, на которую опирается современная теория строения атомов, атомных ядер, молекул и физических тел.
[показать] [скрыть]
* Принцип неопределённости [скрыть]
Принцип неопределённости Гейзенберга. Экспериментальные исследования свойств микрочастиц (атомов, электронов, ядер, фотонов и др.) показали, что точность определения их динамических переменных (координат, кинетической энергии, импульсов и т.п.) ограничена и регулируется открытым в 1927 г. В.Гейзенбергом принципом неопределённости. Согласно этому принципу динамические переменные, характеризующие систему, могут быть разделены на две, взаимодополняющие, группы:

1) временны́е и пространственные координаты (t и q);
2) импульсы и энергия (p и E).

При этом невозможно определить одновременно переменные из разных групп с любой желаемой степенью точности (например, координаты и импульсы, время и энергию). Это связано не с ограниченной разрешающей способностью приборов и техники эксперимента, а отражает фундаментальный закон природы. Его математическая формулировка дается соотношениями:

где Δq, Δp, ΔE, Δt – неопределенности (погрешности) измерения координаты (q), импульса (p), энергии (E) и времени (t); h – постоянная Планка.

Обычно достаточно точно указывают значение энергии микрочастицы, так как эта величина сравнительно легко определяется экспериментально.

[показать] [скрыть]

Энергию и координаты электрона, как и других элементарных микрочастиц, невозможно одновременно определить с одинаковой точностью. Если энергию электрона можно измерить довольно точно, то его движение в атоме нельзя описать с помощью определенной траектории. Электрон может находиться в любой точке пространства около ядра атома, но с разной вероятностью.

• Часть околоядерного пространства, в котором вероятность нахождения электрона максимальна (не менее 90%), называется электронной орбиталью.
Понятие "орбиталь", в отличие от термина "орбита", отражает не траекторию движения электрона, а  облако вероятности  его присутствия.
Электронная орбиталь в атоме является атомной орбиталью (АО), в молекуле — молекулярной орбиталью (МО).

Для простейшей электронно-ядерной системы, содержащей один электрон и один протон (атом водорода), атомная орбиталь представляет собой сферическую область пространства вокруг ядра (протона):

Примечание. В данном видео, к сожалению, не отражены волновые свойства электрона. Поэтому фраза "Как он (электрон) попадает из одной точки в другую, до сих пор остаётся загадкой." (timeline 3:32-3:37) вводит в заблуждение.

Согласно основному принципу квантовой механики о волновой природе микрочастиц, движение электрона может быть описано волновой функцией ΨΨ (греч. пси)(x, y, z), характеризующей амплитуду волны в координатах x, y, z (начало координат соответствует положению атомного ядра). Ψ-функция (пси-функция) является решением волнового уравнения Шрёдингера:

Е Ψ = Ψ,
где Е – полная энергия системы, – оператор Гамильтона.Оператор Гамильтона (оператор полной энергии)
где h – постоянная Планка, m – масса частицы,
U – потенциальная энергия частицы,
E – полная энергия системы,
x, y, z – координаты частицы.

В математическом представлении Ψ-функция является амплитудой стоячей волны,
• — узел волновой функции. то есть может иметь положительный или отрицательный знак, а также содержать узлы (при Ψ = 0), где знак функции меняется на противоположный.
Физический смысл имеет не сама Ψ-функция, а квадрат её модуля |Ψ|²dV, который определяет вероятность нахождения электрона в элементарном объеме пространства dV с координатами x, y, z.

• Величину |Ψ|² называют плотностью вероятности или электронной плотностью.
• Область пространства с максимальным значением |Ψ|²dV (не менее 90% вероятности) принято считать электронной орбиталью.
• В случае |Ψ|² = 0 (при Ψ = 0) орбиталь имеет узловую поверхность, где вероятность присутствия электрона равна 0 (пример).Схематическое изображение электронной орбитали c одним узлом
  
  Знаки "+" и "–" относятся к Ψ-функции
  (не путать с зарядами).
  Внешняя поверхность орбитали не является узловой, так как электрон может находиться за пределами её условной (вероятной) границы. Следовательно, на поверхности орбитали |Ψ|² ≠ 0.
  Наличие узловой поверности повышает энергию орбитали. Наиболее низкой энергией обладает не имеющая узлов орбиталь атома водорода (см. выше). Как низшая по энергии, эта орбиталь (обозн. 1s) входит в электронную конфигурацию любых атомов.
• Вследствие волнового движения заряд электрона (–1) распределён ("размазан") по всему объёму атомной орбитали.