Со школьного курса физики мы знаем, что атом имеет ядро из протонов и нейтронов, а вокруг вращаются электроны. Этакая модель атома в виде маленькой солнечной системы, в которой роль Солнца выполняет ядро, а роль планет - электроны
Однако, современные исследования показывают, что электрон хоть и кажется нам частицей, может выглядеть и волной. Есть подозрение, что любые элементарные частицы являются некими стоячими волнами в полях, и это подозрение находит подтверждения. Сам по себе электрон сфотографировать невозможно ввиду того, что его размеры сильно меньше самой малой длины волны, которой мы можем оперировать. Однако, есть иные способы заглянуть в микромир, и результат отличается от нашего привычного представления. Скорее всего, и протоны являются волной в поле, и нейтроны, и электроны. И сами атомы, скорее всего, выглядят так:
Поскольку мы не можем узнать размер электрона, зная его местороложение в пространстве, и не можем оценить его размеры, зная точное местоположение (неопределённость Гейзенберга), то единственный способ построить качественную визуализацию атома - это совместить одно с другим, используя множество вероятных положений
Интересно то, что электроны не представляют из себя и концентрические облака вокруг ядра - они могут иметь и форму конусов, и эллипсов
Так получается ввиду того, что электронам маловато места в этом ограниченном объёме, а поскольку сам по себе электрон не является чем-то твёрдым - он может принять любую наиболее удобную форму, например:
Как видим, если электрон один - его облако напоминает шарик вокруг ядра. Если их два - то это похоже на две полусферы (электроны имеют одинаковый заряд и отталкиваются друг от друга, но вынуждены притягиваться к ядру хоть какой-то стороной). Если электронов четыре - то это выглядит как четыре конуса вокруг ядра. Если шесть - как шесть конусов.
Дальнейшие формы атомов связаны с заполнением уровней, на которых могут располагаться электроны, и на последней картинке мы с вами видим уже такой цветочек-букетик из ядра и электронов.
Из последующих визуализаций мы поймём, почему всё-таки электроны предпочитают принимать форму конусов
Дейтерий - изотоп водорода с "лишним" нейтроном, в результате положения которого нейтрона единственный электрон атома вынужден отклониться в сторону и принять форму конуса. Атом не стабилен, потому что к такой конструкции легко прилепятся ещё пара нейтронов, обеспечив баланс сил, и получится гелий:
Гелий является пространственно стабильным и прочным элементом, поэтому может служить каркасом для создания более сложных атомов. Дальнейшее присоединение нейтронов и электронов возможно только к одному из двух свободных поляризованных нейтронов, поэтому
атом лития выглядит так:
Однако, атом бериллия уже выглядит не так, как мы с вами могли бы ожидать - не второй конус слева, а конус внутри самого первого конуса. Это объясняется наиболее энергетически выгодной позицией для электронов, которую нам пытались объяснить еще в школьном курсе химии с помощью таблиц распределения электронных орбиталей
Надеюсь, принцип формирования формы атомов вам стал слегка понятен, и статья тут не о самих принципах, а только о формах
И напоследок - как выглядит атом неона,
И дальнейший принцип присоединения новых нейтронов и электронов
А теперь представьте, что всё это хозяйство ещё и свободно вращается в трёх плоскостях, а каждый протон, нейтрон и электрон являются стоячей волной непонятно чего в поле из неизвестно чего. Что это за поля такие, мы можем лишь пока предполагать в теориях, и загадок там больше, чем отгадок. Например, никто толком не знает, что такое энергия... А если хватит пространственного воображения, чтобы нарисовать как выглядит это всё - нарисуйте, явите это миру)