关于验电器与金属的一个问题

关于验电器与金属的一个问题
金属内有自由电子在移动,而验电器的原理又是当带电体触碰验电器的金属球时,部分电子会转移到验电器的两片金属箔上,这两片金属箔会因为带同种电荷互相排斥而张开那么理论上说,如果直接用一根金属触碰验电器上的金属球,那原本在金属内自由移动的一些自由电子岂不是也会转移到两片金属箔上,那么验电器应该会有反应,而事实上验电器又不会出现反应,这究竟是怎么回事?

金属内存在的自由电子和束缚电子是用来和原子核的质子进行电荷平衡用的,以此来保持金属在宏观上保持电中性.如果一块金属保持电中性,此时和验电器接触,由于二者均处于电中性,那么二者接触时,仍然处于电平衡状态,所以,即使有自由电子的移动,也不会产生宏观上的电荷移动现象.而只有当金属有多余的电荷时,由于此时金属和验电器的带电情况不同,所以,二者接触时,体系是不平衡的,所以才会产生电荷有一部分转移到验电器上的现象.
再问： 稍有理解了，能否讲得再通俗点
再答： 简单些说，就是金属中虽然有自由运动的电子，但是会受到原子核的影响，金属整体会处于动态平衡的状态，即宏观不带电的状态。如果用不带电的金属触碰不带电的验电器，由于二者触碰后仍处于动态平衡的状态，所以，即使微观上来看有电子在自由移动，但是，宏观上看不到电荷的移动。 用数字做个简单的说明：当不带电的金属棒与验电器触碰后，1s内，可能有10000个自由运动的电子从金属棒运动到了验电器上，但是，由于动态平衡的约束，在这1s内同时又有10000个自由运动的电子从验电器运动到了金属棒上，虽然从微观上看二者进行了电子的交换，但是宏观上来看，二者交换电子与否并不影响宏观状态，所以验电器不会检测到电荷。
再问： 1请问1s内有10000个自由电子从验电器运动到金属棒上中，这10000个自由电子是从金属棒移走的那些自由电子还是验电器金属球中的自由电子，还是验两者混合在一起？ 2有没有可能当你把金属棒放在验电器上时，验电器中的自由电子和金属棒中的自由电子在互相交换着，也就是你所说的宏观上还是平衡状态，结果你将金属棒移开的一瞬间，原本从金属棒上移走的10000个自由电子只回来了9998个，结果金属棒因此带电了
再答： 对于第一个问题，是没有答案的。因为电子的运动不能简单地用经典的模型计算，而要利用量子力学进行描述，而用量子力学解决的话就会带来一个问题，就是粒子不可分辨，即粒子具有全同性。在现在的问题中，就是，所有的自由电子都处于一个相同的势场中（金属棒和验电器产生的电场），这样，自由电子处于相同的量子态，而相同的量子态在波函数重叠的区域是不可分辨的。但是，如果电子距离足够远，那么还是可分辨的。简单些理解，这些电子长得都是一样的，你分不出哪个是哪个，所以，对于这10000个电子，你说的这3种可能都存在，只是概率不一样。 对于第二个问题，电平衡建立的时间是非常短的，你移开金属棒的时间与之相比，可以认为是无限长，所以，你说的情况不存在。当然，这只是我的个人观点，有可能在微观上存在你说的情况，但是由于静电力太小了，检测不到。不过我还是觉得不存在这种可能。
再问： 我还有一个问题： 书上说要形成物质，原子必须依靠共用外层电子来抱成团 请通俗的解释下原子是如何以及为什么会共用外层电子的？
再答： 打一个简单的比方：设想你和另一个人，你们两个开始时相距很远，这时显然你们是两个独立的个体。有一天，你们两个相遇了，这时，如果你们两个发现性格不合，那么显然你们是不会成为朋友的，所以，你们又会互相远离而去，寻找各自的新朋友。但是，也有可能你们发现你们两个很合得来，于是你们决定成为好朋友。成为好朋友之后，你们想时时刻刻都在一起，不想分开得太远，怎么办？一个最简单的办法就是你们手拉手，这样，你们就成为了一个整体。 原子之间的结合与此类似，两个原子最开始相距很远，是两个独立的原子，一旦他们接近到一定程度，就可能结合在一起形成更加稳定的整体——分子，这时，外层电子就相当于是原子的“手”，两个原子各贡献一只手，拉在一起，使得两个原子不会分开。这种情况，在量子力学中称为电子的成键态。这两个原子也有可能由于形成的整体还不如各自稳定而再次分开。这种情况，在量子力学中称为电子的反键态。成键态要求两个原子贡献的电子的自旋方向相反，只有这样，分子才会呈现稳定的状态，而如果两个原子贡献的电子的自旋方向相同，这就是反键态，此时分子能量高于两个原子的能量之和，分子会再次解离成原子。简单些理解，仍用刚刚的例子，成键过程就像两个人握手，如果两个人都伸出右手，这两个人就能顺利的握手，即可以成为一个整体，对应成键态；如果一个人伸出右手，而另一个人伸出左手，则这个时候的握手是很别扭的，两个人就不能形成一个整体，对应反键态。 至于说为什么用最外层电子，这个也好理解，还用之前的例子，如果你的手里握着一根接力棒的话，那么，另外的人肯定更倾向于握住接力棒的另一端，而不是握住你的手，因为接力棒比你的手更靠近他。原子也是一样，抓住另一个原子时，会挑离自己近的部分抓，而对方原子离自己最近的部分就是最外层电子。用量子力学的理论解释的话，原子之所以用最外层电子成键，是因为最外层电子的波函数能延伸到空间更远的部分，使得两个原子靠近时，最外层电子的波函数最先发生交叠而成键。 这些都是量子力学给出的解释，要想理解的话，需要一定的物理和数学基础。如果从化学的共价键理论理解会稍稍直观一些，也不需要很多的基础，高中就会讲到，有兴趣的话可以看一看。刚刚的例子是我自己根据我对量子力学的理解想出来的，希望能对于你的理解有帮助。
再问： 反键态的形成原因是否是因为原子的类型不同？，且为什么在形成反键态后，分子的能量会高于两个原子的能量之和？
再问： 反键态的形成原因是否是因为原子的类型不同而导致不合？在反键态中，为什么分子的能量会高于两个原子的能量之和？
再答： 反键形成的原因不是因为原子类型不同，而是由于最外层电子的自旋方向相同。如果是你理解的原子类型不同导致的话，那么只有相同的原子才能结合成分子，这样的话世界上就没有几种分子能存在了，所有的生命都不会存在。 至于为什么能量会高这个问题，理解起来会比较困难。理论上是需要解薛定谔方程，利用波函数对解进行近似展开，引入库伦积分、交叠积分和交换积分，之后利用线性方程组有解的条件——克莱姆法则，可以解出两支波函数，一支能量高，即反键态，另一支能量低，即成键态。想通俗地理解这件事有些难度。化学上有一个“分子轨道理论”，直接将量子力学的计算结果整理成了一个理论体系，可能会更好理解一些，有兴趣可以参见百度百科的“分子轨道理论”词条。