Odpowiedź na to pytanie jest wielce nietrywialna.
Wbrew temu co zakłada model Bohra, elektrony wcale nie krążą wokół jądra, jak planety wokół Słońca. Tworzą one chmury elektronowe i możemy jedynie mówić o gęstości takiej chmury.
Tylko dla atomu wodoru jesteśmy w stanie dokładnie policzyć, jak taka chmura elektronowa wygląda (zarówno dla stanu podstawowego, jak i dla stanów wzbudzonych). Dla wszystkich innych atomów pozostają metody przybliżone. Gęstość elektronowa będzie wtedy superpozycją przyczynków od poszczególnych elektronów. Zgodnie z zakazem Pauliego, nie mogę istnieć dwa elektrony w tym samym stanie kwantowym, zatem rozkład gęstości ładunku w N-elektronowym atomie można otrzymać z tzw. gęstości jednocząstkowych, czyli kolejne elektrony dodajemy w stanie o możliwie najniższej, ale jeszcze dostępnej energii (energia ta jest opisywana liczbami kwantowymi n, l, m, ms). Niektóre, różne stany mają taką samą energię (np. dwa elektrony różniące się spinem) i takie zjawisko nazywamy degeneracją, lub zwyrodnieniem.
Gęstość zanika wraz z odległością od jądra, przy czym nie musi się to dziać w sposób monotoniczny. Stany opisywane większymi liczbami n mają gęstość, która zanika, ale oscyluje w funkcji odległości od jądra. O kształcie chmury elektronowej decyduje moment pędu l oraz rzut momentu pędu na oś z (opisywany liczbą m), albowiem te dwie liczby kwantowe identyfikują tzw. harmonikę sferyczną. Tak na przykład l=0 odpowiada sferycznie symetrycznemu rozkładowi gęstości, l=1 to taki "hantelek" wzdłuż osi x,y lub z itd. Oczywiście jeśli wszystkie stany o danej energii (wszystkie stany zdegenerowane) są zajęte, to również mamy do czynienia ze sferycznie symetryczną gęstością elektronów. Dlatego wszystkie elektrony rdzenia dają sferycznie symetryczny wkład do gęstości i dopiero elektrony walencyjne, lub elektrony pół-rdzenia (ang. semi-core - ważne są dla metali bloku f) determinują rozkład gęstości czyli to, co ewentualnie widzimy w eksperymencie.
pozdrawiam
