كيف يمكن للإلكترون أن يتحرك حول النواة بسرعة كبيرة?

لا يتحرك الإلكترون حول النواة. أنت تفكر في نموذج بوهر للذرة, التي ثبت أنها غير كافية أكثر من 100 سنين مضت. يستمر ظهور هذا السؤال وغيره من الأسئلة المشابهة. أعتقد أن الوقت قد حان لأن نبدأ في القراءة قليلاً عن الجزيء لنتعلم جميعًا كيف يعمل.

للإلكترون خصائص تشبه الجسيمات (مثل فكرة أنه قد يتحرك حول نواة), وخصائص تشبه الموجة. في ذرة, يعرض خصائصه الشبيهة بالموجة في مستويات طاقة الذرة. وبالتالي, بدلا من جسيم يدور حول النواة, أفضل تشبيه لكيفية وجود الإلكترون في الذرة هو التفكير في موجة ثابتة ثلاثية الأبعاد (التوافقيات الكروية). فقط "أطوال موجية" معينة ستعمل على خلق حالة مستقرة. جميع الأطوال الموجية الأخرى (الطاقات) سوف تدمر نفسها.

قد يكون من الأسهل التفكير في موجة واقفة خطية (كما هو الحال في وتر الغيتار).

أبسط طريقة للاهتزاز (ن = 1) هو المكان الذي يهتز فيه الوتر كله ذهابًا وإيابًا معًا. هذه أيضًا هي أدنى حالة اهتزازية للطاقة في الوتر. لا يوجد n = 0 حالة اهتزازية.

ثاني أعلى حالة طاقة اهتزازية (ن = 2) لديه الوتر يهتز في أحد طرفيه ولكن لأسفل في الطرف الآخر (مرحلة الطرفين متقابلة). يحتوي هذا الوضع على نقطة واحدة على السلسلة حيث لا يهتز الوتر يسمى العقدة.

كل دولة أعلى تباعا (ن = 3،4،5 ...) يحتوي على عقدة إضافية واحدة لذلك يكون عدد العقد دائمًا n-1. هذا يجعل التردد الاهتزازي أعلى في كل خطوة في قيمة n وكذلك طاقة الاهتزاز. الرسم التالي مسروق من ويكيبيديا الجسيمات في صندوق – ويكيبيديا. يظهر فكرة الجسيمات (ا) مقابل فكرة الموجة (من B إلى F.) لنظام اهتزازي أحادي البعد. مفهوم حالات الطاقة المستقرة المختلفة واضح إذا نظرت إلى ب,C,د (ن = 1،2،3, على التوالي). انها واضحة, مشاهدة الرسوم المتحركة أن الحالة مستقرة عند تلك الأطوال الموجية المعينة. إذا شاهدت الرسوم المتحركة لـ E و F., يمكنك أن ترى أن النظام فوضوي إلى حد ما وغير مستقر لأن الطول الموجي ليس صحيحًا لنظام معين. الأطوال الموجية غير المستقرة ستلغي نفسها بسرعة, ولم يتبق سوى الاهتزازات المستقرة.

في بعدين, إذا كنت قد سمعت من قبل عن الطبول الفولاذية, يتم استخدام نظام العقد هذا لتدوين جميع الملاحظات التي تسمعها من سطح صلب واحد. كل نغمة هي طاقة اهتزاز مختلفة مع عدد مختلف من العقد. يثير اللاعب وضع الاهتزاز المعين (نوتة موسيقية) بضرب السطح بأقصى اهتزاز لتلك النوتة (ليس في عقدة).

في ثلاثة أبعاد, نفس الفكرة تحدث. بالإضافة إلى زيادة عدد العقد مع n, كما يزداد عدد أنواع العقد. نحتاج إلى إدخال أرقام كمومية جديدة لتسمية هذه الحالات. الأول هو ل (ل = 0 ، ... ن -1), وهو أبسط ما يمكن التفكير فيه على أنه عدد العقد ذات الزوايا في الطبيعة (يذهبون إلى الصفر بزاوية معينة) و مل (-ل,..0,..+ل), الذي يصف اتجاه العقد.

وبالتالي, لـ n = 1, لا توجد عقدة ممكنة لذلك l = 0 و مل = 0

لـ n = 2, هناك عقدة واحدة ممكنة ويمكن أن تكون زاوية (ل = 1) أو كروي (ل = 0). الحالة التي يمثلها l = 0 لها اتجاه واحد فقط لأنها كروية (ق المداري) لكن الحالة مع l = 1 تحتوي على ml = -1,0,+1, بمعنى أن لها ثلاثة توجهات مختلفة (مقصف, السنة التحضيرية, ص). لاحظ أن قيم ml تُستخدم في الفضاء المعقد ولا تتوافق مع الفراغ الديكارتي x,و,ض. هنا توضيح آخر للتوافقيات الكروية ثلاثية الأبعاد, نستخدمها لتخيل المدارات الإلكترونية في الذرة.

صورة فوتوغرافية: HTTPS://en.wikipedia.org/wiki/Spherical_harmonics

الصف العلوي هو المداري s. ل = 0

التالي هو مجموعة من ثلاثة مدارات p. ل = 1

الثالث هو مجموعة من 5 د المدارات l = 2

الصف السفلي هو مجموعة 7 و المدارات ل = 3.

تتدهور طاقة كل صف (تعني نفس بعضها البعض). لذلك إذا كان لدينا إلكترون في المدار s, سيكون مختلفا (أدنى) مما لو كانت في مدار p من نفس المستوى n.

تخيل لونًا مختلفًا بالطريقة التي ترى بها الاهتزازات أحادية البعد أعلاه تهتز لأعلى أو لأسفل. يمثل اللونان مرحلة المدار (غالبًا ما نستخدم ملف + أو – علامة تعني مرحلة المدارات, ليس التهمة).

هناك الكثير لنتحدث عنه هنا فيما يتعلق بالمدارات ، لكن المهم هو أن لا أحد من هذه الإلكترونات تظهر تدور حول النواة. لقد أظهروا أن الإلكترونات موجودة كموجات ثابتة ثلاثية الأبعاد حول النواة. هذا مفهوم مختلف تمامًا.

ائتمان: مايكل مومبوركيت