Kiel elektrono povas moviĝi ĉirkaŭ la kerno kun tiom da rapideco?

Demando

Elektrono ne moviĝas ĉirkaŭ kerno. vi pensas pri la modelo de Bohr de la atomo, kiu pruviĝis neadekvata pli ol 100 antaŭ jaroj. Ĉi tiu kaj aliaj similaj demandoj daŭre aperas. Mi pensas, ke estas tempo, ke ni komencu legi iom pri la molekulo por ĉiuj lerni kiel ĝi funkcias.

La elektrono havas ambaŭ partiklo-similajn ecojn (kiel la ideo, ke ĝi povus moviĝi ĉirkaŭ kerno), kaj ondo-similaj trajtoj. En atomo, ĝi elmontras siajn ondo-similajn trajtojn en la energiniveloj de atomo. Do, prefere ol partiklo orbitanta ĉirkaŭ la nukleo, pli bona analogio al kiel la elektrono ekzistas en atomo estas pensi pri tridimensia konstanta ondo (sferaj harmonoj). Nur certaj "ondolongoj" funkcios por krei stabilan staton. Ĉiuj aliaj ondolongoj (Energioj) memdetruos.

estas eble pli facile pensi pri lineara konstanta ondo (kiel en kordo de gitaro).

La plej simpla maniero de vibrado (n=1) estas kie la tuta kordo vibras kune tien kaj reen. Tio ankaŭ estas la vibra plej malsupra energistato de la kordo. ne ekzistas n=0 vibra stato.

La sekva plej alta vibra energia stato (n=2) havas la ŝnuron vibranta supren ĉe unu fino sed malsupren ĉe la alia fino (la fazo de la du finoj estas unu kontraŭ la alia). Ĉi tiu reĝimo havas unu punkton sur la ŝnuro kie la ŝnuro ne vibras nomita nodo.

Ĉiu sinsekve pli alta stato (n=3,4,5...) havas unu kroman nodon do la nombro da nodoj ĉiam estas n-1. Ĉi tio faras la vibran frekvencon pli alta ĉiu paŝo supren en n valoro kaj ankaŭ la energio de vibrado. La sekva grafikaĵo estas ŝtelita el Vikipedio Partiklo en skatolo – Vikipedio. Ĝi montras la partikloideon (A) kontraŭ la onda ideo (B ĝis F) de unudimensia vibra sistemo. la koncepto de malsamaj stabilaj energistatoj estas klara se vi rigardas B,C,D (n=1,2,3, respektive). Estas klare, rigardante la animacion ke la stato estas stabila ĉe tiuj apartaj ondolongoj. se vi spektas la animacion por E kaj F, vi povas vidi, ke la sistemo estas sufiĉe kaosa kaj ne stabila ĉar la ondolongo ne estas ĝusta por la aparta sistemo.. la ondolongoj, kiuj ne estas stabilaj, rapide nuligos sin, lasante nur la stabilajn vibrojn.

En du dimensioj, se vi iam aŭdis ŝtaltamburojn, tiu sistemo de nodoj estas uzata por fari ĉiujn notojn, kiujn vi aŭdas de la ununura ŝtala surfaco. ĉiu noto estas malsama energio de vibrado kun malsama nombro da nodoj. la ludanto ekscitas la apartan reĝimon de vibrado (muzika noto) frapante la surfacon ĉe la maksimumo de vibrado de tiu noto (ne ĉe nodo).

En tri dimensioj, la sama ideo okazas. Krom la nombro da nodoj pliiĝantaj kun n, la nombro da specoj de nodoj ankaŭ pliiĝas. Ni devas enkonduki novajn kvantumajn nombrojn por etikedi ĉi tiujn statojn. la unua estas l (l = 0,... n-1), kiu estas plej simpla por pensi kiel la nombro da nodoj kiuj estas angulaj en naturo (ili iras al nulo laŭ certa angulo) kaj ml (-l,..0,..+l), kiu etikedas la orientiĝon de la nodoj.

Do, por n=1, ne estas nodo ebla do l = 0 kaj ml = 0

Por n=2, estas unu nodo ebla kaj ĝi povus esti angula (l=1) aŭ sfera (l=0). la stato reprezentita per l=0 havas nur unu orientiĝon ĉar ĝi estas sfera (s orbitala) sed la stato kun l=1 havas ml = -1,0,+1, signifante ke ĝi havas tri malsamajn orientiĝojn (px, py, pz). Notu ke la valoroj de ml estas uzataj en kompleksa spaco kaj ne respondas al la kartezia spaco x,Y,z. Jen alia ilustraĵo de la tridimensiaj sferaj harmonoj, ni uzas por imagi la elektronikajn orbitalojn en atomo.

Foto: https://en.wikipedia.org/wiki/Spherical_harmonics

La supra vico estas s-orbitalo. l=0

La sekva estas aro de tri p orbitaloj. l = 1

La tria estas aro de 5 d orbitaloj l=2

La malsupra vico estas la aro de 7 f orbitaloj l=3.

La energio de ĉiu vico estas degenerita (signifante la sama kiel unu la alian). Do se ni havas elektronon en s-oribitalo, ĝi estos malsama (pli malalta) ol se ĝi estus en p orbitalo de la sama n nivelo.

Imagu la malsaman koloron, kiel vi vidas, ke la unudimensiaj vibroj supre vibri supren aŭ malsupren. La du koloroj reprezentas la fazon de la orbitalo (Ni ofte uzas a + aŭ – signo por signifi la fazon de la orbitaloj, ne la akuzo).

Estas tiom multe por paroli ĉi tie rilate al orbitaloj, sed la ŝlosilo estas, ke NENIU el ĉi tiuj montras elektronojn orbitantajn la nukleon.. Ili montras ke la elektronoj ekzistas kiel 3D konstantaj ondoj ĉirkaŭ la nukleo. Tio estas tute malsama koncepto.


Kredito: Michael Mombourquette

 

Lasu respondon