Comment un électron peut-il se déplacer autour du noyau avec autant de vitesse?

Un électron ne se déplace pas autour d'un noyau. vous pensez au modèle de Bohr de l'atome, qui s'est révélé insuffisant plus que 100 il y a des années. Cette question et d'autres questions similaires reviennent sans cesse. Je pense qu'il est temps que nous commencions à lire un peu sur la molécule pour tous apprendre comment cela fonctionne.

L'électron a à la fois des propriétés de type particule (comme l'idée qu'il pourrait se déplacer autour d'un noyau), et propriétés ondulatoires. Dans un atome, il présente ses propriétés ondulatoires dans les niveaux d'énergie d'un atome. Alors, plutôt qu'une particule en orbite autour du noyau, une meilleure analogie avec la façon dont l'électron existe dans un atome est de penser à une onde stationnaire tridimensionnelle (harmoniques sphériques). Seules certaines "longueurs d'onde" fonctionneront pour créer un état stable. Toutes les autres longueurs d'onde (Énergies) va s'autodétruire.

il est peut-être plus facile de penser à une onde stationnaire linéaire (comme dans une corde de guitare).

Le mode de vibration le plus simple (n=1) est l'endroit où toute la corde vibre d'avant en arrière ensemble. C'est aussi l'état d'énergie vibratoire le plus bas de la corde. il n'y a pas d'état vibratoire n=0.

Le prochain état d'énergie vibratoire le plus élevé (n=2) la corde vibre vers le haut à une extrémité mais vers le bas à l'autre extrémité (les phases des deux extrémités sont opposées). Ce mode a un point sur la corde où la corde ne vibre pas appelé un nœud.

Chaque état successivement supérieur (n=3,4,5…) a un nœud supplémentaire donc le nombre de nœuds est toujours n-1. Cela rend la fréquence vibratoire plus élevée à chaque pas en valeur n et aussi l'énergie de vibration. Le graphique suivant est volé sur Wikipedia Particule dans une boîte – Wikipédia. Il montre l'idée de particule (UNE) contre l'idée de la vague (B à F) d'un système vibratoire unidimensionnel. le concept de différents états d'énergie stables est clair si vous regardez B,C,ré (n=1,2,3, respectivement). C'est clair, regarder l'animation que l'état est stable à ces longueurs d'onde particulières. si vous regardez l'animation pour E et F, vous pouvez voir que le système est plutôt chaotique et pas stable car la longueur d'onde n'est pas correcte pour le système particulier. les longueurs d'onde qui ne sont pas stables s'annuleront rapidement, ne laissant que les vibrations stables.

En deux dimensions, si vous avez déjà entendu des tambours en acier, ce système de nœuds est utilisé pour faire toutes les notes que vous entendez à partir de la seule surface en acier. chaque note est une énergie de vibration différente avec un nombre différent de nœuds. le joueur excite le mode particulier de vibration (note musicale) en frappant la surface au maximum de vibration de cette note (pas à un nœud).

En trois dimensions, la même idée se produit. En plus du nombre de nœuds croissant avec n, le nombre de types de nœuds augmente également. Nous devons introduire de nouveaux nombres quantiques pour étiqueter ces états. le premier est l (l = 0,… n-1), qui est le plus simple à considérer comme le nombre de nœuds de nature angulaire (ils vont à zéro sous un certain angle) et ml (-l,..0,..+l), qui marque l'orientation des nœuds.

Alors, pour n=1, il n'y a pas de noeud possible donc l = 0 et ml = 0

Pour n=2, il y a un nœud possible et il pourrait être angulaire (l=1) ou sphérique (l=0). l'état représenté par l=0 n'a qu'une seule orientation puisqu'il est sphérique (s orbitale) mais l'état avec l=1 a ml = -1,0,+1, ce qui signifie qu'il a trois orientations différentes (pixels, py, pz). Notez que les valeurs de ml sont utilisées dans l'espace complexe et ne correspondent pas à l'espace cartésien x,et,z. Voici une autre illustration des harmoniques sphériques tridimensionnelles, nous utilisons pour imaginer les orbitales électroniques dans un atome.

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

La rangée du haut est une orbite s. l=0

Le suivant est un ensemble de trois orbitales p. l = 1

Le troisième est un ensemble de 5 d orbitales l=2

La ligne du bas est l'ensemble des 7 f orbitales l=3.

L'énergie de chaque ligne est dégénérée (signifiant la même chose l'un que l'autre). Donc, si nous avons un électron dans une orbite s, ce sera différent (plus bas) que s'il était dans une orbitale p du même niveau n.

Imaginez la couleur différente de la façon dont vous voyez les vibrations unidimensionnelles ci-dessus vibrer vers le haut ou vers le bas. Les deux couleurs représentent la phase de l'orbite (Nous utilisons souvent un + ou – signe signifiant la phase des orbitales, pas la charge).

Il y a tellement de choses à dire ici en ce qui concerne les orbitales, mais la clé à retenir est qu'AUCUNE de celles-ci ne montre des électrons en orbite autour du noyau. Ils montrent que les électrons existent sous forme d'ondes stationnaires 3D autour du noyau. C'est un tout autre concept.

Crédit: Michel Mombourquette