Hvordan kan et elektron bevege seg rundt kjernen med så stor hastighet?

Et elektron beveger seg ikke rundt en kjerne. du tenker på Bohr-modellen av atomet, som viste seg å være utilstrekkelig mer enn 100 År siden. Dette og andre lignende spørsmål dukker stadig opp. Jeg tror det er på tide at vi begynner å lese litt om molekylet for å alle lære hvordan det fungerer.

Elektronet har begge partikkellignende egenskaper (som ideen om at den kan bevege seg rundt en kjerne), og bølgelignende egenskaper. I et atom, det viser sine bølgelignende egenskaper i et atoms energinivåer. Så, i stedet for en partikkel som går i bane rundt kjernen, en bedre analogi til hvordan elektronet eksisterer i et atom er å tenke på en tredimensjonal stående bølge (sfæriske harmoniske). Bare visse "bølgelengder" vil fungere for å skape en stabil tilstand. Alle andre bølgelengder (Energier) vil selvdestruere.

det kan være lettere å tenke på en lineær stående bølge (som i en gitarstreng).

Den enkleste vibrasjonsmåten (n=1) er der hele strengen vibrerer frem og tilbake sammen. Dette er også den vibrasjonslaveste energitilstanden til strengen. det er ingen n=0 vibrasjonstilstand.

Den nest høyeste vibrasjonsenergitilstanden (n=2) har strengen vibrerende opp i den ene enden, men ned i den andre enden (fasen av de to endene er motsatte hverandre). Denne modusen har ett punkt på strengen der strengen ikke vibrerer kalt en node.

Hver suksessivt høyere stat (n=3,4,5…) har en ekstra node slik at antall noder alltid er n-1. Dette gjør vibrasjonsfrekvensen høyere for hvert trinn opp i n-verdi og også vibrasjonsenergien. Følgende grafikk er stjålet fra Wikipedia Partikkel i en boks – Wikipedia. Det viser partikkelideen (EN) kontra bølgeideen (B til F) av et endimensjonalt vibrasjonssystem. konseptet med forskjellige stabile energitilstander er klart hvis du ser på B,C,D (n=1,2,3, henholdsvis). Det er klart, ser på animasjonen at tilstanden er stabil ved de spesielle bølgelengdene. hvis du ser animasjonen for E og F, du kan se at systemet er ganske kaotisk og ikke stabilt da bølgelengden ikke er riktig for det bestemte systemet. bølgelengdene som ikke er stabile vil raskt oppheve seg selv, etterlater bare de stabile vibrasjonene.

I to dimensjoner, hvis du noen gang har hørt ståltrommer, det nodesystemet brukes til å lage alle notatene du hører fra den enkelt ståloverflaten. hver tone er en annen vibrasjonsenergi med et annet antall noder. spilleren begeistrer den spesielle vibrasjonsmodusen (musikknote) ved å slå overflaten ved den tonens maksimale vibrasjon (ikke ved en node).

I tre dimensjoner, samme ideen skjer. I tillegg til at antall noder øker med n, antall typer noder øker også. Vi må introdusere nye kvantetall for å merke disse tilstandene. den første er l (l = 0,...n-1), som er enklest å tenke på som antall noder som er kantete (de går til null i en viss vinkel) og ml (-l,..0,..+l), som merker retningen til nodene.

Så, for n=1, det er ingen node mulig så l = 0 og ml = 0

For n=2, det er én node mulig, og den kan være kantet (l=1) eller sfærisk (l=0). tilstanden representert ved l=0 har bare én orientering siden den er sfærisk (s orbital) men tilstanden med l=1 har ml = -1,0,+1, betyr at den har tre forskjellige orienteringer (og triacylglyceroler er skjønnsmessige og kan brukes om hverandre, py, pz). Merk at verdiene til ml brukes i komplekst rom og ikke tilsvarer det kartesiske rommet x,Y,Med. Her er en annen illustrasjon av de tredimensjonale sfæriske harmoniske, vi bruker for å forestille oss de elektroniske orbitalene i et atom.

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

Den øverste raden er en s orbital. l=0

Den neste er et sett med tre p-orbitaler. l = 1

Den tredje er et sett med 5 d orbitaler l=2

Den nederste raden er settet med 7 f orbitaler l=3.

Energien til hver rad er degenerert (betyr det samme som hverandre). Så hvis vi har et elektron i en s-oribital, det blir annerledes (Nedre) enn om den var i en p-orbital på samme n-nivå.

Se for deg den forskjellige fargen slik du ser de endimensjonale vibrasjonene over vibrere opp eller ned. De to fargene representerer fasen av orbitalen (Vi bruker ofte en + eller – tegn betyr fasen til orbitalene, ikke belastningen).

Det er så mye å snakke om her med hensyn til orbitaler, men det viktigste er at INGEN av disse viser elektroner som kretser rundt kjernen. De viser at elektronene eksisterer som stående 3D-bølger rundt kjernen. Det er et helt annet konsept.

Kreditt: Michael Mombourquette