Hogyan atomok
Mi tartja az elektron az atom körül kering az atommag?
Első pillantásra, főleg, ha megnézi az rajzfilm változata az atom által leírt nekem korábban, annak minden hiányosságot, a mozgó elektronok olyan pályán az atommag körül, úgy látszik, mintha egy bolygó halad olyan pályán a nap körül. És mint azt az elvet ezek a folyamatok azonos. De van egy fogás.
Mi tartja a bolygó körül kering a Nap? A newtoni gravitáció (Einstein bonyolult, de itt nem kell) bármely két tárgy vonzza egymáshoz a gravitációs kölcsönhatás, arányos a termék tömegére. Különösen gravitáció húzza a nap bolygó hozzá (erővel fordítottan arányos a tér a távolság közöttük. Ez azt jelenti, ha a távolság a felére csökken, a teljesítmény nőtt négyszer). Planet is vonzza a nap, de olyan nehéz volt, hogy szinte nem befolyásolja a mozgást.
A tehetetlenség, a tendencia a tárgyakat mozgatni az egyenes vonalak a fellépés hiányában e más erők ellen dolgozik gravitációs vonzás, és ennek eredményeként a világ mozog a nap körül. Ez látható az 1. ábrán, amely azt mutatja, egy kör alakú pályára. Jellemzően, ezek a pályája elliptikus - bár abban az esetben, a bolygó majdnem kör alakú, mivel, mint a napenergia rendszer alakult. A különböző apró kövek (aszteroidák) és jégtömbök (üstökösök), mozgó kering a Nap körül, ez nem így van.
Hasonlóképpen, az összes pár elektromosan töltött tárgyak vonzzák vagy taszítják egymást, olyan erővel is inverz távolság négyzetével közöttük. De, ellentétben a gravitáció, amely mindig húz tárggyal együtt, az elektromos erők egyaránt vonzzák és taszítják. Tárgyakat azonos pozitív vagy negatív töltések taszítják egymást. A negatív töltésű tárgy vonzza a pozitív töltésű tárgy, és fordítva. Így a romantikus kifejezés „az ellentétek vonzzák egymást.”
Ezért a pozitív töltésű atommag közepén egy atom vonzza a könnyű mozgó elektronok a hátsó az atom, hogy maguk arról, hogy a Sun vonzza bolygók. Az elektronok is vonzza mag, de a tömeg a magok annyival, hogy a vonzás szinte nincs hatással a mag. Az elektronok is taszítják egymást, ami az egyik oka annak, hogy nem szeretnek időt tölteni közel egymáshoz. Azt gondolhatnánk, hogy az elektronok az atom mozog körül kering a mag körülbelül ugyanannyi, mint a bolygók a nap körül. És első pillantásra, ez hogyan csinálják, főleg egy rajzfilm atom.
De itt mi a csapda: valójában ez egy kettős fogás, és a két piszkos trükköket hatással szemben a másik, aminek következtében azok kioltják egymást!
Dupla fogás: a atomok eltérő bolygórendszerek
Az első fogás: ellentétben bolygó mozgó elektronok a kering a mag körül kell fényt bocsátanak ki (pontosabban, az elektromágneses hullám, az egyik példája a fény). Ez a sugárzás ne okozzon az elektronok lelassul és csökken a spirál a sejtmagba. Tény, hogy Einstein elmélete, van egy hasonló hatású - bolygó gravitációs hullámok kibocsátására. De ez rendkívül kicsi. Ellentétben a helyzet az elektronokat. Kiderül, hogy az elektronok egy atom van, hogy nagyon gyorsan egy kis töredéke egy második, egy spirál esik a mag!
És ez lett volna, ha nem a kvantummechanika. A potenciális katasztrófa ábrán látható. 2.
A második fogás: de a világ működik elvei szerint a kvantummechanika! És van egy meglepő és counterintuitive bizonytalansági elv. Ez az elv, amely leírja, hogy az elektronok - ugyanazok hullámok részecskeként, megérdemel egy külön cikket. De itt van, amit tudni kell, hogy a mai cikkben. Az általános következménye ezen elv az, hogy nem lehet tudni, az összes jellemzőit egy tárgy egyszerre. Van egy sor jellemzőit, amelyek a mérés egyikük teszi a többi nem definiált. Egy esetben - ez az a hely, és sebessége a részecskék, mint például az elektronok. Ha pontosan tudja, hol van az elektron van, akkor nem tudom, hová megy, és fordítva. Lehetőség van a kompromisszumra, és tudni, hogy bizonyos pontossággal, ahol ő és bizonyos fokú pontosság tudni, hová megy. ahogy kiderül az atom.
Tegyük fel, hogy egy elektron esik egy spirális, hogy a mag, ábrán látható módon. 2. A munkája során esik, mindannyian pontosabb és pontosabb, ha tudja a helyét. Ezután a határozatlansági elv azt mondja, hogy a sebességet válik egyre inkább bizonytalan. De ha az elektron megállt a mag, akkor nem gyorsítja meghatározatlan! Ezért nem tudja megállítani. Ha hirtelen próbál esni lefelé tartó spirál, akkor mindent, hogy gyorsabb és gyorsabb véletlenszerű. És ez a növekedés sebessége vezetne az irányt az elektron az atommag!
Tehát a tendencia spirálisan csökkenő tendenciát semlegesíteni fogja a gyorsabb mozgás szerint a bizonytalansági elv. Az egyensúly, amikor egy elektron található egy előnyös távolság a mag, és ez a távolság határozza meg a méret atomok!
Ha az elektron kezdetben távol a sejtmagba, fog mozogni, hogy azt egy spirál, ábrán látható módon. 2, és elektromágneses hullámokat sugároznak. De ennek eredményeként a távolság a mag elég kicsi, így a határozatlansági elv megtiltotta a további közeledést. Ebben a szakaszban, amikor megtalálni az egyensúlyt a sugárzás és a bizonytalanság, az elektron szervez stabil „pályán” az atommag körül (vagy inkább orbitális - a kifejezés választott hangsúlyozni, hogy ellentétben a bolygók, az elektron miatt kvantummechanika, nincs olyan pályája, amely bolygók). A sugara keringési sugárral, meghatározza atom (ábra. 3).
Egy másik funkció - az elektronok tartozó fermionok - kényszeríti az elektronok nem leereszkedni ugyanolyan sugarú, és sorakozó különböző sugarú pályákat.
Mekkora atom? Közelítése alapuló bizonytalansági elv
Sőt, meg tudjuk becsülni a mérete egy atom, a kizárólag számítások az elektromágneses kölcsönhatások, az elektron tömeg és a határozatlansági elv. Az egyszerűség a számításokat egy hidrogénatom, ahol a mag áll egy proton, ami mozog körül egy elektron.
- jelöli az elektron tömege
- A bizonytalanság a helyzet az elektron jelöljük Ax
- A bizonytalanság az elektron sebesség aAV jelölésére
bizonytalansági elv kimondja:
$$ kijelző $$ m_e (Δ v) (Δ x) ≥ ℏ $$ kijelző $$
ahol ℏ - Planck-állandó h osztva 2 π. Figyeljük meg azt mondja, hogy (Δ v) (Δ x) nem lehet túl kicsi, ami azt jelenti, hogy mind a bizonyosság nem lehet túl kicsi, bár egyikük lehet nagyon kicsi, ha a többi lesz nagyon nagy.
Ha egy atom van állítva egy előnyös alapállapotú, azt várhatjuk, hogy a jel lesz a jele ≥
B azt jelenti, hogy «az A és B nem pontosan egyenlő, de nem nagyon különbözik.” Ez egy hasznos szimbólum alapján!
A hidrogénatom az alapállapotú, ahol a helyzetben a bizonytalanság Ax közelítőleg egyenlő a sugár egy atom R, és a sebesség bizonytalansága Av megközelítőleg egyenlő a V sebessége egy tipikus elektron mozgást körül atom, kapjuk:
Honnan tudod, hogy R és V? Között, és az erő, amely tartja az atomok együtt, van egy kapcsolat. A nem-kvantumfizika tárgy tömege m található egy körpályán R sugarú, és a mozgó egy v sebességgel az objektum középpontja körül, annak vonzó F erő, kielégíti a következő egyenlet
Egy elektron egy atom közvetlenül alkalmazandó, de megközelítőleg működik. A ható erő egy atom, ez a villamos teljesítmény, amellyel a proton egy töltés használatakor magához vonzza az elektron egy töltés -1, és a kapott egyenlet válik
ahol k - Coulomb-állandó, e - a töltés egységben, c - fénysebesség, ℏ - Planck-állandó h, osztva 2 π, és α - meghatározott számunkra finomszerkezeti állandó, egyenlő. Igazítsa a két előző egyenletek F, és a becsült arány a következőképpen állítjuk elő:
Most alkalmazza azt egy atom, ahol V → V, R → R, és m → rám. Továbbá, megszorozzuk a felső egyenletet. Ez ad:
Az utolsó lépésben már használják a határozatlansági reláció egy atom. Most már számítani a atomrádiusz R:
És kiderül, hogy szinte pontosan! Ezek az egyszerű becslések nem ad pontos választ, de egy nagyon jó közelítéssel!