¿Qué impide electrones en un átomo volando o caer en el núcleo?

Question

En los átomos, ¿qué fuerza o carga, electrones etc. impide volar lejos o en su núcleo? ¿existe un tipo de fuerza débil en el trabajo en la escala atómica?

Tenga en cuenta que soy consciente de las posiciones del electrón son sólo abstractas variables y pueden ser referidas a como el campo de la electrónica. No es la cuestión.

¿Cuál es la razón un electrón está enlazado a ese núcleo en el punto puede sufrir una "órbita" o camino de probabilidad variable y no volar o en su núcleo?

Answer 1

Con el fin de encontrar las posibles maneras de cómo un electrón actúa en presencia de un protón podemos resolver la ecuación de Schrödinger con un potencial de coulomb, $\frac{k q}{r}$. En el principio de la solución de una ecuación, desde un estricto punto de vista matemático, la ecuación que se está resolviendo puede tener ninguna solución 1 solución o un número infinito de soluciones, y las soluciones pueden ser continuas o discretas. Es decir, cuando logramos resolver para las posibles energías del sistema de la energía podría ser capaz de tener sólo un valor, el valor alguno, o algunos valores discretos. En el caso de la ecuación de Schrödinger para el átomo de hidrógeno, resulta que sólo toma en particular, los valores discretos:

$E = \frac{-13.6 eV}{n^2}$

donde n es un número entero (y no es igual a cero). Así que el más bajo nivel de energía de un electrón puede tener en este estado unida a es $-13.6eV $, no se puede ir más bajo. Su clase como un edificio con determinadas plantas, simplemente no hay, de todos modos para ser 'entre' los niveles. Quiero hacer hincapié en que es esencial el tratamiento de los electrones de la mecánica cuántica - 'clásico' tratar el electrón como un punto de partículas en presencia de un potencial de coulomb el electrón espirales hacia adentro, hacia el núcleo. Así, el hecho de que un electrón se mantiene en su órbita es fundamentalmente diferente de la forma en que la tierra se mantiene en su órbita.

Ahora, en este punto, muchas personas van a decir algo acerca de la incertidumbre principal prohibir un electrón que se ha definido la posición y el impulso que prohíbe el electrón de nunca ser tan localizado, así como a la derecha en el sitio del núcleo. Como lo que puedo decir que estos argumentos son simplemente falso, ya que un electrón puede en realidad a veces caen en un núcleo para ser aniquilado, ver captura de electrón - http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_capture. Así que, en principio, puede haber un proceso en donde los electrones no caen en el núcleo para ser aniquilado. La cosa es, la fuerza que interviene en este proceso no es el electromagentic de fuerza, es el 'débil' de la fuerza que obtuvo su nombre por razones obvias - su apenas perceptible a través de distancias mucho más grandes que $10^{-17}m$ (ver http://en.wikipedia.org/wiki/Weak_interaction) que es mucho más pequeño que el radio de Bohr en $\sim 10^{-11}$ que es un camino áspero de pensar de lo lejos que se encuentra el electrón del núcleo en el más bajo nivel de energía ($n=1$).

En resumen, la fuerza dominante que gobierna un electrón en presencia de un protón es la interacción electromagnética, que solo permite particular, los niveles de energía que son muy estables. Hay menor, subdominante fuerzas que permiten a otros procesos, pero estos son débiles, que en mecánica cuántica términos medios en los procesos regidos por la fuerza débil son muy raros.

No estoy seguro de cuánto de fondo que usted tiene, así, hágamelo saber si usted desea más información, en un sentido o en otro.

Answer 2

La escala del átomo de la constante de Planck, por lo que es cuántico. La fuerza que mantiene a los electrones cerca del núcleo es la atracción electrostática entre los electrones y el núcleo. Para entender por qué los electrones no caen en el núcleo formalmente, se puede resolver la ecuación de Schrödinger, pero hay asiento-de-los-pantalones de argumentos que son las correctas para dar un orden de magnitud.

• Principio de incertidumbre: en orden a limitar el electrón de un cuadro de radio r alrededor del núcleo, usted tiene que dar un impulso de la orden de h/r, lo que significa que la energía cinética es aproximadamente el ${\hbar^2\over 2m r^2}$, mientras que la energía potencial (negativo) ${ke^2\over r}$. La energía total es la diferencia de estos dos, y tiene un mínimo cuando el tamaño de la caja de r es del orden del radio de Bohr: $r_B = { \hbar^2\over 2m ke^2}$.
• La radiación de frecuencia: La estrecha relación del argumento original por Bohr es que la frecuencia de la radiación emitida por el átomo debe ser del orden de los clásicos orbital de frecuencia. Sin embargo, la radiación debe ser también quanta. La clásica orbital de la frecuencia es el recíproco del tiempo para ir alrededor de una vez, y obedece a Kepler a la ley de ${1\over T}={1\over r^{1.5}}$, pero la energía de enlace va como ${1\over r}$, de modo que el nivel de espaciado en el pequeño r escalas para, finalmente, ser más grande que la magnitud de la energía, y debe haber un más bajo nivel de energía.

Para una alimentación diferente de la ley de la fuerza, si la energía potencial se va a menos infinito con un más rápido que de $1\over r^2$, las partículas se atraen tanto, que no es estable obligado estado, terminan sentados en la parte superior de uno al otro.

Answer 3

Hay cuatro "fundamental" de las fuerzas. Son Gravitacional (que nos mantiene pegados a la tierra), Electromagnética (mantiene los imanes pegados a la 'nevera), "nuclear Débil" (algo que ver con la desintegración radiactiva) y "nuclear Fuerte" (que mantiene a los protones y los neutrones pegadas en el interior de un átomo).

Además de mantener los dibujos pegado a la nevera, la fuerza electromagnética, también mantiene a los electrones en órbita. Los electrones tienen una carga negativa, y el núcleo tiene una carga positiva. Los opuestos se atraen, y por lo que el átomo tiene juntos.

Answer 4

Independientemente de la ecuación de Schrödinger, Planck o cualquier otra cosa de la que soy consciente de ( confieso mi ignorancia) ¿qué es el genio de la energía que mantiene la estructura del átomo no en el espacio, la ausencia de fricción aerodinámica y la manipulación mecánica de las cosas genéricas a la tierra , sino en la presencia de rebote, curiosos, los golpes, la entropía, ex-trofeo, etc., creo que mi punto es hecho.