¿Cómo puede el núcleo de un átomo estar en un estado excitado?

Question

Un ejemplo de que el núcleo de un átomo está en un estado excitado es el Hoyle de Estado, que era una teoría ideado por el Astrónomo Fred Hoyle para ayudar a describir la gran cantidad de carbono-12 presente en el universo, lo cual no sería posible sin dijo Hoyle Estado.

Es fácil de visualizar y comprender los estados de excitación de los electrones, debido a que existen en los diferentes niveles de energía que giran alrededor del núcleo, por lo que uno puede ver fácilmente cómo un electrón puede excitar a partir de un nivel de energía a un nivel superior a uno, por lo tanto hacer que se entusiasmen.

Sin embargo, no veo cómo el núcleo puede entrar en un estado excitado, porque es evidente, que no existen en el nivel de energía que se puede transferir entre, sino que es sólo una "pelota" de los protones y los neutrones.

Entonces, ¿cómo puede el núcleo de un átomo ser excitado? Lo que lo hace emocionada?

Answer 1

Primero dices

Es fácil de visualizar y comprender los estados de excitación de los electrones, debido a que existen en los diferentes niveles de energía que giran alrededor del núcleo

A modo de preparación, voy a notar que en el curso introductorio de la obra que usted nunca intente manejar el multi-electrón átomo en detalle. La razón es la complejidad del problema: la inter-electrón efectos (screening y así sucesivamente) quiere decir que es no simple para describir los niveles de un no-hidrógeno-como el átomo. Los espectros complejos de mayor Z átomos de dar fe de esto.

Después te dicen

[núcleos] no existen en los niveles de energía que se puede transferir entre

pero los mejores modelos del núcleo que tenemos (shell modelos) ¿ tienen los nucleones de ocupación discreta orbital de los estados en el campo combinada de todos los otros nucleones (y mesones que actúan como portadores de la "largo alcance" la eficacia de la fuerza fuerte).

Este problema es todavía más difícil que la de los no-hidrógeno-como los átomos, porque no es pesado, muy cargada de núcleo para establecer el básico paisaje en el que los jugadores de baile, pero es computacionalmente tratable en algunos casos.

Véase mi respuesta a "¿Qué es una imagen intuitiva de la moción de nucleones?" para algunos datos experimentales de exhibición (en el espacio de energía) la estructura de la cáscara de los protones en el núcleo de carbono. En esa imagen que, sin embargo, notar el alto grado de solapamiento entre la s y p-shell distribuciones. Que es diferente de lo que vemos en los orbitales atómicos debido a que el tamaño de los nucleones es comparable a la gama de la nuclear fuerte, la fuerza.

Answer 2

Es fácil pensar en el núcleo como una simple bola porque es tan pequeña (alrededor de 100.000 veces más pequeño que un átomo), pero incluso en este nivel se encuentra la estructura. Mientras que otro de la fuerza media la interacción entre nucleones (las partes de un núcleo), es análogo a las interacciones entre los núcleos y los electrones que dan lugar a la estructura de los átomos. Estas estructuras son una consecuencia de la mecánica cuántica normas que rigen las interacciones entre partículas y campos.

El núcleo de un átomo está unida a través de la fuerza nuclear fuerte. Esta es una de las cuatro fuerzas fundamentales, de los cuales el electromagnetismo es un miembro. El número de estados de un átomo dado, se rigen por las interacciones electromagnéticas entre los electrones y el núcleo de un átomo, con un terreno de estado que representa la menor cantidad posible de energía de la configuración del sistema, y los estados excitados que también están permitidos, pero con mayores valores de energía.

Del mismo modo, hay muchos estados nucleares para una determinada configuración de los núcleos. Aunque mediada a través de otra fuerza fundamental, todavía hay un estado que representa la energía más baja de la configuración de una colección particular de neutrones y protones, y hay muchas posibles estados excitados así. Estas emocionado estados nucleares siguen esencialmente las mismas reglas que emocionado atómica de los estados, a excepción de que la forma del potencial de plazo a la hora de escribir el Hamiltoniano es diferente.

Answer 3

Por lo general, después de un núcleo se ha deteriorado a través de un $\alpha$- o $\beta$- la decadencia que se queda en un estado excitado. Para ver esto consideremos la decadencia de Co-60 en Ni-60.

Co-60 es un núcleo inestable porque tiene a muchos neutrones, y por lo tanto de que se desintegre en el más probable del canal por el giro de un neutrón en protón según el modo de desintegración

$^{60}$Co$_{27}\rightarrow ^{60}$Ni$_{28} + e^-+\bar{\nu_e}$

o en el nucleón nivel

$p\rightarrow n+e^-+\bar{\nu_e}.$

El núcleo de Ni$-60$ se encuentra en la nueva configuración de los protones y los neutrones que no se corresponde con el más bajo nivel de energía, debido a que el recién creado de neutrones está en un nivel de energía más alto debido a la descomposición. Así que en esta etapa de Ni$-60$ está en un estado excitado Ni$^*-60$

A partir de este punto en el núcleo de Ni$^*_{60}$ va a la decadencia de alcanzar su estado de energía inferior. Imaginar la situación similar en un átomo, donde un electrón de una capa interna, $E_i$ decir, es asesinado por un rayo láser. El resto es un átomo en un estado excitado porque no puede ser que un electrón en una concha externa, $E_o$ dicen, y por lo tanto, hacer una transición hacia el nivel de energía que ha sido evacuado.

Así que Ni$^*-60$ se descompone en una cascada con un 2$\gamma$ emisión de fotón como se muestra en la siguiente decae

$^{60}$Ni$^*_{28}\rightarrow$ $^{60}$Ni$^{\prime*}_{28} + \gamma_1$ todavía un estado excitado,

$^{60}$Ni$^{\prime*}_{28}\rightarrow$ $^{60}$Ni$_{28} + \gamma_2$ y este es el estado del suelo de Ni-60.

donde $E(\gamma_1)$=1.333 MeV y $E(\gamma_2)$=1.173 MeV.

El núcleo de un elemento puede estar en un estado excitado después de una $\alpha$-emisión de partículas, y las razones de la $\gamma$-partícula de la caries son los mismos.

Answer 4

Punto uno:

El discreto de los niveles de energía de un electrón en un átomo es debido a las condiciones de contorno en la ecuación de Schrödinger. Considere una partícula en una dimensión de la caja con el potencial de los límites en el infinito, y resolverlo! Debido a que el potencial es infinito fuera de la caja, la función de onda debe ser cero fuera de la caja. La función de onda debe ser continua, por lo que la función de onda en los límites debe ser cero. A partir de esta condición de frontera no es una condición sobre las energías que el electrón puede tener.Me contestó el origen de niveles de energía discretos. Por lo tanto, los niveles de energía no existen por sí mismos.

Punto dos:

Cuando se resuelve la ecuación de Schrödinger para el átomo de hidrógeno, vamos al centro de masa del marco. En este marco de nuestros núcleos y electrones cinética operador de convertir al centro de masa cinética del operador y el movimiento relativo cinética del operador. Entonces, debido a que la masa de los núcleos es de alrededor de 1850 mayor que la de electrones de la cinética del operador de movimiento relativo se reduce a la de los electrones. Por último, tenemos el centro de masa cinética del operador y el movimiento relativo cinética del operador. Suponemos que el total de la función de onda es el producto de la función de onda de centro de masa y movimiento relativo. Al final, se obtiene un discreto nivel de energía durante el movimiento relativo, que casi es debido al movimiento de los electrones, y un continuo de energía para el centro de masa. Si no usamos la aproximación de que los núcleos es mucho más pesados que los electrones, a continuación, los niveles discretos de los núcleos. Hay otra vuelta de tuerca al problema. El núcleo tiene una estructura interna.Está hecho de quarks. Así, los quarks similar a la de los electrones puede tener su propio nivel discreto de la energía. Sin embargo, en la primaria libros de texto la estructura interna de los núcleos no se considera.

Resumen:

1. Discretos los niveles de energía debido a las condiciones de contorno en la Schrödinger' s de la ecuación.

2. Nos separamos de la cinética de los operadores de los núcleos y electrones en el centro de la masa cinética del operador y el movimiento relativo del operador.

3. La masa de los núcleos es mucho más que la de un electrón. Por lo tanto, el movimiento relativo es casi debido a los electrones.

4. Ahora la ecuación se divide en dos partes, el centro de masa y el movimiento relativo y podemos asumir que el total de la función de onda es la multiplicación de la función de onda de las dos partes.

5. La solución para el centro de masa da lugar a la continua nivel de energía. La solución para el movimiento relativo da lugar a un discreto nivel de energía.

6. Núcleos tiene estructura interna. Ellos están hechos de quarks. Así, los núcleos pueden dispone de su propio discretos niveles similares a la de los electrones.

Tal vez el enlace de más abajo es útil: http://www.pa.msu.edu/~mmoore/Lect28_TwoBodyProb.pdf

Answer 5

Si bien puede ser fácil visualizar los electrones "saltar" hacia una mayor órbita con otro discreto nivel de energía, el uso de la analogía no ayuda a comprender el concepto de los núcleos excitados. En su lugar, creo que de electrones como osciladores, que vibran alrededor del núcleo en una especie de forma aleatoria. La región en la que pueden vibrar alrededor es limitado, y puede ser entendido como el orbital. Cada uno de estos modos de vibración (orbitales) tiene una energía asociada con él, sólo como un resorte vibrando a diferentes frecuencias ha energías diferentes, o diferentes modos de vibración de altavoz tienen diferentes energías.

Ahora, imagina que el núcleo es una colección de partículas de tipo de forma aleatoria vibrando a su alrededor. Que están bastante bien limitado por las fuerzas entre ellos. Supongo que algo de energía extra se introduce en el núcleo, y hace que las partículas en el núcleo a vibrar en una energía superior, mientras que todavía se mantiene atados el uno al otro. Esto es lo que se llama un orden superior en el modo de la vibración de la analogía. Como el electrón propiedades de onda cambia cuando se obtiene o pierde energía, o cómo el aumento de la frecuencia de oscilación en un sistema de masa-resorte cambios es la energía, el exceso de energía vibracional en el núcleo "excita" en un estado de mayor energía.