為何電子不會墜入原子核?

時間 2021-05-11 05:16:11

1樓:遊園驚夢

不是回答,提一下幾個事實。第一,根據相對論,核與電子之間的力不是瞬時的,必須通過交換第三種物質來實現,第二,現實中無法觀測單個孤立的原子,現實中的原子總與周圍發生能量往來,或沒有孤立的原子,第三,有些原子核會發生衰變,跑出電子。

所以我們可以猜測的是,電子和原子核以某一些形式一直同時在釋放和接受能量,即使是最簡單的氫原子光譜也是大量電子在能量洪流中的上下躍遷而釋放的光;如果萬有引力是正確的描述,通過粒子來實現力的相互作用將難以想像,因為有質量的粒子太多了;不能確定的是,完全絕對孤立的單個原子會如何演變

2樓:

這個問題分解一下,第一:電子在事實上沒有墜入原子核。第二:

電子墜入原子核的想法建立在電子是繞核圓周運動的假設上。第三:繞核圓周運動是變加速運動,必然存在加減速過程,加減速在近光速範圍內會發生軔致輻射,這是麥克斯韋的電磁理論決定的。

第乙個是事實,不能推翻。第三個是久經考驗的麥克斯韋方程,也不能推翻。那麼就只能推翻第二個了,因為第二個圓周軌道就是我們想當然的假設。

那就自然得出結論,電子的運動根本不是軌道運動。那麼不是軌道運動,是什麼運動?答案是沒有尋常意義上的運動。

因為在空間裡只要有往返必然伴隨加減速過程,有加減速就會存在電磁輻射,最後就必然會掉入原子核。這個時候雖然不嚴謹但是接近事實的說法是認為電子是駐波。駐波是不進行能量傳遞的。

或者按照費曼的說法,電磁波任何時刻都處於任意軌道上,因為電磁波處於光速,對於電子而言,沒有過去和未來(由於沒有能量變化,能量的不確定性ΔE=0,而導致時空的不確定性ΔXYZt=∞)。

3樓:物語看花

其實我也有點懵

學了量子力學後,從玻爾的定態假設到能量量子化,無非是從乙個太牽強的假設過渡到以量子力學基本假設推出來的結論,但他適用性更廣,能解釋更多東西,但實際上無法理解量子化這件事,因為它不那麼直觀,但也就只能接受他

所以答案可能是這樣子:因為實驗上他不會落入,所以才有了薛丁格方程來得到他不會落入,沒錯,這就是個套娃

4樓:Seven

網友「吳牛喘月」的回覆基本算是標準解了。我就簡單的把他回答中的重點部分標記一下。。

之所以問「為何電子不會墜入原子核」,明顯是深受「盧瑟夫模型」的影響,換個說法就是深受「經典力學(牛頓力學)」的誤導。

理解原子模型,必須要用量子力學的方式思考,也就是「電子雲模型」,這個東西首先是從觀測原子光譜發現了電子軌道躍遷是不連續的(「量子」進入了大眾視野),「玻爾氫原子模型」便是把氫原子電子躍遷時釋放的不同能量大小彙總起來,不同能量是因電子在兩個能級上躍遷時,這兩個能級差不同,會對應於不同的光譜頻率。對於「電子雲模型」我覺得可以理解為從「玻爾氫原子模型」泛化到各類原子的核外電子,以及共價鍵的共用電子等等各類複雜的情況。

有了這些基本知識鋪墊就可以回到這個問題本身「為何電子不會墜入原子核」,從上述「電子雲模型」的由來可以看出,其依賴的實驗基礎就是「光譜」,而並未提出「為何電子躍遷時的能量『釋放或吸收』必須是乙份乙份的」,這個問題實際在人們進入到亞原子結構後也未能發現更深層的原理,所以我們只能像理解「粒子自旋」或者「1+1=2」一樣,認為這是內稟屬性,但畢竟實驗觀測到的事實便是如此,所以認為它們就遵循這個規律起碼看起來沒啥毛病。那再回頭看「電子不會墜入原子核」這種說法就有問題了!你怎麼知道電子沒有墜入呢,以波動性來理解,只能得到電子在其各個軌道上出現具有多大的概率,這也是基於目前人類可觀測範圍內的。

那我們假設電子本身就是在量子化的時空中(這裡量子化的時空主要是指空間和時間是量子化的)從原子的一端穿越原子核然後經過與核子的作用,考慮到核子自旋等等情況,然後從原子核的某個」隨機角度「穿出,然後達到其墜入原子核時的軌道高度時再次墜入原子核,就這樣保持週期性的從原子核穿入穿出的運動,似乎也沒有問題,這畢竟只是對可觀測事實的一種解釋,主要就是幫助理解或者發散思維。且萬一當前的光譜中存在人類無法區分的簡併軌道,而正巧這些簡併軌道是電子在穿越原子核時,與核子(中子、質子)經過某些作用發出的呢?(這只是乙個假設,具體關於電子與核子的相互作用,肯定也是有一些結論的,這些就完全不懂了,所以這句話只是乙個假設。)

5樓:李世民

最簡單地說原子核外電子是量子化的型態,也就是具備波粒二象性,有點像發光的燈泡,圍繞在原子周圍的是電子。

作為粒子,電子不斷受到微擾肯定墜入原子核或飛離。

作為波,電子也是像能量那樣子很快散失乾淨淨了。

但是,原子核外電子即不是粒子也不是波,而是一種新的型態,量子態。

電子只受到原子核的纏結作用,這種作用只是使用成年人都難以理解的波函式描述,什麼吸引力的分析都見了鬼了,熊孩子大了再學習吧。

6樓:吃葡萄不吐葡萄皮

看了一圈,竟然沒人從能量的角度回答。我把這條補上。

首先乙個簡單易懂的原理是:系統往往會傾向於呆在能量最低的狀態。

電子不落入原子核就是因為它所處的位置是能量最低的狀態。

因為如果電子再離原子核近一點的話,因為不確定性原理(其位置的不確定度和動量的不確定度乘積是乙個定值),電子位置的不確定度變小,那麼動量的不確定度就會變大。

也就是說電子動量變大了,動量變大,能量也一定會變大。

那麼電子離原子核近一點的話,能量會增加,它就不再是能量最低的狀態了。

當然如果強行給電子乙個很大的能量,電子是可以墜入原子核的。

最典型的例子就是電子俘獲。

有人懷疑不確定性關係不能用來算束縛態電子的能量,我下面計算一下電子的能量。

首先要考慮的是這個能量到底是什麼能量,是電子的勢能還是動能還是兩者之和。考慮到不確定性關係中的Δx可以看成乙個粒子從乙個地方運動到另乙個地方的距離,於是Δp就可以看成該粒子的動量。於是就可以計算粒子的能量。

(1)首先用常規方法計算

電子的總能量為 。另外,查資料,氫原子基態能量就是-13.6eV。於是電子總能量就是-13.6eV。

電子動能就是 ,這裡r≈0.53*10^5fm。利用197fm*MeV=1,以及 ,可得電子動能為

(2)用不確定性關係算

該動量遠小於電子質量0.511MeV,所以用經典力學的方法算電子動能即可。

可以看出兩種演算法得到的結果是非常接近的。

7樓:姚遠

一般是用量子力學來解釋:認為電子在固定的軌道上執行,並不會輻射能量,就是不發射光,只有電子在躍遷到另乙個軌道時,才會輻射能量,但是躍遷之後,又繼續保持穩定,不再輻射能量。電子可以在核外特定的軌道保持穩定,處於穩定狀態,因此電子不會墜入原子核。

但為什麼穩定?並沒有解釋清楚,一直到現在。看到一些回答,只是把原本教科書沒有解決的問題,複製黏貼過來,繞乙個大圈圈。

如果從空間結構的角度就比較容易解釋:因為原子的空間存在空間結構,空間狀態的分布以核結構為基礎,電子趨向於運動在與質子對應的低勢能區域。那是特定的空間,是彎曲的空間,而人們認為那是平直的空間,電子相當於在平直空間做勻速直線運動,因此不會墜入原子核。

前沿科學中的許多問題,一般都是通過量子力學來蓋棺定論,但量子力學的概念本身就扯不清,其實就是讓乙個不知道,來解釋另乙個不知道而已,只是看起來更高大上。用途很廣,作用也非常大,但我們也要看到不利的一面,它為微觀領域蒙上了一層神秘玄妙的面紗,禁錮著人們的思想。因此我們認為需要重新認識微觀空間,深究空間的本質。

8樓:懂先生

如果跟小朋友科普的話,以我多年向文科生科普的經驗(非鄙視文科生哈,只是因為專業性的問題),你應該這樣說:

地球繞著太陽轉,地球不會落在太陽上。電子繞著原子核轉也是這樣。原子核的電場力相當於提供了向心力拽著電子繞著原子核轉,所以電子不會掉進原子核內。

如果是稍微高階點的玩家,肯定會有疑惑:

即便如此,電子運動會產生電流,電流的變化會產生電磁波。那麼電子繞著原子核運動,也應該會向外輻射出能量(電磁波)啊,那麼電子運動速度會越來越低,最後也會墜入原子核內。

這個想法是對的,實際上一百多年前人們也是有這個疑惑。就像前不久發現的引力波也是如此。兩個質量超大的中子星,形成乙個簡單的雙星系統,應該彼此繞著對方轉,但為啥會最終撞在一起,形成黑洞呢?

因為它向外輻射出引力波,最終使得這個雙星系統的能量越來越低,最終撞在了一起。

對於這個問題的解釋,嚴格講,已經不能用經典的方式讓你去理解了,畢竟涉及到量子力學,但是可以簡單的說明(反正你不能理解就讓你課後好好思考,裝個逼到這就行了,後面在接著扯就露底了):

電子在原子核外實際上沒有固定的軌跡可談,而是以一種概率密度分布的形式存在,我們稱之為電子雲。這也是導致微觀實驗可能多次重複同乙個實驗,得到的結果不同的原因--因為微觀粒子本身的狀態不是確定的,這也就是通俗意義上的測不准原理。對於核外電子,我們可以通過薛丁格方程求得,它的能量是以分立的能級的形式存在的(這裡的能量與巨集觀意義的能量不同,因為電子的狀態不是確定的,這裡指電子哈密頓量的數學期望)。

電子狀態可能在各個能級之間「躍遷」,但是不會出現其他的狀態。

如果用比喻的形式來說明,就好比樓梯。第一級階梯與第二級階梯之間不存在另乙個「中間的階梯」。但是斜坡不同,你可以處在斜坡的任何位置。

同理,若樓梯無限長,對於乙個非常大的物體(巨集觀的物體)而言,這個「樓梯」實際上與斜坡沒什麼兩樣。

當然,這只是解釋了電子為什麼會在核外以穩定的方式存在。但並不能說明電子不會掉入原子核內。對於質量非常大的天體,由於引力非常大,電子簡併壓不足以抗拒強大的引力進而墜入原子核形成中子,便會形成上文所說的「中子星」。

中子星之後是啥呢,就是黑洞(中子簡併壓無法抵抗引力)。

9樓:思一克

電子被原子核排斥,而且排斥力巨大,比在平衡位置附近的引力大的多,怎麼會掉入原子核。

庫倫定律其實是錯誤的。巨集觀上是對的,在原子尺度上,完全不對。

真實的情況是:F(r) = K qq ( 1-B/r ) / r rB是受力為零的平衡點(平衡球面)。電子平時就在這個位置,做一些隨機熱運動。

離開這個位置,遠離了電子被原子核吸引,靠近了被原子和排斥。

因此不會墜落原子核。

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