-
1 # 霧雪寒梅
-
2 # 科學探秘頻道
學過原子結構的人,肯定都會問道這個問題,電子圍繞原子核旋轉,根據電磁感應原理指出,一個旋轉的電荷會釋放出電磁輻射,然後逐漸帶走電子的動能,最終使電子沿著橢圓路線落入原子核中。但問題是,這個問題的提出,就是基於經典的“行星執行”模式提出的,當然,基於這個模式,人們也提出了幾種回答來解釋電子為什麼不會落地原子核上面。最被常用的回答就是原子核對電子的吸引力和電子的離心力是永遠平衡的,導致起一直穩定的執行在特定軌道上。但是現實中,電子和原子核是如此之小,其運動規律已經不能用宏觀的經典物理學定律來描述了,而應該用量子力學去解釋其運動狀態。在微小尺寸下,會發生很多和我們直觀相左的物理現象。就像是愛因斯坦提出的在相對論一樣,高速運動的物體時間會變慢,這和我們的直觀感覺完全相反。
那麼根據量子力學理論,電子在原子核外面的運動路線,並不能被我們清楚的測定。在同一時刻,我們只能知道電子的位置或者動量二者其一,所以,用來描述核外面子運動狀態的公式就成了波函式,即機率函式。也就是說,電子在原子核外是隨機出現在某些地方的,這會兒可能出現在這裡,下一刻就可能出現在哪裡,並不是我們直觀感覺的連續運動,而是以一定的機率出現在原子核周圍,所以原子核外的電子是以電子雲的形式描述的。既然其不是連續運動的狀態,我們就不能用經典的物理學眼光去看待它,也就是說,電子不連續的出現在某處,其不會和原子核產生其它相互作用,也不會釋放電磁波,也不會被原子核吸引進去。
-
3 # 冰箴言
探究電子與原子核之間的運動關係,只能用應用於微觀領域物理運動的量子力學解釋,而不能用宏觀範疇的恆星與行星來類比。構成宏觀物質的基本粒子(分子,原子),似乎也存在著類似的運動關係。分子與分子之間,雖並不存在正負電荷的吸引力,但在一定的遠距離,它們會相互吸引,形成穩定的統一體,正由於如此才形成宏觀物質。在一定的短距離範圍,它們卻會產生極大的排斥力。分子由原子構成,分子與分子之間的最近距離的表面,是原子的電子層,電子層與電子層當然是同電荷相斥的,但原子與原子之間卻能相互吸引。由此看出,相斥相吸是微觀粒子的基本運動屬性,電荷之間的相斥相吸不過是這種基本運動屬性的其中一種實現形式而已。夸克不存在電荷,但夸克與夸克之間一樣是相斥相吸的。看來這是宇宙造物法則了。
-
4 # 閒時亂翻書
要是放在一百多年前,題主提出了這個問題,那麼題主就可能是量子星空的一顆星星了,可以和波爾薛定諤狄拉克海森堡泡利德布羅意波昂這些星星齊名了,因為這個問題的結論就是量子論的開端。
還是從頭說起吧。
最早的原子模型是由道爾頓提出,認為原子就是一個堅硬的小球,而且不可再分,同種元素的原子的性質相同,這個觀點基本是由道爾頓想象出來的,但是也非常接近實際情況了,如果不談物理,只談化學的話,這個觀點到現在為止也可以應用。
不過隨著科學的發展,這個觀點出現了問題,湯姆遜發現了電子,這就說明原子是可以再分的,那麼原子內部是如何構造的呢?湯姆遜提出了棗糕模型或者叫西瓜模型,這個比喻太形象了,只要我們想想吃的棗糕和西瓜就可以大致瞭解這個模型,看來湯姆遜先生也是個吃貨啊。
湯姆遜的棗糕原子模型
不過湯姆遜的學生盧瑟福表示:吾愛吾師,吾更愛真理。對老師的觀點提出了異議,這就是著名的α粒子散射試驗。
α粒子就是氦原子核,由兩個中子和兩個質子組成,帶正電,質量足夠大,速度足夠快,這就是探究原子核內部的子彈啊。
盧瑟福用α粒子轟擊金箔,依照湯姆遜的理論,原子內部是均勻的,那麼穿過原子後的α粒子的偏轉角度應該大致相同,就好像對西瓜掃射,這個比喻不太恰當,用機槍掃射一塊堅硬的鋼板吧,子彈基本上偏轉應該差不多,可結果呢?大部分阿爾法粒子幾乎不發生偏轉,非常少的阿爾法粒子發生了超過90°的偏轉,甚至還有的出現了150°的偏轉,這意味著什麼?
這意味著原子內部大部分空間都是空的,而中間有一個堅硬的核心,穿過空的空間 的粒子沒有發生偏轉,而碰到核心的粒子出現了大角度偏轉。
盧瑟福據此提出了原子行星模型,大意就是原子中電子圍繞原子核旋轉,電子帶負電,原子核帶正電,而且原子核極小,但集中了原子的幾乎所有質量。
盧瑟福的行星模型
好了,現在我們終於回到了題主的問題。為什麼電子不落向原子核呢?又為什麼行星不落向恆星呢?
其實這兩個問題不用麻煩盧瑟福,偉大的牛頓爵爺就可以回答,因為他們之間的吸引力用來作為向心力維持圓周運動了啊,只不過原子內部是電磁力,行星和恆星之間是萬有引力。
至於題主的另一個問題,用電子轟擊原子核,這個問題其實盧瑟福早就想到了,所以他用阿爾法粒子去轟擊金箔,而不用電子,因為電子質量太小了啊,基本是質子質量的1/1836,即便加速到光速,當然這不可能,也沒有多少能量,還是打個比方,一個小孩子用刀可以很輕易地切開西瓜,但是一個大力士用羽毛無論如何也切不開西瓜。
題主的問題說完了,但是對於盧瑟福行星原子模型的質疑還沒有結束。
因為原子是會釋放光譜的,釋放光譜就意味著能量逐步減少,能量逐步減少後,電子的速度就會降低,慢慢地就應該落到原子核上,這個很好理解,我們用繩子栓一個小石塊做圓周運動,當我們不用力的時候,小石塊就會慢下來,回到圓心,當然不會回到圓心,因為還受到重力作用。
盧瑟福的學生玻爾感到這個歷史的重任落到了他的肩上,既然老師可以懟師爺,為什麼我不可以懟一懟老師呢?我也是更愛真理啊。
玻爾提出了他的原子模型,大意就是電子在固定的軌道上執行,並不會輻射能量,就是不發射光,但是電子在躍遷到另一個軌道時,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,還是用圓周運動做一下比較,當速度和半徑同時變化的時候才會發生輻射能量,這就叫躍遷,而且,關鍵是這個而且,這個躍遷是不連續的,必須是普朗克常數的整數倍,這就是量子論。
玻爾的原子模型
偉大的量子論就此產生,物理學進入了一個新時代。
但是玻爾的模型也有問題,就是隻適用於氫原子模型,對於多原子模型並不合適,那怎麼辦呢?或者說真正的原子模型一個是什麼樣的呢?真正的原子模型應該是電子雲模型,就是電子隨機出現,出現在哪裡都是一種機率。
電子雲模型
不過,這個模型的提出,就該那一群量子力學的星星們登場了,一時間,泡利薛定諤海森堡德布羅意狄拉克波昂康普頓紛紛你方唱罷我登場,天空頓時性格燦爛,當然漫天的星光都擋不住一顆太陽,那顆太陽就是愛因斯坦。
如果題主生在那個年代,又提出了這麼偉大的疑問,說不定會在璀璨星空中增加一顆中國星呢。
-
5 # 自然科學理論研究者
世界萬變不離其中(大統一理論)內容:第一章 你知道嗎?(行星的軌道:引力波與物之間的作用力與反作用力)產生的原因相同——大統一理論:第一課 隨著人類社會發展與進步,我們對宏觀世界的瞭解和對微觀世界的瞭解也在逐漸增強。 只要細心的你就會發現,宏觀與微觀最大的相同之處就是——“圓形”是我們這個宇宙的主題。 不管是宏觀的“太陽、行星”;還是微觀的“原子、電子”,都擁有作幾乎近似的軌道,執行方式?為什麼啦? 原因很簡單,就是因為他們“軌道”形成的原理相同。 首先我們先從宏觀角度來看: 1、 太陽,是透過熱核反應間隙波來形成自己的獨有領域——太陽系。 它的運作原理:就是透過無數(微觀世界)的原子撞擊機制來產生核聚變裂變的——但是這些反應都是存在間隙、節奏的(我在:“慣性的錯誤”中有舉例說明),這個現象就像原子彈爆炸時展現出來的現象一樣:瞬間爆炸產生強烈的衝擊波(熱推力)、超高溫,後又瞬間產生(可能的空間坍塌)形成丹縮效應——也就是內拉力、回聚現象。 這時如果這種“間隙反應”,不斷重複就會導致相近的“間隙反應”,產生出來的能量、熱推力會相互作用、抵消一部份,另一部分則會反彈、往回,從而加速“丹縮”的過程,使得內壓力增大,從而產生兩種可能:1、由於瞬間“丹縮”,再加外部強熱推力壓,使得剩餘物質高度凝結,從而形成、組成新的物質。(類似碳元素—煤—鑽石。);2、由於高強外壓使得“丹縮”速度變快,從而造成另一個層面的物質產生新一輪的強烈碰撞,從而在一次產生新一輪的【短暫】小型“核爆”…… 而這種“間隙反應”就會在宇宙空間物質中(宇宙“水”),產生類似水波的現象——也就是我們現實中觀察到的“行星軌道的實質”。(也是“愛因斯坦”所謂的“引力波”——而所謂的空間扭曲現象,其實就是由於這種“原點、立體式”的水波,將宇宙“水”,分層了不同圈數、不同遠近的物質堆:變現出來的視感錯覺現象。)同時也是為什麼沒有達到移動速度無法衝出、逃出這個範圍的原因原理之一——這個圈“線”位由於物質堆現象密度增大,形成了類似牆體的作用。 與此同時這也是“行星核反應間隙波”為自己構建起內層重力的方式(我在:“重力的實質”中有詳細說明);和外層“防護層”的方法。——抵擋太陽部分射線、粒子流的重要屏障之一。 相關話題:行星的軌道位置與其自身“地心核反應間隙波”強度、頻率;以及各自的【構成物質】、質量、大小有關。(如果細心,你還會發現越離核心軌道越遠。行星的體積越大的特定規律。——這是由於波紋擴散越往外,波于波之間的距離也就越大的原因。 …… 其次我們再來說說微觀世界: 1、 原子的反應方式這裡就不再重複了,因為太陽的反應方式就是原子的集中反應方式。 也就是說,在原子層面的,物質與物質之間的作用力與反作用力。究其實質,就是因為“原子內部進行作微型核反應”產生的,熱推力、衝擊波(斥力)與丹縮現象(引力、內拉力)。 這也就是為什麼想要將物質與物質之間的間距壓縮、靠攏那麼難,而反過來,推離、衝離相對來說更加輕鬆的原因原理。 而之所以在宏觀層面這種現象不明顯,是因為距離的原因和物質大小因素。 ……
2018、3、27
-
6 # 尕少年1
這個問題就等於 地球為什麼不飛向太陽是一個道理 這個也可以這麼解釋 懷孕的孩子為什麼不和其母親結合長成一個人兩個頭 幹嘛要生下來是一個道理
-
7 # 賽先生科普
我們先來看盧瑟福的原子行星模型
就是上面這幅圖,很經典吧,這也是咱們中學學的知識。原子內部,中心是原子核,體積很小但質量佔比卻非常大,周圍都是在各個軌道上飛行的電子。很顯然,這和太陽、行星的執行很類似。
那為什麼電子不飛向原子核呢?
很簡單,因為庫侖力都提供為向心力了,所以電子在繞原子核做圓周運動。
再看看量子論的初級版解釋(即玻爾首先提出的觀點)盧瑟福的模型是有缺陷的,因為電子在作加速運動時勢必釋放電磁波,導致原子系統能量的下降,於是就出現兩個結論:
其發射的光譜應當是連續的;
電子最終會落到原子核上。
但這兩個結論都與實際相違背。
於是玻爾用量子化的思想,假設了三個條件:
①原子只能處於一系列不連續的能量狀態,並且在其中任一狀態下,電子都不會發射或者吸收電磁波。
②再不同狀態之間變化時,都要吸收或者釋放某個頻率的光子
在此基礎上,利用原先的辦法算出符合條件的電子軌道,發現符合實驗資料。很顯然,這裡的電子也不會落向原子核。
最後再來看看量子力學給出的電子雲模型原先玻爾給出的理論,對解釋氫原子光譜的問題很成功,但它並不完美(不少其他問題都無法解釋、並且對引入的假設條件沒有嚴謹的解釋)
在用薛定諤方程對這個問題進行解答時,電子就不用在哪哪軌道這個概念了,取而代之的就是空間機率分佈,它能給出電子出現在空間某點的機率,然後發現玻爾算出的各個獨立軌道,都是某些狀態下的機率分佈最大值而已。
期待您的點評和關注哦! -
8 # QiaQia東
因為在實際中 原子的核外電子在運動的時候是不消耗能量的……
它在運動的時候也不會發射出電磁波 所以也不會因為能量耗盡而落入原子核(電磁波是一種能量)
原子的核外電子的運動是不定的 所以只能用機率來進行描述。
以下是百科的東西
電子是一種微觀粒子,在原子如此小的空間(直徑約10^-10米)內作高速運動,核外電子的運動與宏觀物體運動不同,沒有確定的方向和軌跡,只能用電子雲描述它在原子核外空間某處出現機會的大小。
順便……電子帶負電 原子核帶正電 按照一樓的理論是要吸引的。
地球上因為在做圓周運動 引力全部提供向心力 才不會被太陽吸走
但是電子不能用這個解釋 因為電子的運動時沒有軌道的……
-
9 # 艾伯史密斯
答:電子是可以飛向原子核與質子中和的,只是一般物質受量子力學約束,電子只能保持在一定軌道上,沒有足夠能量飛向原子核而已。
在經典的原子模型中,電子圍繞原子核繞行,由帶負電荷的電子和帶正電荷的質子間庫侖力提供向心力,但是這個模型有很多缺點。
比如在電磁學中,電子繞核運動會向外輻射電磁波,從而損失能量,使得電子墜入原子核,理論計算整個過程就是一瞬間,原子不可能穩定存在,這顯然和事實不相符合。
在上世紀初,發展起來的量子力學解決了這個問題,量子力學的電子雲模型描述,電子並非像行星繞太陽那樣圍繞原子核運轉,而是以一定機率瀰漫在原子核周圍,並在當前軌道附近出現的機率最大。
原子之所以不墜入原子核,可以由不確定性原理來解釋,如果把電子限制在原子核內,那麼電子的位置不確定度將會非常小,會造成電子的動量不確定度增大,電子海森堡速度的增大,使得電子能掙脫原子核的束縛。
更加深刻的解釋,需要用到泡利不相容原理,比如在白矮星中,由於泡利不相容原理,使得電子不會墜入原子核,由電子簡併壓力抵抗萬有引力(電子簡併壓力本質上就是泡利不相容原理導致的)。
但是科學家發現,由於宇宙最高速度是光速,泡利不相容原理提供的電子簡併壓力也是存在極限的,一旦萬有引力超過了這個極限,白矮星中的核外電子就會墜入原子核,與質子中和成中子,白矮星也將演化為中子星。
所以,電子一般情況不墜入原子核,是因為還沒有達到墜入原子核的條件而已。
-
10 # 金童希瑞
電子與電子軌道是虛擬的。
原子模型試圖用“宏觀世界”描述“微觀”粒子,難免帶來“問題”。
電子顯微鏡下的“金屬態氫離子”就是質子,電子是“金屬態氫離子”自旋(震盪)產生的“磁力矩”。
原子核帶正電,電子帶負電,既然吸引,為什麼電子不飛向原子核!而用電子轟擊原子核,又不會正負電荷放電呢?類似問題還有為什麼恆星吸引行星,行星也是圍繞旋轉,而不是飛向中心呢!
回覆列表
這就要說到宇宙中的四大基本力,強核力,弱核力,電磁力,電子是弱核力原子核是強核力,通常情況下電子永遠碰不到原子核。但是在極端情況下可以,溫度壓力極高比如黑洞中,大爆炸之前所有的物質被壓縮到了一起只能叫做混沌吧宇宙初始物質就是高壓鍋煮的一鍋粥,鍋爆炸啦粥涼了才形成了現在的世界。