Element 137 - Theoretische Grenze [Duplikat]

Ich habe einige Quellen gesehen, die erwähnen, dass die Geschwindigkeit eines Elektrons in einem Wasserstoffatom 1/137 der Lichtgeschwindigkeit beträgt. Dieser Artikel erwähnt auch etwas, das wie eine Korrelation zwischen der Ordnungszahl und dem Zähler aussieht, was bedeutet, dass die Elektronengeschwindigkeit von Gold 79/137 der Lichtgeschwindigkeit beträgt.

Bedeutet dies, dass das höchstmögliche Element Element 137 (oder wahrscheinlicher 136) wäre? Bezieht sich nicht auf etwas Stabiles, sondern nur auf das, was mit Physik (und Hadronen) möglich ist.

Es gibt so eine naive Grenze, aber genau genommen haben Elektronen keine Geschwindigkeit innerhalb von Atomen. Diese Zahlen sind nur halbklassische Schätzungen für nichtklassische Systeme. Elektronen sind in jedem Atom relativistisch und niemand weiß, was bei wirklich hohem Z passiert, wir können die Theorie für diese Systeme einfach nicht aus Grundprinzipien berechnen. Es ist unwahrscheinlich, dass es dort oben eine stabile Region gibt, da stabile Kerne dieser Masse noch nie in der Natur beobachtet wurden.

Antworten (1)

NEIN.

Es besteht tatsächlich eine Korrelation zwischen der Kernladung Z eines Elements und die kinetische Energie der innersten Elektronen, aber man muss zwei Dinge im Auge behalten:

  • Der Zusammenhang ist nicht linear, man kann also nicht einfach die Geschwindigkeit des innersten Elektrons mit multiplizieren Z und hoffen, dass die Dinge einfach klappen. Das Innere eines großen Atoms ist ein sehr komplexer Ort, an dem viele dynamische Effekte ablaufen, und selbst wenn die kinetische Energie von Wasserstofforbitalen damit zunimmt Z 2 das bedeutet nicht, dass dies auch dann der Fall ist, wenn mehrere Elektronen vorhanden sind. Zunächst einmal ist selbst in Helium die durchschnittliche kinetische Energie jedes Elektrons nicht viermal so hoch wie die von Wasserstoff - das ist also geklärt.

  • Noch wichtiger ist, dass die kinetische Energie mit zunimmt Z . Sobald sich die entsprechende Elektronengeschwindigkeit der Lichtgeschwindigkeit nähert, müssen Sie auf den relativistischen Ausdruck der kinetischen Energie umschalten,

    E K = M C 2 1 − v 2 / C 2 − M C 2 ,
    und das kann sich bei gleichbleibendem Tempo grenzenlos steigern | v | < C . Das heißt, Sie können dem Elektron weiterhin Energie hinzufügen, ohne befürchten zu müssen, dass es die Lichtgeschwindigkeit bricht, sodass Ihre Befürchtungen unbegründet sind.

Um ein bisschen weiter zu gehen, der Artikel, auf den Sie verlinkt haben, ist an mehreren Fronten ziemlich irreführend. Das Vorhandensein von relativistischen Effekten innerhalb von Atomen wurde vollkommen gewürdigt, von der feinen Struktur von Wasserstoff bis hin zu stark relativistischen Effekten in schwereren Atomen wie der „Anomalie“ von flüssigem Quecksilber , die für die Atomphysiker, die sie untersuchen, Brot und Butter sind.

Heutzutage und in den letzten sechzig Jahren bedeutet die Tatsache, dass Atome „von ihrem erwarteten chemischen Verhalten abweichen, das durch ihren Platz im Periodensystem der Elemente vorhergesagt wird“, einfach, dass die Berechnungen entweder naiv oder ohne ausreichende Sorgfalt vorgenommen wurden. Das beschriebene Verhalten (die Entkopplung der S-Orbitale von Sg von der Valenzschale aufgrund relativistischer Energieüberlegungen, wodurch eine effektive Valenz von +4 statt der naiven +6 verbleibt) ist keineswegs beispiellos.

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