Interpretation von Wahrscheinlichkeitsdichten in Atomorbitalen

Ich habe einmal gelesen, dass ein Atomorbital als eine Wolke von "Elektronenheit" konzipiert werden kann. Das heißt, das Elektron ist buchstäblich die Wolke, und die Wahrscheinlichkeitsdichte bezieht sich nur auf die Wahrscheinlichkeit, dass das Elektron an einem bestimmten Punkt im Raum mit einem anderen Teilchen (z. B. einem Photon) wechselwirkt.

Diese Metapher ist ziemlich intuitiv und brachte mich ohne Probleme durch ein Grundstudium in Physik und Chemie. Dennoch lese ich oft den Vorbehalt, dass „das Elektron nicht wirklich über die Wahrscheinlichkeitsverteilung ‚verschmiert‘ ist“, ohne Beweise dafür, warum das der Fall ist.

Gibt es ein Experiment/Beobachtung/Ergebnis, das diese Interpretation unter Umständen disqualifiziert?

Natürlich keine Antwort, aber ich würde vorsichtig sein, wenn es darum geht, "unsere erfolgreichen Abstraktionen zu verifizieren" . Ein Elektron ist nicht buchstäblich eine Wolke. Manche mögen sagen, ein Elektron sei buchstäblich eine Anregung eines Quantenfelds, aber ich würde das auch als eine gelungene Abstraktion bezeichnen. Ich bin mir nicht sicher, ob wir jemals sagen können, was ein Elektron wirklich ist , denn es ist, was immer es ist. Konzeptuelle Modelle dessen, was Dinge "sind", sind nur in dem Maße nützlich, in dem sie unsere Berechnungen und dergleichen unterstützen. (Ich bin allerdings nicht unbedingt ein philosophischer Pragmatiker.)
Können Sie eine Quelle für die Behauptung zitieren, dass das Elektron nicht tatsächlich über die Wahrscheinlichkeitsverteilung verschmiert ist ? Während ich den Standpunkt von March nehme, mathematische Modelle zu ernst zu nehmen, würde ich vermuten, dass die meisten Physiker der Ansicht sind, dass das Elektron verschmiert ist . Das Elektron hat keine genaue Position, es sei denn, es befindet sich in einem Positionseigenzustand und diese sind sowieso unphysikalisch.
@JohnRennie Es kommt darauf an, was "ausgeschmiert" wirklich bedeutet
@AaronStevens ja, und ich stimme Ihrer Interpretation zu, dass dies bedeutet, dass das Elektron keinen Ort hat, dh die Frage nach der Position des Elektrons stellt eine bedeutungslose Frage dar (zumindest denke ich, dass das Ihre Antwort sagt). Aber wir müssen sagen, was die Quellen sagen, auf die sich das OP bezieht, um die Frage des OP endgültig zu beantworten.
@JohnRennie Ja, ich sage, ich frage, was die Position des Elektrons bedeutungslos ist. Ich stimme auch zu, dass die Quelle sehr nützlich wäre. Ich würde meine Antwort bei Bedarf entsprechend anpassen.
Entschuldigung für die Verwirrung. Ich habe keine spezifische Quelle für den "verschmierten" Kommentar, aber ich glaube, es ist ein weit verbreitetes Missverständnis, dass Menschen annehmen, dass die Eigenschaften eines Elektrons (z. B. Ladung) proportional über alle Teile der Wellenfunktion ungleich Null verteilt sind und sein als falsch erwiesen.
Die Lehrbuchbeschreibung lautet, dass sich ein Elektron wie eine Welle verhält (gegeben durch seine Wellenfunktion) und wenn es mit einem anderen System (z. B. einem Photon) interagiert, "bricht es die Wellenfunktion zusammen" und das Elektron verhält sich wie ein Teilchen mit einer bestimmten Position. Das Modul der Wellenfunktion zum Quadrat gibt die Wahrscheinlichkeit an, dieses punktförmige Elektron an einem bestimmten Punkt zu finden.
Es ist einfacher und intuitiver, das Elektron immer als Welle zu interpretieren, und die Wahrscheinlichkeitsdichte aus dem Quadrat des Moduls wäre die Wahrscheinlichkeit, dass das Elektron an einem bestimmten Punkt mit einem anderen System wechselwirkt. Wenn also ein Photon am Punkt A mit einem Elektron interagiert, interagiert es mit der gesamten Wellenfunktion . Alle Eigenschaften des Elektrons scheinen am Punkt A lokalisiert zu sein, aber tatsächlich „ist“ das Elektron die Welle und ist überhaupt kein Teilchen geworden. Dies ist nicht das, was gelehrt wird, und ich frage mich, ob es in einigen Fällen falsch ist oder nur eine alternative Sichtweise?

Antworten (2)

Ich denke, was wir meinen, wenn wir sagen, dass das Elektron nicht verschmiert wird, ist Folgendes. „Ausgeschmiert“ bedeutet, dass ein Teil des Elektrons hier drüben und ein Teil dort drüben ist (wie eine Kugel Frischkäse auf Ihren Bagel zu schmieren). Stattdessen hat das Elektron nach einigen Interpretationen bis zu der Wechselwirkung, die Sie zu Beginn Ihrer Frage erwähnen, keinen definierten Ort (mit Unsicherheit) .

Zu sagen, dass das Elektron nicht verschmiert ist, widerspricht also nicht dem Wellenfunktions- / Feldbild. Vielmehr widerspricht es falschen Interpretationen des Wellenfunktions-/Feldbildes, indem es einfach sagt, dass sich das Elektron nicht "überall" in dieser "Wolke" befindet.

Man könnte hinzufügen, dass das Elektron als "Punkt"-Teilchen ohne zugrunde liegende Struktur angesehen wird.

Ich möchte betonen, dass es falsch ist, nur an „Wahrscheinlichkeitsdichte“ zu denken. Eine Wellenfunktion (ein „Orbital“ im chemischen Jargon) enthält mehr Informationen als nur ihren Modul zum Quadrat. Im Allgemeinen ist es eine komplexe Funktion, und dass es komplex ist, hat eine physikalische Bedeutung .

Als Beispiel betrachten 2 P Wellenfunktionen für Wasserstoffatom. Es gibt drei unabhängige. Obwohl der Einsatz von Chemikern zu berücksichtigen ist 2 P X , 2 P j , 2 P z in der Physik Eigenfunktionen von L z ( z -Komponente des Drehimpulses) wichtiger sind. Ihre Ausdrücke sind

M = + 1 :   F ( R ) Sünde ⁡ θ e ich ϕ M = 0 :   G ( R ) cos ⁡ θ M = − 1 :   F ( R ) Sünde ⁡ θ e − ich ϕ
Sie können das in Bezug auf den Modul sehen M = + 1 Und M = − 1 Eigenfunktionen sind identisch. Sie repräsentieren jedoch unterschiedliche Zustände.

Ein weiteres Beispiel: Wenn Sie nur das Modulusquadrat (die "Elektronenwolke") betrachten, könnten Sie nichts über den Impuls wissen. ZB ist sein Erwartungswert Null, wenn ψ real ist, aber möglicherweise nicht Null ist, wenn ψ ist komplex.

Danke schön. Ich habe die Position nur erwähnt, weil ich dachte, dass dies die einzige für mein Beispiel relevante Eigenschaft ist, aber ich bin mir bewusst, dass alle Informationen über das Teilchen in der Wellenfunktion codiert sind. Interessanterweise ist der m=0-Ausdruck gerade, während die anderen ungerade sind (es sei denn, g(r) ist auch ungerade?). Mein Verständnis war, dass die von Chemikern verwendeten "p-Orbitale" aus einer linearen Kombination dieser Ausdrücke abgeleitet wurden, was zu 3 äquivalenten, nicht komplexen Formen führte, die zusammen einen kugelsymmetrischen Satz bilden. Während ich das schreibe, wird mir klar, wie falsch das sein könnte.
Interpretation von Wahrscheinlichkeitsdichten in Atomorbitalen
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