Ist die Temperatur die Geschwindigkeit von Elektronen?

Damals in der Mittelschule (was vor ungefähr 10 Jahren war) erinnere ich mich, dass mir beigebracht wurde, dass die Temperatur eines Atoms im Grunde die Geschwindigkeit der Elektronen ist, die den Kern umkreisen, was irgendwie Sinn machte - niedrigere Temperatur, niedrigere Geschwindigkeit, damit die Materie besser ist bei zusammenhalten (fest sein).

Ich weiß nicht wirklich, ob dies veraltetes Wissen oder Vereinfachung war (oder ich mich falsch erinnere), aber meine Frage ist:

Wie wahr ist es, dass die Temperatur durch die Geschwindigkeit der Elektronen definiert wird und je niedriger die Temperatur ist, desto langsamer bewegen sich die Elektronen um den Kern?

Antworten (2)

In einem bestimmten Orbital hat die Elektronenbewegung nichts mit der Temperatur zu tun.

Atome haben eine Vielzahl elektronischer Zustände, und bei höheren Temperaturen ist es wahrscheinlicher, dass die höheren Energiezustände besetzt werden.

Die Temperatur wird jedoch am häufigsten durch die Translationsbewegung des Kerns der Atome bestimmt. Lassen v sei die Geschwindigkeit eines Atomkerns in einem Gas. Lassen ⟨ v 2 ⟩ sei die durchschnittliche Quadratgeschwindigkeit dieser Kerne. Temperatur und mittlere Energie der Translationsbewegung in einem Gas hängen wie folgt zusammen:

3 2 k T = 1 2 M ⟨ v 2 ⟩
Wo k ist Boltzmanns Konstante, T ist Temperatur, und M ist die Masse des Atoms.

Elektronen in Orbitalen haben keine Geschwindigkeitsverteilung. Das ist gefährlicher halbklassischer Unsinn, den man niemals propagieren sollte. Ihre Formel für die durchschnittliche kinetische Energie idealer Gasmoleküle ist falsch.
Nur um zu sehen, ob wir uns auf derselben Seite befinden, würde es zulassen, dass die Orbitalwellenfunktion eine Positionsverteilung definiert?
Nein, aber dies ist nicht der Ort für mich, Ihnen eine Lektion in Quantenmechanik zu erteilen.
Wellenfunktionen definieren Wahrscheinlichkeitsverteilungen für Positionen. In der Quantenmechanik wird dies als Born Rule bezeichnet . Auch darüber können Sie hier nachlesen . Hier werden beispielsweise Bilder von räumlichen Wahrscheinlichkeitsverteilungen für das Wasserstoffatom gezeigt .
Die Born-Regel gibt Ihnen eine Verteilung für eine Messung, sie gibt Ihnen keine Verteilung für die Position eines Elektrons (oder eines anderen Teilchens). Das ist ein feiner, aber sehr wichtiger Unterschied zwischen der klassischen Physik und der Quantenmechanik. Um eine Position zu messen, müssen Sie mit dem Atom echte Quanten austauschen, während es beim nicht gemessenen Atom keinen solchen Austausch gibt. Ich weiß, wir unterrichten dieses Zeug nicht direkt in Anfängerkursen und Laienliteratur ... aber wir sollten es tun. Entfernen Sie Ihren ersten Satz und korrigieren Sie Ihre Formel, und ich werde die Ablehnung zurückziehen. Gerecht?
Ich entschuldige mich für die Kurzschrift: Sie haben Recht, dass es sich um eine Verteilung für einen Messwert handelt. Antwort aktualisiert.
Um ehrlich zu sein, verstehe ich diese Antwort nicht ganz, aber ich vermute, dass sie richtig ist.
@MaurycyZarzycki Diese Frage ist komplex: Sie berührt die Quantenmechanik und die statistische Mechanik. Wenn es jedoch einen Punkt gibt, den ich versuchen soll zu klären, fragen Sie einfach.
Ich denke, die einfachste und richtigste Antwort auf meine Frage lautet "Nein, das stimmt nicht". Ich bin jetzt aber neugierig - was ist der Unterschied zwischen einem Wasserstoffatom mit einer Temperatur von 10 K und 100 K? Wie wird die Energie aus der höheren Temperatur „gespeichert“?
Bei 10 K und Normaldruck ist Wasserstoff eine Flüssigkeit. Wenn Sie es auf 100 K erhitzen, geht die Energie hauptsächlich an drei Stellen. Die erste ist die Verdampfungswärme (die Energie, die benötigt wird, um die Moleküle zu trennen), damit es zu einem Gas werden kann. Die zweite ist die zufällige Translationsbewegung der Moleküle. Die dritte ist die zufällige Rotation der Moleküle.
-1 Für die falsche Antwort und den seltsamen Fokus auf Gas, obwohl es in der Frage nicht erwähnt wurde.

Es scheint mir, dass eine niedrige Temperatur dazu führen würde, dass Energie aus der Elektronenbahn abgeführt wird. Dies würde vor allem dazu führen, dass die Umlaufbahn des Elektrons seinen Abstand vom Kern des Protons/Kerns verringert. wodurch sich das Elektron tatsächlich schneller um den Kern bewegt. Dies ist der wahre Grund für die Wärmeausdehnung. Ich finde es höchst unwahrscheinlich, dass es jemals einen Abstand zwischen Elektronen gibt, wie in so vielen angegeben. Ich verstehe, dass die wissenschaftlichen Gemeinschaften Recht haben wollen. Aber alles, was ich über das Atom lese, lässt mich denken, dass niemand wirklich ein Verständnis für die echte Physik hat. Eine letzte Sache. Elektrostatischer Schock wurde zu lange auf Feuchtigkeitsmangel zurückgeführt. Wenn sich die Elektronen bei kälteren Temperaturen schneller bewegen, scheint mir dies der Grund für ESD in kälteren Umgebungen zu sein

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