Kollabieren Elektronen zum Kern, wenn Elektronen im Atom ständig angeregt werden?

Aus dem Atommodell von Bohr geht hervor, dass ein Elektron nur bestimmte Energieniveaus haben kann. Wenn das Elektron so nah wie möglich am Kern vorhanden ist, hat das Atom die kleinstmögliche Energie und befindet sich im Grundzustand . Wenn ihm Energie von einer äußeren Quelle zugeführt wird, kann er eine bestimmte Menge an Energie absorbieren und springt in einen höheren Energiezustand. Ein solcher Zustand eines Atoms, in dem das Atom mehr Energie besitzt als im Grundzustand, wird als angeregter Zustand bezeichnet . Diese angeregten Zustände sind instabil und das Elektron neigt dazu, auf ein niedrigeres Energieniveau zurückzukehren. Dieser Übergang (Wechsel) vom oberen zum unteren Energieniveau erfolgt sprunghaft und es wird Energie in Form eines Quantums abgegeben, das der Energiedifferenz zwischen den beiden Niveaus entspricht.

Ich habe hier Zweifel, wenn ein Elektron Energie von der äußeren Quelle absorbiert und in den höheren Energiezustand springt, wird es jetzt absorbierte Energie als potentielle Energie im angeregten Zustand speichern. Wenn das Elektron die gesamte absorbierte Energie abgibt (Quantendifferenz der Energien zwischen den beiden Ebenen). Mit welcher Energie kommt ein Elektron herunter? Ich meine, in gewöhnlichen Situationen sagen wir, dass ein Objekt in beliebiger Höhe herunterkommt und seine potenzielle Energie in kinetische Energie umwandelt. Hier im Falle eines Elektrons hat es bereits absorbierte Energie als Quanten abgegeben. Ist es also so, dass das Elektron eine andere Energie als die von der Quelle absorbierte Energie verliert, um in den Grundzustand zu gelangen? Ich dachte, wenn es möglich wäre, müsste das Elektron ständig Energie verlieren, wenn es angeregt wird, schließlich würde es in den Kern kollabieren. Aber das beobachten wir nicht wirklich. Ich denke, es könnte ein Missverständnis von mir geben oder es könnte eines der bestehenden Modelle wie ein quantenmechanisches Modell geben, das dies erklären könnte. Falls dies der Fall war, erläutern Sie dies bitte.

Wenn irgendetwas auf einem höheren Potential auf ein niedrigeres Potential herunterkommt, wandelt es entweder seine Energie in KE um oder setzt diese Energie frei . Das passiert hier; es reduziert sein Potential, indem es Photonen einer bestimmten Wellenlänge emittiert, und kommt daher auf einen niedrigeren Zustand herunter.
Danke für den Kommentar. Angenommen, ich habe eine Tasse heißen Kaffee auf dem Tisch. Es wird kontinuierlich Energie in Form von Wärme verlieren, aber es bleibt auf dem Tisch, obwohl es einen Energieverlust gab. Jetzt, ganz plötzlich, nehme ich den Tisch ab, die Tasse Kaffee wandelt ihre potenzielle Energie in kinetische Energie um, um herunterzukommen. In ähnlicher Weise verliert ein Elektron Energie in Form von Quanten, das bedeutet nicht, dass es herunterkommen sollte, es muss einen Teil seiner Energie in kinetische Energie umwandeln, um herunterzukommen. Das dachte ich mir, wenn etwas falsch ist, erklären Sie es bitte.
Lassen Sie mich eine Antwort schreiben.

Antworten (6)

Basierend auf einigen Ihrer Kommentare denke ich, dass das, was Sie stolpern könnte, die erste Aussage ist, mit der Sie begonnen haben:

Aus dem Atommodell von Bohr geht hervor, dass ein Elektron nur bestimmte Energieniveaus haben kann.

Und

... Nehmen wir an, wir nehmen an, dass die Gesamtenergie der Elektronen verloren geht, das Elektron kann nicht in einer bestimmten Schale bleiben, da es diesen bestimmten Energiewert nicht hätte.

Das mag für Bohrs Atommodell stimmen, aber Bohrs Atommodell ist falsch. Und Elektron muss sich nicht in einer bestimmten, bestimmten Hülle oder Energieebene befinden. Vielmehr ist jeder Elektronenzustand eine Überlagerung von Zuständen bestimmter Energieniveaus (Energieeigenzustände).

Das bedeutet, dass der Erwartungswert eines Wasserstoffelektronenzustands aussehen wird

⟨ E ⟩ = ∑ N | A N | 2 E N ,
Wo { A N } sind beliebige komplexe Werte mit ∑ N > 0 | A N | 2 = 1 Und E N sind Energieniveaus in aufsteigender Reihenfolge. Wegen der Summe- 1 Bedingung, die Einnahme eines beliebigen Teils entlang der anderen Energie-Eigenzustände erhöht die Energie im Vergleich zum Grundzustand.

Mit anderen Worten, selbst wenn der Elektronenzustand keine definierte Energie hat, können Sie immer noch nicht tiefer als der Grundzustand gehen.

Angenommen, ich habe eine Tasse heißen Kaffee auf dem Tisch. Es wird kontinuierlich Energie in Form von Wärme verlieren, aber es bleibt auf dem Tisch, obwohl es einen Energieverlust gab. Jetzt, ganz plötzlich, nehme ich den Tisch ab, die Tasse Kaffee wandelt ihre potenzielle Energie in kinetische Energie um, um herunterzukommen.

Wenn Sie den Tisch nicht schütteln, wird die Kaffeetasse für immer dort stehen. In ähnlicher Weise stört nichts das Elektron in einem angeregten Energie-Eigenzustand, dann wird es einfach niemals zerfallen. Es kann nicht: Energieeigenzustände sind stationär; sie entwickeln sich zu nichts anderem als sich selbst.

Ganz ohne externe Störungen zu sein, ist jedoch eigentlich unmöglich. Die Unschärferelation versorgt das elektromagnetische Feld mit Vakuumschwankungen, die das Elektron stören, selbst wenn nichts anderes in der Umgebung dies tut. In Ihrer Analogie sorgt dies (oder etwas anderes) für das "Rütteln des Tisches" für das Elektron. Sobald der Elektronenzustand auch nur eine winzige Komponente in einem anderen Energie-Eigenzustand erhält, kann sich der Zustand mit der Zeit entwickeln.

Mit anderen Worten, man kann sich die spontane Emission als eine besondere Art der stimulierten Emission vorstellen, bei der das Vakuum die Störung bewirkt.

Hier im Falle eines Elektrons hat es bereits absorbierte Energie als Quanten abgegeben. Ist es also so, dass das Elektron eine andere Energie als die von der Quelle absorbierte Energie verliert, um in den Grundzustand zu gelangen? Ich dachte, wenn es möglich wäre, müsste das Elektron ständig Energie verlieren, wenn es angeregt wird, schließlich würde es in den Kern kollabieren. Aber das beobachten wir nicht wirklich. Ich denke, es könnte ein Missverständnis von mir geben oder es könnte eines der bestehenden Modelle wie ein quantenmechanisches Modell geben, das dies erklären könnte. Falls dies der Fall war, erläutern Sie dies bitte.

Wie andere sagten, wurde das Bohr-Modell durch die quantenmechanische Formulierung von Teilchenwechselwirkungen im Mikrokosmos ersetzt. Es gibt bestimmte Energieniveaus, die von Elektronen besetzt werden können, und es gibt einen Grundzustand , aus dem die Elektronen im Allgemeinen nicht tiefer fallen können.

Bitte studieren Sie, was diese Orbitale bedeuten, die das Ergebnis der Lösung für die Schrödinger-Gleichung für das Atom sind. Sie zeigen die Wahrscheinlichkeitsverteilung im Raum für das Elektron um einen Kern:

Atomorbitale

Die Formen der ersten fünf Atomorbitale: 1s, 2s, 2px, 2py und 2pz. Die Farben zeigen die Phase der Wellenfunktion. Dies sind Graphen von ψ(x, y, z)-Funktionen, die von den Koordinaten eines Elektrons abhängen. Um die längliche Form von ψ(x, y, z)2-Funktionen zu sehen, die die Wahrscheinlichkeitsdichte direkter anzeigen, sehen Sie sich die Diagramme der d-Orbitale unten an.

Beachten Sie, dass der Drehimpuls = 0 (S-Zustände) eine Wahrscheinlichkeit dafür hat, dass sich das Elektron im Zentrum befindet, in dem sich die positive Ladung des Kerns befindet. Da der Kern um Größenordnungen kleiner ist als der vom Orbital abgedeckte Raum, ist die Wahrscheinlichkeit, dass das Elektron vom Kern eingefangen wird, verschwindend klein (zusammen mit anderen Phasenraumüberlegungen), aber es passiert für protonenreiche Kerne, wo die Felder stark sind. Das nennt man Elektroneneinfang . Bei diesen seltenen Prozessen emittiert ein Elektron, wenn es eingefangen wird, ein Photon/Gamma, das für den Grundzustand charakteristisch ist, den es verloren hat. Es gibt keinen kontinuierlichen Verlust, da das System quantisiert ist.

Ich dachte, wenn es möglich wäre, müsste das Elektron ständig Energie verlieren, wenn es angeregt wird, schließlich würde es in den Kern kollabieren.

Sie scheinen vergessen zu haben, dass das Elektron, wenn es angeregt wird, Energie erhält , die dann freigesetzt wird, wenn es sie aussendet. Es würde also nicht zusammenbrechen, weil Energieaufnahme und -abgabe ausgeglichen sind.

Als ich Ihren Kommentar als Antwort auf meinen gelesen habe, habe ich verstanden, was Sie fragen wollten.

Hier sind so viele Menschen verwirrt. Seit wir mit Chemie in der Mittelschule beginnen, wird uns etwas über Elektronenbahnen beigebracht, die wie konzentrische Kreise sind . Jeder geht von Natur aus davon aus, dass die 1. Umlaufbahn innerhalb der 2. Umlaufbahn liegt, die wiederum innerhalb der 3. liegt und so weiter. So ist
es nicht!

Elektronenbahnen sind nicht mit dem Sonnensystem vergleichbar. Eine Hülle mit höherer Energie bedeutet nicht eine mit einem größeren Radius.

Wenn ein Elektron Energie verliert, um in einen niedrigeren Zustand zu gelangen, bedeutet das nicht, dass es tatsächlich seinen Radius verringert – nur seinen Energiezustand. Bohrs Modell war einfach eine Theorie, die viele Vorkommnisse erklärte, aber sobald Sie anfangen, etwas über die Quantenmechanik eines Atoms zu lernen, werden Sie sehen, wie wir es heute glauben.

Wenn Sie begonnen haben , etwas über die Subshells s, p, d und f zu lernen, kann ich das etwas näher erklären.

Die meisten Menschen, die sich das Atom nicht richtig vorgestellt haben – dank der Mittelschulanalogie des Sonnensystems – nehmen viele falsche Dinge über das Atom an.

Zum Beispiel existieren alle Atomorbitale am Kern zentriert . Viele Menschen stellen sich das so vor:

http://i.stack.imgur.com/OIpg7.png

Das ist falsch. ↑

Eigentlich jeder von P X , P j , P z , S , D X j , usw. werden zentriert am Kern platziert .

Die Antwort sieht vernünftig aus, aber wenn man sie betrachtet, liest man möglicherweise nicht den letzten Satz - sondern sieht das falsche Bild. Könnte dies vielleicht neben dem Bild als "(falsch)" markiert sein?
Danke für die Antwort. Betrachten Sie die folgende Situation, die sinnvoller wäre. Lassen Sie eine Tasse heißen Kaffee mit j Joule Energie von einer Position zu einer anderen Position entlang des Tisches verschieben, ähnlich könnte angenommen werden, dass ein Elektron aufgrund der Energieabsorption in eine Hülle mit höherer Energie verschoben wird. Angenommen, Kaffee verliert j Joule Energie in Form von Wärme an die Atmosphäre, bleibt aber an der gleichen Position, ebenso verliert das Elektron die gesamte absorbierte Energie, bleibt aber in der gleichen Hülle. Damit die Kaffeetasse wieder in ihre alte Position zurückkehrt, muss sie einige...
....von seiner Energie (außer verlorener Energie) in kinetische um zurückzukommen. Auf die gleiche Weise muss das Elektron einen Teil seiner Energie in kinetische Energie umwandeln, um zur ursprünglichen Hülle zurückzukehren. Daher muss das Elektron einen Teil seiner Energie außer der absorbierten verlieren, um zur ursprünglichen Hülle zurückzukehren. Ich habe verstanden, was Sie mit Bezug auf die vorherige Analogie sagen wollten. Wenn eine solche Komplexität, auch in Bezug auf diese Analogie, bitte erwähnen.
@Ruslan Danke, ich werde die Antwort bearbeiten, um die wichtigen Punkte hervorzuheben.
@Vinay, über das Bewegen von einem Ort zum anderen zu sprechen, ist etwas anderes als das Ändern der Umlaufbahngröße. Wie umkreist etwas? Wenn es eine Geschwindigkeit hat, die gerade ausreicht, um die Anziehungskraft zu überwinden, beginnt es zu kreisen. Es ist im Grunde eine Umlaufbahn, wenn es sich so schnell bewegt, dass es dem Zug immer wieder ausweicht. Je größer die Geschwindigkeit, desto größer die Umlaufbahn. Ich denke, das funktioniert auch für Elektronen und den Kern, aber der Radiusunterschied ist vernachlässigbar.
Geben Sie ihm also im Grunde nur Energie (in Form von Photonen), und das wird in seine kinetische Energie einfließen - was seine Geschwindigkeit erhöht - was (gemäß Bohrs Atom) den Umlaufradius vergrößert. Das Elektron ist nicht stationär, daher kann es Sie verwirren, es mit dem Bewegen einer Tasse Kaffee von einem Ort zum anderen zu vergleichen.

Erinnern Sie sich als Randbemerkung an das Pauli-Ausschlussprinzip, dass keine zwei (fermionischen) Teilchen denselben Zustand haben können. Zwei Elektronen können also nicht exakt denselben Zustand einnehmen, zB gibt es im Grundzustand nur zwei Elektronen mit jeweils unterschiedlichem Spin. Außerdem gibt es das Unbestimmtheitsprinzip, dass Sie die Position oder den Impuls eines Teilchens nicht genau bestimmen können (und je mehr Sie über einen dieser Faktoren wissen, desto weniger wissen Sie über die anderen), und dass jedes Teilchen eine ungefähre Wellenlänge hat, die es leitet die "Bahn" des Teilchens im klassischen Sinne.

Selbst wenn ein Elektron Energie abgibt (und die Quantenregeln bestimmte Energiezustände in einem gebundenen System erfordern), würden die nuklearen Abstoßungskräfte (nicht elektromagnetische) es daran hindern, dem Kern selbst "nah" zu kommen. Sehen Sie sich an, auf welche Geschwindigkeiten Teilchen in CERN oder LINAC beschleunigt werden, damit sie mit einem Kern kollidieren können.

Wenn Kern N M X hat ausreichend mehr Energie als N − 1 M X ' , dann kann es zu einem radioaktiven Zerfall durch Elektroneneinfang kommen. Es scheint also nicht richtig zu sein, das Vorhandensein von nuklearen Kräften für das Fehlen einer "Annäherung" verantwortlich zu machen, da nukleare (schwache) Kräfte für das Einfangen von Elektronen verantwortlich sind, während das Fehlen solcher Kräfte auf die Energieeinsparung zurückzuführen ist.
@Carl Witthoft. Vielen Dank für die Antwort, Sir. Als die Schrödinger-Wellengleichung für das Wasserstoffatom gelöst wurde, gab sie einen Ausdruck für die Energie des Elektrons in einer bestimmten Schale. Angenommen, wir nehmen an, dass die Gesamtenergie der Elektronen verloren geht, das Elektron kann nicht in einer bestimmten Schale bleiben, da es diesen bestimmten Energiewert nicht hätte. Somit würde es aufgrund der unterschiedlichen Ladungsnatur von Elektron und Proton mehr zum Kern hin angezogen. Also dachte ich, das Elektron würde in den Kern kollabieren. Ich bin kein Experte für Quantenmechanik, bitte erklären Sie, wie CERN oder LINAC mit diesem Konzept umgehen.
@StanLiou fair genug. Ich war nicht so tief :-)
"Ich bin kein Experte für Quantenmechanik" lol, das beste Physik-Zitat aller Zeiten! :P
@shortstheory oder "Wie kannst du gleichzeitig an zwei Orten sein, wenn du nirgendwo bist"
Das ist einfach falsch. Elektronen in s-Zuständen haben eine nicht-triviale Wahrscheinlichkeitsdichte innerhalb des Kerns. Der Kern interagiert mit einem Elektron auf Baumebene nur durch elektroschwache Prozesse, und diese sind insgesamt in allen Bereichen attraktiv. Allein die Quantenmechanik ist für die relativ große Größe der stationären Zustände verantwortlich.
@StanLiou: Ja, ich glaube, K-Capture ist eine solche Situation, in der das Elektron in den Kern fallen kann .
Kollabieren Elektronen zum Kern, wenn Elektronen im Atom ständig angeregt werden?
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