Visualisierung von Elektron

Das Wichtigste zuerst, ich bin weder Physiker noch Physikstudent. Ich studiere Grafikdesign. Thema meiner Bachelorarbeit ist die Visualisierung von physikalischen und mathematischen Phänomenen, lange Rede kurzer Sinn, ich versuche eine ästhetisch ansprechende Darstellung des Elektrons zu schaffen.

Hoffentlich habe ich meine Hausaufgaben gemacht und das sehr rudimentäre Konzept der Orbitale in Ordnung gebracht. Ich habe auch New Cosmos gesehen, wo in Episode 5 das Elektron des Wasserstoffs dargestellt wird, ich habe versucht, eine ähnliche Darstellung mit Processing zu erstellen.

In Cosmos spricht Mr. Degrasse von „Quantensprüngen“, bei denen Elektronen von höheren Energieorbitalen (und er verwendet genau das Wort Orbital, nicht Orbit) zu niedrigeren Energiesprüngen und umgekehrt.

Kosmos-Darstellung: (Entschuldigung für das Stottern des GIF, wahrscheinlich Renderer-Problem)

Kosmos

Und hier ist meine Darstellung: (Sprung, geschieht alle 1,5 Sekunden und springt immer von unten nach oben, ich habe noch keinen anderen Weg herausgefunden. Während die Flugbahn des Elektrons von Cosmos als flache Oberfläche dargestellt wird, ändert sich der Winkel von mir mit jedem Sprung. Aus ästhetischen Gründen habe ich die Anteile des Elektrons im Vergleich zum Kern weggelassen.)

Kugel

Meine Fragen sind:

  1. Hat das Elektron irgendeine Geschwindigkeit, "bewegt" es sich? Oder teleportiert es gemäß der orbitalen Wahrscheinlichkeitsfunktion "herum"? Und daher ist die Darstellung in Cosmos nicht korrekt?

  2. Wenn es nicht möglich ist, die genaue Position des Elektrons zu einem bestimmten Zeitpunkt festzulegen, ist diese Art der Darstellung des Elektrons dann völlig falsch?

  3. Würde eine große Kugel, die mit "Punkten" gefüllt ist, die die Wahrscheinlichkeit der Position des Elektrons darstellen, das Verhalten des Elektrons besser darstellen? Wenn man bedenkt, dass wir mit dem Wasserstoffatom arbeiten.

Antworten (1)

  1. Das Elektron bewegt sich nicht - es hat keine wohldefinierte Position im Orbitalzustand und daher keinen wohldefinierten Impuls. Es "teleportiert" sich auch nicht herum - solange es nicht mit etwas interagiert, das es zwingt, an einer bestimmten Position zu sein, wird sein Zustand als Elektronenwolke über das ganze Elektron "verschmiert " .

  2. Ja, dies ist im Wesentlichen das Bohr-Modell , das als falsch bekannt ist (und, da es immer noch in Schulen gelehrt wird, die Quelle für viele Verwirrung über Elektronenorbitale ist). Bitte verewige es nicht.

  3. Warum Punkte? Wenn Sie darauf bestehen, es zu visualisieren, sind die "glatten" Bilder der Wikipedia-Seite über Atomorbitale viel besser geeignet, zum Beispiel:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wie kommt es dann zum Sprung? Springt das Elektron in jede mögliche Position? (solange die Wahrscheinlichkeit von Orbital eine "Landezone" zulässt) Existiert ein Elektron in jeder möglichen Position? Daher der Abstrich?
@Monocheddar: Das Elektron hat eine Wahrscheinlichkeit, an jeder möglichen Position gefunden zu werden . Bis Sie hinschauen, existiert es in keinem von ihnen, sondern nur in einer Überlagerung von ihnen - Sie können nicht sagen, wo sich das Elektron befindet, solange es den Orbitalzustand einnimmt (und da die Orbitalzustände unter Zeitentwicklung stabil sind, sind dies die besagt, dass sich alle Elektronen in der realen Welt befinden), nur dort, wo es gefunden werden kann . Man stellt es sich „verschmiert“ über das Volumen vor, in dem die Wahrscheinlichkeit, es zu finden, nicht zu vernachlässigen ist.
"Das Elektron bewegt sich nicht - es hat keine genau definierte Position im Orbitalzustand und daher keinen genau definierten Impuls." - Monocheddar sollte jedoch verstehen, dass Sie verschiedene Variablen für ein Elektron messen können und dass diese Aussage speziell für präzise Energiemessungen gelten soll (jeder „Orbitalzustand“ hat eine genau definierte Energie). Wenn Sie sich stattdessen dafür entschieden, Position und Impuls periodisch so genau wie möglich zu messen, könnten Sie sehen, wie es sich zwischen aufeinanderfolgenden Messungen "bewegt" (nicht sicher, wie das genau aussehen würde).
@ACuriousMind Du liegst falsch, youtube.com/watch?v=Yii1u2Lz-II Elektronen bewegen sich, sie haben einen genau definierten Drehimpuls. "es hat keine wohldefinierte Position im Orbitalzustand und daher auch keinen wohldefinierten Impuls" . Das ist wie zu sagen: Dieses Auto hat keine genau definierte Position, deshalb bewegt es sich nicht. photographymad.com/files/images/shutter-speed-motion-blur.jpg Verstehst du überhaupt, was du sagst, bruv?
@eromod Die Formulierung in der Antwort ist etwas falsch - es liegt nicht daran, dass es keine genau definierte Position hat, dass es keinen genau definierten Impuls hat, aber es ist dennoch wahr, dass die Orbitale stationäre Zustände mit genau definierter Energie und Winkel sind Impuls, aber keine wohldefinierte Position oder linearer Impuls. In keinem sinnvollen Sinne des Wortes "bewegt" sich ein Elektron in einer Umlaufbahn.
@ACuriousMind 1) Wenn ich um Mitternacht die Position eines Elektrons um ein Wasserstoffatom messe und es eine Minute später erneut messe, befindet es sich dann an genau derselben Stelle? 2) haben Orbitale die Form von Elektronen oder befinden sich Elektronen in den Orbitalen?
@eromod 1. Sie werden es höchstwahrscheinlich woanders messen, aber durch das Messen seiner Position haben Sie seinen Zustand vom Orbitalzustand in einen Positionszustand geändert, der nicht mehr stationär ist. 2. Eher Letzteres - "Orbital" ist nur der Name für den Quantenzustand, den die Elektronen einnehmen. Die Formen, die man gezeichnet sieht, sind im Grunde die diesen Zuständen zugeordneten Wellenfunktionen, dh der Bereich, in dem die Wahrscheinlichkeit groß ist, das Elektron zu entdecken, wenn man seine Position messen würde.
Wenn Ihre Messungen also zeigen, dass es sich zu unterschiedlichen Zeiten an verschiedenen Orten befindet, warum sollten Sie dann darauf bestehen, dass sie sich nicht bewegen? Widerspricht Ihr Glaube nicht experimentellen Daten? Oder sagen Sie, dass der Akt des Messens „IST“, was ihn bewegt? Ohne Messung würde es sich nicht bewegen?
@eromod Ich bestehe darauf, dass sie sich nicht "bewegen", weil dies keine klassische Bewegung ist, es gibt keine kontinuierliche Änderung einer genau definierten Position im Intervall zwischen den beiden Erkennungen, es ist einfach die probabilistische Natur der Quantenmechanik, die einsetzt. Es ist nicht sinnvoll, das "Bewegung" zu nennen, weil es ein klassisches Bild impliziert, das einfach nicht der Fall ist. Wenn Sie dies weiter besprechen möchten, können Sie im Chat vorbeischauen
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