Wie schnell springt ein Elektron zwischen den Orbitalen?

Ich frage mich, mit welcher Geschwindigkeit Elektronen von Ebene zu Ebene springen. Mir wurde nur gesagt, dass sie dabei Licht aussenden und Energie benötigen, um kernnahe Orbitale zu besetzen.

Ich werde die Gründe für diese Frage erläutern, nachdem ich die Logik hinter der Antwort verstanden habe.

Toasty, meinst du "Geschwindigkeit" wie "die Geschwindigkeit, mit der sich das Elektron von Ort zu Ort bewegt"? Oder meinst du "Geschwindigkeit" wie "diese Reaktion tritt schnell auf, sie ist schnell "?
Die Lebensdauer instationärer Zustände (wenn ich ein so schlecht definiertes Konzept einführen darf) kann durch das Studium von Multiphotonen-Anregungsprozessen verstanden werden , und auf einer konzeptionellen Ebene könnte man die Evolutionszeit von einem Zustand in einen anderen als verstehen ein paar davon. Obwohl ich der Erste wäre, der zugibt, dass dieses Argument eher von Hand winkt als von Strenge.
@MauryMarkowitz Er meinte ersteres, da es ursprünglich "Geschwindigkeit" hieß und ich es aus Gründen der Konsistenz auf Geschwindigkeit bearbeitet habe.

Antworten (3)

Betrachten wir zunächst eine andere Situation. Lichtwellen haben eine Polarisation . Stellt man sich aus diesem Schirm eine Lichtwelle vor, deren elektrisches Feld vertikal, horizontal, diagonal usw. polarisiert sein kann, und das gilt auch für jedes einzelne Photon.

Wenn ich ein Photon durch einen vertikalen Polarisationsfilter schicke, bekomme ich immer nur zwei Ergebnisse: Entweder das ganze Photon kommt durch oder gar nichts kommt durch. Ich erhalte also nur zwei mögliche Ergebnisse der Messung: vertikal (kommt durch) oder horizontal (wird blockiert).

Es gibt Materialien, die die Polarisation drehen können. Sie könnten sich also fragen, wenn ich ein horizontal polarisiertes Photon durch ein solches Material schicke, was ist der Moment, in dem es von horizontal zu vertikal wechselt? Es muss einen sofortigen Sprung geben, denn es kann nur horizontal oder vertikal sein, richtig? Aber das ist überhaupt nicht richtig. Die Polarisation dreht sich einfach glatt, durch eine Überlagerung von horizontal und vertikal, wie wir mit diagonalen Polarisationsfiltern sehen können. Nur weil ein bestimmtes Messgerät nur zwei Optionen sehen kann, heißt das nicht, dass es nur zwei Optionen gibt.

Das Gleiche gilt für Ihre Frage. Nun macht es keinen Sinn, von der „Geschwindigkeit“ eines Sprungs zu sprechen, weil die Elektronen nicht einmal einen bestimmten Ort haben; Sie lassen nur eine delokalisierte Wolke in eine andere übergehen. Aber die Orbitale haben einen bestimmten Drehimpuls, also könnte man fragen, wie schnell der Drehimpuls springt. Gleiche Antwort wie bei Polarisation; es interpoliert nur durch eine Überlagerung, obwohl eine Messung an einem beliebigen Zwischenpunkt immer einen ganzzahligen Drehimpuls ergibt.

Etwas näher an dem, was Sie wollen, wäre vielleicht ein Elektron in einem Doppelbrunnen . Ausgehend von einer Vertiefung kann das Elektron zur anderen tunneln. Der Prozess wird durch die Schrödinger-Gleichung geregelt und ist zeitlich vollkommen kontinuierlich. Ich habe das Gefühl, dass Sie nach einer Möglichkeit suchen, schneller als Licht zu reisen, und das können Sie in diesem Modell, aber nur, weil wir nichtrelativistische Quantenmechanik betreiben. In einer relativistischen Theorie würde eigentlich alles der Kausalität gehorchen.

Wenn ich meine Frage also etwas anders stelle: Wie schnell springt der Drehimpuls, wären das 3x10^8 m/s im Vakuum?
@Toast45.toasty Nein, es springt überhaupt nicht, es ändert sich ständig. Zum Beispiel hätten wir auf halbem Weg durch den Prozess eine gleiche Überlagerung, beispielsweise einen Drehimpuls von null und ℏ Drehimpuls. Der Erwartungswert wäre ℏ / 2 .
Könntest du deine Antwort umformulieren? Für die ersten drei langen Absätze war ich alle "WTF hat das mit der Frage zu tun"?
@Jasper Der Punkt dieser Absätze ist, dass es offensichtlich ist, dass Sie die Polarisation kontinuierlich drehen können, und dies ist genau das Gleiche, wie sich Elektronen kontinuierlich zwischen Orbitalen bewegen.
@knzhou - Ich denke, Sie lesen möglicherweise zu viel in die Verwendung des Begriffs "Geschwindigkeit" durch OPs. Als ich das Q las, nahm ich an, er meinte "wie lange dauert das". Das hat eine ganz andere Antwort, und darauf bin ich auch neugierig.
@MauryMarkowitz Das hängt jedoch nur vom System ab. Es ist, als würde man fragen, wie lange es dauert, bis ein Apfel vom Baum fällt. Es hängt nur vom Baum, der örtlichen Schwerkraft usw. ab.
@MauryMarkowitz Ich bin mir ziemlich sicher, dass das OP wissen wollte, ob die "Geschwindigkeit" schneller als Licht oder gleich der Lichtgeschwindigkeit war, und die Antwort lautet einfach nein.
„Es kommt nur auf den Baum an“ – genau das ist interessante Physik.

Wenn Sie sich die Spektrallinien ansehen, die von Elektronen beim Übergang von einem Energieniveau zum anderen emittiert werden, werden Sie sehen, dass die Linien eine Breite haben. Diese Breite sollte im Prinzip intrinsisch und berechenbar sein, wenn alle möglichen Potentiale , die sie beeinflussen würden, in die Lösung des quantenmechanischen Zustands einbezogen werden können.

Experimentell kann die Energiebreite unter Verwendung der Heisneberg-Unschärfe von in ein Zeitintervall transformiert werden

Δ E Δ T > H / 2 π

So kann eine Größenordnung für die Zeit, die für den Übergang benötigt wird, abgeschätzt werden.

Ist das nicht Δ T die Lebensdauer des angeregten Zustands, nicht die Zeitspanne, die ein einzelnes Atom braucht, um vom oberen in den unteren Zustand überzugehen? Ich denke, das OP sucht nach Letzterem, aber die Frage ist offen für Interpretationen.
@garyp Ich betrachte es als Abklingzeit? ein Myon zerfällt und geht in Zerfallsprodukte über, ein Elektron geht auf ein niedrigeres Energieniveau über.
So wie ich mir die Zerfallszeit vorstelle: Betrachten Sie ein Ensemble identisch präparierter Teilchen (Atome, Myonen, ...). Die Abklingzeit ist die Zeit, in der sich die Besetzung des Ensembles auf einen Bruchteil reduziert (z. B. 1 / e ) in Originalgröße. Dies entspricht der durchschnittlichen Lebensdauer eines Teilchens. Ich denke , dies ist eine andere Frage als "Wie lange dauert der Übergang selbst?". Ich bin mir nicht sicher, ob diese Frage in der Quantenmechanik überhaupt Sinn macht.
@garyp Nun, das HUP gibt eine zeitliche Hüllkurve an, die zeitliche Wahrscheinlichkeit, das Elektron auf der unteren Ebene zu finden. Lebensdauern haben zum Beispiel in den e+e-Plots pdg.lbl.gov/2014/hadronic-xsections/… mit der Breite zu tun . siehe auch diese i2u2.org/elab/cms/posters/…

Ich weiß nichts über die Geschwindigkeit, aber ich würde sagen, dass sie Energie freisetzen müssen, um nähere Orbitale zu besetzen, und diese Energie ist normalerweise das Licht, sie kann als thermische Energie freigesetzt werden

Wie schnell springt ein Elektron zwischen den Orbitalen?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v