Zustände eines Atoms oder Elektrons

Question

Zustände eines Atoms oder Elektrons

E2n

Ich kann meine Frage an einem Beispiel formulieren. Wir sagen, dass sich das Wasserstoffatom im Grund- oder angeregten Zustand befindet. Aber sollte es das Elektron sein, das sich im Grund- oder im angeregten Zustand befindet? Wie eine Frage besagt, dass ein Elektron kollidiert und ein Wasserstoffatom im Grundzustand in den 3. angeregten Zustand anregt. Was bedeutet das? - Dass das Elektron mit dem Wasserstoffatom kollidiert und sein Elektron der 1. Schale (das sich im Grundzustand befindet, -13,6 eV) auf die 3. Schale schlägt.

Ist das nicht richtig? Wenn es das ist, warum sprechen wir vom Zustand des Atoms, wenn es der Zustand des Elektrons sein sollte, oder habe ich mich geirrt? Wenn ja, was ist dann richtig.

Jon Kuster

Nun, das Elektron ist ein Teil des Atoms. Dies scheint bestenfalls eine sprachliche Nuance zu sein.

Antworten (2)

Zustände eines Atoms oder Elektrons

Nun, das Elektron ist ein Teil des Atoms. Dies scheint bestenfalls eine sprachliche Nuance zu sein.

John Rennie · Answer 1

Nein, es ist das ganze Atom, das sich in einem bestimmten Zustand befindet, dh eine bestimmte Energie hat.

Das Proton ist etwa 2000-mal schwerer als das Elektron, also neigen wir zumindest beim ersten Unterrichten von Studenten über das Wasserstoffatom dazu, anzunehmen, dass das Proton fixiert ist. Das heißt, das Elektron bewegt sich in einem festen Coulomb-Potential. Wenn wir diese Annahme treffen, dann ist die einzige Variable im System das Elektron und es macht Sinn, über die Zustände des Elektrons zu sprechen.

Das Proton ist jedoch nicht fixiert und reagiert auf das Elektron genauso wie das Elektron auf das Proton reagiert, und dies verschiebt die Energieniveaus um einen kleinen, aber messbaren Betrag. Zum Beispiel ist die Grundzustandswellenfunktion:

ψ_{1 S} = \frac{e^{- R / A_{0}}}{\sqrt{π} A_{0}^{3 / 2}}

$\psi_{1s} = \frac{e^{-r/a_0}}{\sqrt{\pi}a_0^{3/2}}$

wo der Bohr-Radius $a_0$ Ist:

A_{0} = \frac{ℏ^{2}}{M e^{2}}

$a_0 = \frac{\hbar^2}{me^2}$

Und das gibt die Grundzustandsenergie als:

E_{1 S} = \frac{M e^{4}}{8 H^{2} ε_{0}^{2}}

$E_{1s} = \frac{me^4}{8h^2\varepsilon_0^2}$

So weit so gut, aber $m$ in diesen Gleichungen ist nicht die Elektronenmasse. Wenn das Proton wirklich fixiert wäre, wäre es die Elektronmasse, aber es ist tatsächlich die reduzierte Masse des Elektron-Proton-Systems:

M = \frac{M_{e} M_{P}}{M_{e} + M_{P}}

$m = \frac{m_e m_p}{m_e + m_p}$

Und das funktioniert ungefähr $0.9995m_e$ . Wenn wir also das System nur unter Berücksichtigung des Elektrons behandeln, erhalten wir Energien, die ungefähr zu hoch sind $0.05\%$ und das ist leicht messbar.

Das gleiche Argument sagt uns, dass die Energiezustände der Deuterium- und Tritiumatome wieder anders sein werden, weil die reduzierte Masse anders sein wird. Die Wellenfunktionen und Energien sind wirklich Eigenschaften des gesamten Atoms, nicht nur des Elektrons.

Ich möchte fragen, dass in dem Beispiel, das @E2n gibt, das Elektron (von Wasserstoff) ist, das aus dem Grundzustand in die 3. Schale angeregt wird, wenn das Elektron mit dem Wasserstoffatom kollidiert. Wenn wir die COM-Berechnung vernachlässigen, dann haben wir Recht, wenn wir sagen, dass es das Elektron ist, das angeregt hat, aber dabei ist ein kleiner Fehler zu berücksichtigen. Wenn wir die COM berücksichtigen, erhalten wir das genaue Ergebnis. Aber es ist das Elektron, das in die 3. Schale springt und der gesamte Energiegewinn in diesem Prozess ist Anregung! Ist das, was ich geschrieben habe, richtig?
Das gleiche Näherungsmuster gilt für Mehrelektronenatome. Es ist eine bequeme Fiktion zu sagen, dass Kohlenstoff zwei hat $1s$ Elektronen, zwei $2s$ Elektronen und zwei $2p$ Elektronen. Aber die Wellenfunktionen, die tatsächlich gute Vorhersagen über das Verhalten von Kohlenstoff geben, haben auch andere Kombinationen – solange sie die gleichen Gesamtquantenzahlen haben, tragen sie bei. Man kann nicht wirklich auf ein Elektron in einem Kohlenstoffatom zeigen und sagen: „Das ist das $2p$ Elektron."
Es ist also das Elektron, das kollidiert und das Elektron des Wasserstoffatoms anregt, um in einen angeregten Zustand zu gehen, aber da sich der Kern auch um den Massenmittelpunkt bewegt, ist es die Erregung des gesamten Atoms

Mohammed · Answer 2

Ich bin mir nicht sicher, aber ich denke, dass es im Kern selbst Energieniveaus gibt, also vielleicht die Tatsache, dass das Elektron ein Energieniveau nach oben bewegt, das den Kern beeinflusst und die Protonen zum Beispiel um ein Energieniveau anhebt, denn denken Sie daran, ob die Elektronen brauchen mehr Kraft, um sie daran zu hindern, dem Atom zu entkommen, weil sie jetzt weiter vom anziehenden Kern entfernt sind.

Zitieren Sie mich nicht, das ist nur Spekulation, aber es wäre interessant zu sehen, ob ich Recht habe (wahrscheinlich nicht).

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E2n

Jon Kuster

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John Rennie

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E2n

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