Elektron als stehende Welle und ihre Stabilität

Elektron als stehende Welle

Ja, das Elektron ist eine stehende Welle. Siehe Atomorbitale auf Wikipedia: „Die Elektronen umkreisen den Kern nicht im Sinne eines Planeten, der die Sonne umkreist, sondern existieren als stehende Wellen“ .

Ich konnte nicht verstehen, wie es dazu kam, dass Bohr, der das Elektron als Teilchen interpretierte, eine Gleichung für den Drehimpuls des Elektrons formulierte, die mathematisch beweist, dass es sich um eine Welle handelt.

Vielleicht müssen Sie sich De Broglie und Materiewellen ansehen : "Alle Materie kann ein wellenartiges Verhalten zeigen. Zum Beispiel kann ein Elektronenstrahl genau wie ein Lichtstrahl oder eine Wasserwelle gebeugt werden." Siehe dieses Bild des Künstlers Kenneth Snelson:

Es ist keine ganz genaue Darstellung. Elektronen sind eigentlich keine dünnen farbigen Streifen, aber Sie sollten sich diese stehenden Wellen vorstellen.

Einfach, wenn man die erste Harmonische einer Welle auf einer Saite mit einem Elektron vergleicht, das sich um den Kern bewegt, woher die in der Abbildung gezeigten Knoten im Falle eines umlaufenden Elektrons entstehen?

Es ist ein bisschen wie eine Welle in einer geschlossenen Saite. Aber es ist keine Welle an einer Saite, es ist eine elektromagnetische Welle, die als stehende Welle konfiguriert ist. Eine Feldvariation, die als stehendes Feld konfiguriert ist. Es hat eine Compton-Wellenlänge von 2,426 x 10⁻¹² m.

Die Elektronen können nur stabil umkreisen, ohne zu strahlen

Betrachten Sie das Elektron nicht als ein kleines Billardkugel-Ding. Betrachten Sie es eher als etwas wie einen Hula-Hoop-Reifen.

Wenn wir uns also auf eine n-te Harmonische zubewegen, wird die Flugbahn kompliziert. Ist es so?

Ja. Schauen Sie sich die sphärischen Harmonischen an .

Auch, wie s-, p-, d- und f-Orbitale (möglicherweise die Art und Weise, wie sich ein Elektron, eine Welle, als Funktion der benötigten Zeit um den Kern bewegt?) existieren, ohne sich gegenseitig zu stören? Ich meine, ein Atom ist so klein und intakt. Also verwechseln sie sich nicht, dh überlagern sie sich?

Superposition ist eine Wellensache. Zwei Ozeanwellen können direkt übereinander reiten und dann weitergehen. Aber für Elektronen in Orbitalen gilt, wie Acid Jazz sagte, das Pauli-Ausschlussprinzip. Die einfachste Analogie, die mir dafür einfällt, ist, dass sich zwei Whirlpools nicht überlappen können .

1. Die Diskretheit der erlaubten Orbitale ist eine Folge der Quantenmechanik, die unter anderem genau dafür konzipiert wurde, diese Beobachtung zu erklären. Die Orbitale sind jedoch keine Umlaufbahnen - es findet keine "Bewegung" im klassischen Sinne statt, und ein Elektron in einem Orbital hat keinen festen Abstand zum Kern (es kann sogar eine Wahrscheinlichkeit ungleich Null haben, sich innerhalb des Orbitals zu befinden Kern). Die Diskretheit der Orbitale hat nichts mit "Stabilität des Teilchens" zu tun (allerdings mit Stabilität in der Zeit, siehe unten), sie sind einfach die einzigen Zustände, die als Lösungen der zeitunabhängigen Schrödinger-Gleichung auftreten .

2. Quantenobjekte sind keine Wellen. Quantenobjekte sind keine klassischen punktförmigen Teilchen. Sie sind Quantenobjekte, die wellenartige und teilchenartige Eigenschaften aufweisen können. Sie können einen Quantenzustand durch seine "Wahrscheinlichkeitswelle" oder Wellenfunktion darstellen, deren Quadrat die Wahrscheinlichkeitsdichte angibt, das Objekt an bestimmten Orten "als Teilchen" zu finden. Es ist keine Welle im klassischen Sinne, dass hier etwas Physikalisches schwingen würde , und die Schrödinger-Gleichung sieht nicht immer wie eine Wellengleichung aus.

3. Elektronen können sich aufgrund der allgemeinen Möglichkeit der Überlagerung von Quantenzuständen gleichzeitig in mehr als einem Orbital befinden. Aber da die Orbitale die Lösungen der zeitunabhängigen Schrödinger-Gleichung sind, ist die Anwesenheit in einem – und nur einem – Orbital der einzige stabile Zustand für ein Elektron, während alle anderen Zustände durch die Zeitentwicklung geändert werden. Die Orbitale "interferieren" nicht, weil sie keine echten Wellen sind.

4. Die Form der Orbitale wird hauptsächlich von den sphärischen Harmonischen bestimmt , die die Lösungen des Winkelteils der zeitunabhängigen Schrödinger-Gleichung sind, zumindest für das Wasserstoffatom .

Ich komme jetzt zu meinem Punkt, warum man die Bewegung eines Teilchens auf einen diskreten Satz von Abständen beschränkt? Soll es eine Theorie über die Stabilität des Teilchens liefern?

Trotzdem ein Versuch einer Antwort auf deine erste Frage.

Die Elektronen, die ein Atom umgeben, müssen Energieniveau- (und andere) Regeln befolgen. Wie Sie die Entfernung erwähnen, wenn Sie sich vorstellen, dass die Elektronen umso mehr Energie haben, je weiter sie vom Kern entfernt sind, während sie elektrisch vom Kern angezogen bleiben. Es ist nicht nur eine Theorie, es wurde experimentell nachgewiesen, dass sie so angeordnet sind.

Sie sind diskrete Abstände voneinander, weil die Energieniveaus diskret sind und die Energieniveaus auf Entfernungen basieren. Die Elektronen, die dem Atom am nächsten sind, werden Grundzustandselektronen genannt und haben die minimale Energie aller umlaufenden Elektronen, wie Sie wahrscheinlich bereits wissen.

Suchen Sie in Google nach dem "Pauli-Ausschlussprinzip" und Sie werden die andere Regel finden, der die Elektronen in einem Atom folgen müssen, in Bezug auf diskrete Energien und daher diskrete Abstände.