Почему электроны на sss-орбиталях не рассеиваются на ядре?

Электроны в с орбитали статистически проводят большую часть своего времени в ядре. Что мешает им разлететься от ядра?

«Ядро» гораздо меньше, чем вы себе представляете. Кроме того, трудно согласовать «рассеяние» и стационарную волновую функцию.
@JonCuster Я спрашиваю об этом примирении. Какая связь между связанным электроном и рассеянием?
«Разброс» означает «приходить из бесконечности, взаимодействовать и возвращаться в бесконечность». Это не имеет ничего общего со связанным состоянием; это принципиально противоположные понятия.
Это не отвечает на вопрос, но, возможно, влияет на мотив: в приближении точки-ядра S-орбитальная волновая функция будет ψ ( Икс → ) ∝ опыт ⁡ ( − | Икс → | / а ) , где а является ∼ размер атома, намного больше, чем размер ядра. Если мы предположим, что это приближение точечного ядра для волновой функции электрона остается в силе для ядра конечного размера, оно говорит, что электрон имеет лишь крошечную вероятность оказаться внутри ядра, что-то порядка ( 10 − 5 ) 3 "=" 10 − 15 , так как радиус атома ∼ 10 5 раз больше радиуса ядра.
Электроны на S-орбиталях статистически большую часть своего времени проводят в ядре. Что вы прочитали, что заставило вас так подумать?
@ G.Smith Я работаю над тем, чтобы улучшить свой вопрос. Вы говорите, что если что-то находится в связанном состоянии, то никогда ни от чего не рассеивается ??
Атом водорода представляет собой связанное состояние протона и электрона, так что протон и электрон не рассеиваются друг от друга. Но атом водорода может отлететь, скажем, от другого атома водорода.
@Дж.Смит: с электроны — единственные, у которых волновая функция не равна нулю в начале координат, поэтому они, безусловно, с наибольшей вероятностью могут быть найдены внутри ядра. Я мог видеть, как учащийся интерпретирует это как « с электроны в основном находятся в ядре», хотя, как указывалось в других комментариях, вероятность все еще довольно мала.

Ответы (1)

Я думаю, что комментарии могут тратить слишком много времени на семантику вместо того, чтобы обращаться к тому, что я считаю концептуальной точкой вашего вопроса.

Представление о рассеянии или столкновении в том смысле, что две частицы входят, отскакивают друг от друга, а затем движутся в отклоненных направлениях, является очень классическим. В том, что взаимодействие очень локализовано в пространстве и во времени: частицы не ощущают присутствия друг друга при входе или выходе, а взаимодействуют только при встрече их поверхностей, в определенной точке пространства и в конкретный момент времени.

Квантовые частицы, такие как электроны, описываются волновыми функциями, которые делокализованы в пространстве и, следовательно, на самом деле не способны выполнять процессы столкновения и рассеяния, описанные в предыдущем абзаце. «Присутствие» электрона и ядра ощущается друг другом, в принципе, даже на бесконечности, так как волновые функции затухают экспоненциально (обычно).

Важным моментом, о котором следует упомянуть, является волновая функция электронов в с орбитали (или любые орбитали) являются связанными состояниями - связанными , а не свободными. Это означает, что вы получили их из уравнения Шредингера с уже присутствующим кулоновским потенциалом ядра! То есть траектория электрона в с орбитальная, по определению, уже учитывает «взаимодействие» (или «присутствие») ядра.

Простой" с орбитальная волновая функция обычно получается из 1 / р Кулоновский потенциал, который, следовательно, рассматривает ядро ​​как точечную частицу. Это не очень физически, так как ядро ​​имеет пространственную протяженность, которая вызывает как квадрупольный момент в его электрическом поле (учитываемый сверхтонкой структурой ), так и размытие электростатического взаимодействия вокруг ядра (учитываемое дарвиновским членом ). Для с электронов, имеет значение только эффект Дарвина.

Вдобавок ко всему, хотя и редко, электроны могут взаимодействовать с протонами в ядре посредством электронного захвата : протон «поглощает» электрон и превращается в нейтрон. Это, например, происходит во время коллапса некоторых звезд , где гравитационное притяжение повышает энергию Ферми электрона и делает энергетически выгодным захват электрона.

Если вы действительно хотите найти аналогичный процесс «рассеяния» с электронами и ядром, то вы должны взять свободные электроны и выстрелить ими в ядро. Им по-прежнему придется подчиняться закону сохранения линейного и углового момента, но они будут ощущать кулоновское отталкивание от ядра только как переходный («локализованный» как в пространстве, так и во времени) эффект. Именно так ядро ​​было открыто в экспериментах по резерфордовскому рассеянию .

РЕДАКТИРОВАТЬ :

Позвольте мне также добавить, что:

  • связанный электрон является стационарным состоянием , что является следствием независимости гамильтониана от времени и означает, что распределение плотности вероятности не меняется со временем .

  • ан ℓ "=" с ток вероятности электрона равен 0 .

Так что примите во внимание эти два момента, размышляя над философским вопросом о том, действительно ли электроны «движутся» внутри атома.

Почему электроны на sss-орбиталях не рассеиваются на ядре?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v