原标题:电子围绕原子核转动,它的动力是怎么来的?能量是如何产生的?
导读:电子围绕原子核转动,它的动力是怎么来的?能量是如何产生的?看看大家怎么说。
1、
因为电子压根就没有围绕原子核运动,所以也就不需要任何动力。
电子绕着原子核旋转,这个对原子的描述是完全错误的!人的肉眼是看不到原子的,所以自然就需要猜测原子内部到底是个什么结构。所以在以前物理学没有现在这么完善的时候,有一两个人猜错了也不奇怪。以前的人还认为地球是平的,太阳绕着地球转呢。
这个错误的模型是1911年卢瑟福提出的,当他发现原子的质量大部分都分布于原子中心,也就是存在原子核的时候,就想当然的提出了"核外电子围绕原子核旋转的"的卢瑟福模型。
错误的卢瑟福模型
这个模型是一个完全没有经过深思熟虑的模型,具有严重的错误和漏洞,当年卢瑟福提出来以后就受到了严重的质疑! 拿今天的话说就是被喷惨了!
你的问题就是一个当时典型的质疑:
1 电子为什么不会掉到原子核上去?
2 如果电子旋转,就一定会发射电磁波,那么为什么观测不到任何电磁波?
这些质疑卢瑟福根本解释不了,其他人也解释不了,所以很显然,这个和事实完全不相符的模型根本就是错误的!
不明白为什么这么一个严重错误和不符合实际的模型这么深入心? 大概是大多数听完老师讲卢瑟福模型就去玩手机或者开小差了吧。听课要认真,小朋友,不然就会闹笑话?
所以重要的事情再重复三遍
电子并不是围绕原子核旋转的,卢瑟福模型不正确
电子并不是围绕原子核旋转的,卢瑟福模型不正确
电子并不是围绕原子核旋转的,卢瑟福模型不正确
那么正确的应该是怎么样的?电子究竟应该是以什么形式存在原子当中。
现代正确的电子分布模型应该是这样的,电子在原子核外一定的空间做高速运动,但是轨道是随机的,人类根本无法观测到任何准确的电子轨道。也就是说电子有可能出现在原子周围的任何地方,这个就叫做电子云。
黑点代表电子可能出现的位置。
氢原子不同轨道的电子云照片。
要注意一点,上图中并不是电子做圆周运动形成的云雾,而且原子可能出现的位置。因为照片固定拍下的电子的位置,就永远不可能知道电子的运动情况了。
总之电子就是在原子核周围做随机的匀速直线运动,随机出现在原子核周围,并且不同能量的电子,出现的概率不同。我们可以用薛定谔方程来描述电子的运动。不同的能量,可以得到不同的波函数解。
说到这里,大多数人肯定还是会非常困惑。对这个模型有一大堆疑问。因为要想真正的理解电子运动的模型,就必须理解波函数,理解量子力学。这个需要一定的背景只是。可能这个也是很多人不知道电子云模型的原因。
有兴趣的朋友,可以继续往下看,我尽量常识不用数学知识,向大家解释一下电子分布的模型。
第一 电子的轨迹为什么会是随机的?
这是很多人都具有的疑问。这是因为,我们测量,或者观测电子位置的时候,就已经破坏了电子的运动轨迹,因为任何观测都必须对电子产生干扰。这就是量子力学中最核心的测不准原理。
你唯一能对小球的操作,就是抓住他。但是你一旦抓住小球,小球是怎么运动的你就不知道了。怎么办呢,你只有先抓住小球,然后记录下小球的位置,然后扔出去再抓住。这样慢慢的你就可以画出一副小球再房间里可能出现的点。这个就相当于电子云。但是你完全不可能知道小球之前是怎么弹跳的。
第二 那么电子为什么会这个样子,为什么会分布在原子核周围。
我们知道牛顿第一定律,任何不受外力的物体,只有可能处于静止或者迅速直线运动状态。电子也不例外。
很显然电子在原子核外不是静止的,那么理论上电子应该要么被原子核吸引过去,和原子核碰撞,要么就应该越过原子核飞走啊。为什么会在原子核周围随机运动?
这是因为,真空实际上时刻都存在一种叫做真空涨落的现象。 也就是说,真空中并不是什么都没有,而是在非常短的时间内,会生成电子和反电子对,这个电子与反电子对又会立即湮灭,形成能量。这个过程非常短,所以宏观看上去什么都没发生过。
那么,当把一个原子核放在真空中时,带正电的原子核会吸收光子,对周周围的真空激发,形成了大量的正电子,负电子对。这些正负电子对又会迅速生成光子。存在与原子核周围的这些正负电子对和光子,就是静电场。
当一个电子进入这片区域时(原子捕获电子),电子会和正电子湮灭形成新的光子。而这个时候,原本平衡的正负电子对,就多出来了一个电子。这个电子又会和别的正电子湮灭。这个过程会在原子核周围不断重复。
这就是电子为什么如鬼魅一般在原子核周围随机运动的原因。
以上内容就是量子电动力学的核心思想。当时,实际情况要比上面的情况复杂的多,可以作为一门专门的课程了。
量子电动力学的原子模型,是目前唯一一个最靠谱,最完善的模型。能解释所有有关原子的现象,目前没有发现任何违反量子电动力学的现象。这应该就是最接近真实的理论了。/
2、作者:原黄烈平。回答如下:这个问题提得很好,回答此问题有难度,电子,质子都在运动,能量来自那里?学界认为一,大爆炸产生能量,二,氢聚变能,电子,质子,星球,星系,宇宙都在旋转,且在极为规律且恒久绕转,能量那里来?恒星和行星内恒久高能释放,能量那里来?显然以上两种放能形式根本不可能之无稽之谈,有人天天热炒爆炸论,恒星聚变论都是天大的笑话,漏洞百出,可谓网络毒论,真理何在?正义何在?可惜我人轻力微,也少有人阅读,求真理难啊!
从宇宙遍布电场和磁场来分折,正负电性粒子是宇宙本质(暗物质),正负粒子在规律宇宙高速运转所产生的引力和能量,称宇宙总能量,只有它的能量才是永恒,这是唯一的解释,也是终极解释,电子,质子之运动能量来自原子的正负电性能量,原子和物质能量源于宇宙总能量。
原创理论,写作辛苦,引用声明,希望大家关注转发。
3、
电子核由于质子的存在带正电荷,所以对于带负电荷的电子会有一个吸引力,那么电子为何不会落入原子核呢?维持它运动的动力又是什么呢?我想这是很多人的疑问。
首先,如果按照经典的行星模型来看原子,电子是一直围绕着原子核高速运动的,就像是地球围绕着太阳运动一样。由于高速运动的离心力和质子对电子的吸引力平衡,所以电子会一直保持在原来的轨道上面。但是,这种解释却有一个致命的缺陷,即电子可以看成是在质子形成的电场中运动的电荷,那么运动变化的电荷应该会产生电磁波,这样电子的动能会越来越少,最终落入原子核内。
所以按照经典的行星模型解释原子核内电子的运动并不行,避免不了电子需要额外的能量来维持运动。不过幸好普朗克和爱因斯坦等人提出了量子力学,成功地描述了核外电子的运动并不是行星模型描述的那样,电子运动的轨道也不是连续的!电子像是在走跳棋一样,靠着一个无形手挣出的骰子点数,跳着出现在核外空间的某一个区域。电子是像幽灵一样一会出现在A点,下一刻又跳转到B点,根本没有规律可言。唯一能够对电子轨迹进行描述就是概率波函数,它仅仅描述了电子在空间各个位置出现的概率而已。
那么如果用波函数去描述电子运动轨迹的话,我们就会发现电子在原子核内出现的概率为0,即电子永远也不会自发地出现在原子核处。除非是我们给电子施加一个巨大压力,就像超新星形成中子星那样把电子压入原子核。这种概率式的运动方式根本无法形成所谓的宏观电流,也无法用经典的电磁学来衡量,也就不能够说什么形成电磁波。
其实,在微观量子世界,一切物理规律都变得和宏观完全不一样了。我们根本无法再使用宏观物理界的规律来描述微观世界,所以微观世界的运动可以出现各种匪夷所思的行为。比如同时出现在空间的两个地方(单电子双缝衍射实验)、波粒二象性等等。那么电子不会落入原子核,永远保持运动也显得完全可以理解了。
4、
段金属导体都是很多金属原子组成的,而原子又由原子核,和原子,核外围高速运动电子所组成的原子核由质子和中子组成的,质子带正电,中子不带荷,外围高速运动电
子带负电荷,这些电子运动方向杂乱的,原子核正电荷吸引运动负电荷,正负电荷相抵消,所以导体在未加外来电场电荷时不显电性,当导体在加入外加电场时原子核外运动电子就会在外加电荷的推动下克服原子,核引力而脱离原子定向移动形成电流,这时导体就带电了!
/5、电子本身有1/2的自旋的活力,原子核的电荷吸引力把电子吸引到身边而因为电子的自旋活力无法再拉近,电子靠本身自旋活力在无法摆脱电荷吸引力而围绕原子核旋转,旋转方向与其1/2自旋相位形成轨道,由于旋转速度大大超过观察像素上限,因此无法了解其实际轨跡,只能看到像云一样(近似我们看雨点像一条线)只能等待观察仪器有突破性的进展。至于质子带正电荷的原因也是科学家们未解开的谜团,同样是夸克的中子为什么是中电性?目前还没法分析夸克又是什么东东。如果有一天像我们了解磁畴一样,清楚磁力线的原理,那末将有新一轮的进展。
6/
电子可以再分,挑战人类的认识
——灵遁者
电子是我们熟悉的一个物理粒子,初中就开始接触。我们都知道,电子是基本粒子,不可再分。电子的概念也非常重要。对于电磁学,元素性质等影响很大。但有研究表明,电子是可以再分的,这个新认识,也是很大突破。那么电子可以再分,意味着什么呢?电子究竟是如何再分的?一起来看看科学家是如何回答的。
我们都知道,电子是最早发现的基本粒子。带负电,电量为1.602189×10-19库仑,是电量的最小单元。质量为9.10953×10-28克。常用符号e表示。
电子是在1897年由英国物理学家约瑟夫·约翰·汤姆生在研究阴极射线时发现。一切原子都由一个带正电的原子核和围绕它运动的若干电子组成。另外电子的波动性于1927年由晶体衍射实验得到证实。
电子可以是自由的(不属于任何原子),也可以被原子核束缚。电子属于亚原子粒子中的轻子类。轻子被认为是构成物质的基本粒子之一。它带有1/2自旋,即是一种费米子(按照费米—狄拉克统计)。电子的反粒子是正电子,它带有与电子相同的质量,能量,自旋和等量的正电荷(正电子的电荷为+1,负电子的电荷为-1)。
物质的基本构成单位——原子是由电子、中子和质子三者共同组成。中子不带电,质子带正电,原子对外不显电性。相对于中子和质子组成的原子核,电子的质量极小。质子的质量大约是电子的1840倍。
当电子脱离原子核束缚在其它原子中自由移动时,其产生的净流动现象称为电流。各种原子束缚电子能力不一样,于是就由于失去电子而变成正离子,得到电子而变成负离子。
静电是指当物体带有的电子多于或少于原子核的电量,导致正负电量不平衡的情况。当电子过剩时,称为物体带负电;而电子不足时,称为物体带正电。当正负电量平衡时,则称物体是电中性的。静电在我们日常生活中有很多应用方法,其中例子有激光打印机。
再来说说电子的性质特征,电子在原子内做绕核运动,能量越大距核运动的轨迹越远,有电子运动的空间叫电子层,第一层最多可有2个电子。第二层最多可以有8个,第n层最多可容纳2n2个电子,最外层最多容纳8个电子。最后一层的电子数量决定物质的化学性质是否活泼,1、2、3电子为金属元素,4、5、6、7为非金属元素,8为稀有气体元素。
物质的电子可以失去也可以得到,物质具有得电子的性质叫做氧化性,该物质为氧化剂;物质具有失电子的性质叫做还原性,该物质为还原剂。物质氧化性或还原性的强弱由得失电子难易决定,与得失电子多少无关。
由电子与中子、质子所组成的原子,是物质的基本单位。相对于中子和质子所组成的原子核,电子的质量显得极小。质子的质量大约是电子质量的1842倍。当原子的电子数与质子数不等时,原子会带电,称这原子为离子。当原子得到额外的电子时,它带有负电,叫阴离子,失去电子时,它带有正电,叫阳离子。
电子与质子之间的吸引性库仑力,使得电子被束缚于原子,称此电子为束缚电子。两个以上的原子,会交换或分享它们的束缚电子,这是化学键的主要成因。当电子脱离原子核的束缚,能够自由移动时,则改称此电子为自由电子。许多自由电子一起移动所产生的净流动现象称为电流。在许多物理现象里,像电传导、磁性或热传导,电子都扮演了要重要的角色。移动的电子会产生磁场,也会被外磁场偏转。呈加速度运动的电子会发射电磁辐射。
电荷的最终携带者是组成原子的微小电子。在运动的原子中,每个绕原子核运动的电子都带有一个单位的负电荷,而原子核里面的质子带有一个单位的正电荷。正常情况下,在物质中电子和质子的数目是相等的,它们携带的电荷相平衡,物质呈中型。物质在经过摩擦后,要么会失去电子,留下更多的正电荷(质子比电子多)。要么增加电子,获得更多的负电荷(电子比质子多)。这个过程称为摩擦生电。
人们对于电子在原子中的排列问题,进行了长久的研究。在不同的时代,人们对电子在原子中的存在方式有过各种不同的推测。
最早的原子模型是汤姆孙的梅子布丁模型。发表于1904年,汤姆逊认为电子在原子中均匀排列,就像带正电布丁中的带负电梅子一样。1909年,著名的卢瑟福散射实验彻底地推翻了这模型。1909年卢瑟福和他的助手盖革(H.Geiger)及学生马斯登(E.Marsden)在做α粒子和薄箔散射实验时观察到绝大部分α粒子几乎是直接穿过铂箔,但偶然有大约1/8000α粒子发生散射角大于90。所以不能用汤姆逊原子模型来解释。
卢瑟福根据他的实验结果,于1911年,设计出卢瑟福模型。在这模型里,原子的绝大部分质量都集中在小小的原子核中,原子的绝大部分都是真空。而电子则像行星围绕太阳运转一样围绕着原子核运转。这一模型对后世产生了巨大影响,直到现在,许多高科技组织和单位仍然使用电子围绕着原子核的原子图像来代表自己。
在经典力学的框架之下,行星轨道模型有一个严重的问题不能解释:呈加速度运动的电子会产生电磁波,而产生电磁波就要消耗能量;最终,耗尽能量的电子将会一头撞上原子核(就像能量耗尽的人造卫星最终会进入地球大气层)。于1913年,尼尔斯·玻尔提出了玻尔模型。在这模型中,电子运动于原子核外某一特定的轨域。距离原子核越远的轨域能量越高。
电子跃迁到距离原子核更近的轨域时,会以光子的形式释放出能量。相反的,从低能级轨域到高能级轨域则会吸收能量。藉著这些量子化轨域,玻尔正确地计算出氢原子光谱。但是,使用玻尔模型,并不能够解释谱线的相对强度,也无法计算出更复杂原子的光谱。
到1916年,美国物理化学家吉尔伯特·路易士成功地解释了原子与原子之间的相互作用。他建议两个原子之间一对共用的电子形成了共价键。于1923年,沃尔特·海特勒Walter Heitler和弗里茨·伦敦Fritz London应用量子力学的理论,完整地解释清楚电子对产生和化学键形成的原因。于1919年,欧文·朗缪尔将路易士的立方原子模型。加以发挥,建议所有电子都分布于一层层同心的(接近同心的)、等厚度的球形壳。他又将这些球形壳分为几个部分,每一个部分都含有一对电子。使用这模型,他能够解释周期表内每一个元素的周期性化学性质。
于1924年,奥地利物理学家沃尔夫冈·泡利用一组参数来解释原子的壳层结构。这一组的四个参数,决定了电子的量子态。每一个量子态只能容许一个电子占有。(这禁止多于一个电子占有同样的量子态的规则,称为泡利不相容原理)。这一组参数的前三个参数分别为主量子数、角量子数和磁量子数。第四个参数可以有两个不同的数值。
于1925年,荷兰物理学家撒姆耳·高斯密特Samuel Abraham Goudsmit和乔治·乌伦贝克George Uhlenbeck提出了第四个参数所代表的物理机制。他们认为电子,除了运动轨域的角动量以外,可能会拥有内在的角动量,称为自旋,可以用来解释先前在实验里,用高分辨率光谱仪观测到的神秘的谱线分裂。这现象称为精细结构分裂。
有了这些关于电子的基本内容的介绍,我们接下来看看这个新闻。
100多年前,当美国物理学家Robert Millikan首次通过实验测出电子所带的电荷为1.602×10-19C后,这一电荷值便被广泛看作为电荷基本单元。然而如果按照经典理论,将电子看作“整体”或者“基本”粒子,将使我们对电子在某些物理情境下的行为感到极端困惑,比如当电子被置入强磁场后出现的非整量子霍尔效应。
为了解决这一难题,1980年,美国物理学家Robert Laughlin提出一个新的理论解决这一迷团,该理论同时也十分简洁地诠释了电子之间复杂的相互作用。然而接受这一理论确是要让物理学界付出“代价”的:由该理论衍生出的奇异推论展示,电流实际上是由1/3电子电荷组成的。
但1981年有物理学家提出,在某些特殊条件下电子可分裂为带磁的自旋子和带电的空穴子。英国剑桥大学研究人员和伯明翰大学的同行合作完成了这项研究。公报称,电子通常被认为不可分。剑桥大学研究人员将极细的“量子金属丝”置于一块金属平板上方,控制其间距离为约30个原子宽度,并将它们置于近乎绝对零度的超低温环境下,然后改变外加磁场,发现金属板上的电子在通过量子隧穿效应跳跃到金属丝上时分裂成了自旋子和穴子。
研究人员说,人们对电子性质的研究曾掀起了半导体革命,使计算机产业飞速发展,又出现了实际研究自旋子和空穴子性质的机会,这可能会促进下一代量子计算机的发展,带来新一轮的计算机革命。