電子真的是在繞原子核轉嗎?

先來看下面這兩幅圖像

電子真的是在繞原子核轉嗎?

電子真的是在繞原子核轉嗎?

是不是很熟悉,這應該是大部分人對原子內部狀態的瞭解。如果僅僅是從瞭解原子構成的角度來看,這確實很形象,也便於理解和記憶。但電子真的是像行星圍繞太陽一般,在一個個精確的軌道不止疲倦的進行運轉嗎?

↓↓那我們就不得不瞭解一下原子模型的進化史了↓↓

道爾頓的實心球體模型

電子真的是在繞原子核轉嗎?

1803年道爾頓提出,原子是一個實心球體,並且不能繼續分割。並且這樣的理論可以很好的解釋當時已有的化學定律,將原子成功的從哲學引入到了科學。

湯姆遜的棗糕模型

電子真的是在繞原子核轉嗎?

湯姆遜通過對陰極射線的研究,成功的發現了電子的存在,認為電子是鑲嵌在原子上的,而原子內部存在數量相對應的正電荷,以保證整個原子呈現電中性,而陰極射線就是電子在受到激發後飛出原子產生的。

我們再來看盧瑟福的原子行星模型(也就是咱們最熟悉的原子模型)

電子真的是在繞原子核轉嗎?

電子真的是在繞原子核轉嗎?

盧瑟福其實就是湯姆遜的學生,他通過“α粒子散射實驗”證明了原子內部大部分都是空的,而正電荷全部集中在中心位置(也就是原子核),電子在環繞著原子核飛行(電荷之間的庫侖力提供向心力,使得電子能保持圓周運動)。

很顯然,這和太陽、行星的運行很類似,所以這也被稱為“原子行星模型”

再看看量子論的初級版解釋(即玻爾首先提出的觀點)

電子真的是在繞原子核轉嗎?

盧瑟福的模型是有缺陷的,因為電子在作加速運動時勢必釋放電磁波,導致原子系統能量的下降,於是就出現兩個結論:

其發射的光譜應當是連續的

電子最終會落到原子核上

但這兩個結論明顯與實際相違背。

為了解決這個問題,於是玻爾用量子化的思想,假設以下三個條件:

原子只能處於一系列不連續的能量狀態,並且在其中任一狀態下,電子都不會發射或者吸收電磁波。

再不同狀態之間變化時,都要吸收或者釋放某個頻率的光子

電子角動量要是某個常數(約化普朗克常量)的整倍數

在此基礎上,玻爾對氫原子進行了分析。最後再利用經典力學的方法求出符合條件的電子軌道,發現符合實驗數據。

電子真的是在繞原子核轉嗎?

但我們發現,玻爾的觀點不管怎麼看都有些四不像的味道,完全是一個量子論和經典物理的結合體(電子依舊是在繞特定軌道進行運動)

,並且利用這樣方法並不能對更加複雜的原子系統作出解釋,但無論怎樣,玻爾為後來的研究打開了思路。

最後來看量子力學給出的電子雲模型(也是目前最為接受的模型)

原先玻爾給出的理論,對解釋氫原子光譜的問題很成功,但它並不完美(無法解決複雜原子系統問題、並且對引入的假設條件沒有嚴謹的解釋)

電子真的是在繞原子核轉嗎?

在用薛定諤方程對這個問題進行解答時,電子就不用在哪哪軌道這個概念了,取而代之的就是空間概率分佈,它能給出電子出現在空間某點的概率,然後發現玻爾算出的各個獨立軌道,都是某些狀態下的概率分佈最大值而已。

電子真的是在繞原子核轉嗎?

簡單來說,電子已經變為概率分佈,我們不能說哪個時刻電子存在於空間哪點,而是我們在空間任意一點能發現電子的概率是多少。

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