Скорость вращения электрона вокруг ядра атома

Аккуратные орбиты — это ядерная модель атома, предложенная английским ученым Эрнестом Резерфордом в 1911 году, где электроны вращаются подобно планетам, вокруг солнца. Но знаете ли вы, что физики уже давно доказали, что это невозможно и в реальности всё иначе? Хотя на самом деле тут всё сложнее, чем кажется. Давайте начнём разбираться по порядку.

Аккуратные орбиты — это ядерная модель атома, предложенная английским ученым Эрнестом Резерфордом в 1911 году. После физики доказали, что она невозможна. По современным представлениям, электроны в атоме приближенно рассматривают как «размазанные» в пространстве. Они образуют вокруг ядра электронное облако.

Для электрона невозможно рассчитать траекторию, можно говорить только о шансах того, что он будет находиться в том или ином месте вокруг ядра. Поэтому говорят не об орбитах электрона, а об орбиталях. Так называют пространство вокруг ядра, где вероятность нахождения электрона превышает 95%.

В современных школах проходят и модель Резерфорда с орбитами, и современную модель с орбиталями. Правда, вторая, как более новая, помнится не всем. И на случай, если вы такового не помните — на картинке левее показана схема, как примерно можно себе это представить.

Говорят, что, изобретя эту модель, Резерфорд воскликнул: «Теперь я знаю, как выглядит атом!» Однако вскоре, вслед за воодушевлением, Резерфорд осознал и другое. Вращаясь вокруг ядра, электрон создает вокруг себя переменные электрическое и магнитное поля. Эти поля распространяются со скоростью света в виде электромагнитной волны. А такая волна несет с собой энергию! Получается, что, вращаясь вокруг ядра, электрон будет непрерывно терять энергию и в течение миллиардных долей секунды упадет на ядро.

Разрешить противоречие Резерфорд поручил своему сотруднику, молодому теоретику Нильсу Бору. Поработав два года, Бор нашел частичное решение. Он постулировал, что среди всевозможных орбит электрона существуют такие, на которых электрон может находиться в течение долгого времени не излучая. Электрон может переходить с одной стационарной орбиты на другую, при этом поглощая или излучая квант электромагнитного поля с энергией, равной разности энергий двух орбит. Пользуясь начальными принципами квантовой физики, которые уже были открыты к тому времени, Бор сумел вычислить параметры стационарных орбит и, соответственно, энергии квантов излучения, соответствующих переходам. Эти энергии к тому моменту были измерены с помощью методов спектроскопии, и теоретические предсказания Бора почти идеально совпали с результатами этих измерений!

Читайте также  Сброс настроек телефона нокиа

Несмотря на этот триумфальный результат, теория Бора едва ли вносила ясность в вопрос физики атома, ведь она была полуэмпирической: постулируя наличие стационарных орбит, она никак не объясняла их физическую природу. Глубинное разъяснение вопроса потребовало еще не менее двух десятков лет, в течение которых была разработана квантовая механика как систематическая, цельная физическая теория.

Так вот как говорят многие учебники, электрон вполне себе притягивается к ядру атома как частица за счет силы Кулона (притяжение электрических зарядов) и претерпевает от центробежной силы, так как движется по замкнутой круговой орбите вокруг ядра атома.

Так вот условием того, что этот электрон не падает на ядро и не улетает в бесконечность будет равенство всех сил, действующих на него, а именно, сила кулоновского притяжения равна центробежной. Приравняв формульные выражения этих сил и несложными математическими операциями выразив из них скорость, получим следующее:

Скорость электрона по орбите равна корню из произведения электрической постоянной (9*10 в 9) количеству протонов в ядре, квадрату заряда электрона деленного на радиус орбиты и массу электрона. Все эти величины табличны и могут быть загугленны. Поддставляем их в формулу, получаем величину порядка 10 в 6 степени.

UptoLike

В первом приближении можно считать, что электрон в атоме водорода движется по круговой орбите с линейной скоростью v. Найти угловую скорость ω вращения электрона вокруг ядра и его нормальное ускорение аn. Считать радиус орбиты r = 0,5·10 -10 м и линейную скорость электрона на этой орбите v = 2,2·10 6 м/с.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

  • векторная величина, характеризующая быстроту вращения твердого тела
  • движение вокруг своей оси по окружности
  • стабильная отрицательно заряженная элементарная частица с зарядом 1,6·10 -19 Кл и массой 9·10 -31 кг
  • положительно заряженная массивная центральная часть атома, состоящая из протонов и нейтронов
Читайте также  Почему долго идет заказ с алиэкспресс

самая малая частица химического элемента, она является носителем его свойств. Состоит атом из электронов и положительно заряженного ядра. У атома размеры порядка 10 -10 м, а порядок энергии связи внешних электронов равен 10 эВ.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector