Как образуются эти квантовые орбиты у электрона?
Электрон подобен волчку гироскопа.
Если на ось гироскопа начинает действовать сила или пара сил, стремящихся привести ось в движение (т. е. создающие вращающий момент относительно центра подвеса). То под действием этой силы конец оси гироскопа будет отклонять не в сторону действия силы, как это было бы при не вращающемся гироскопе, а в направлении перпендикулярном к этой силе; в результате электронный тор начнёт вращаться вокруг оси, притом не ускоренно, а с постоянной угловой скоростью.
Это вращение называется прецессией; оно происходит тем медленнее, чем быстрее вращается вокруг своей оси сам электрон. Если в какой-то момент времени действие силы прекратится, то одновременно прекратится прецессия и ось мгновенно остановится, т. е. прецессионное движение гироскопа безинерционно.
Ось прецессионного вращения электронного тора параллельна оси вращения протона. При кратковременных воздействиях даже очень больших сил движение гироскопа изменяется незначительно. Гироскоп как бы сопротивляется попыткам изменить его момент импульса и кажется "затвердевшим".
Каждому углу наклона оси гироскопа (электрона) соответствует своё расстояние до протона и своя частота вращения.
Каждая прецессионная орбита электронного вихря характеризуется спином или моментом количества движения L.
Lе = rе mе vе
где rе - радиус электронного вихря, mе - масса покоя электрона, vе – скорость вращения массы электрона
Причем стационарными являются лишь те орбиты, при движении по которым момент количества движения Le электрона равен целому числу постоянной Планка.
Le = rе mе vе = nh
Один 1s уровень отличается от (2s, 3s, 4s, 5s …) уровня только «высотой орбиты», т. е. расстоянием до протона см. рис. 1.
Расстояния от s оси до осей вращения электрона p, d, f, g, h, I, k, l, m, n, o, k, r, t, u, v, w, x, y, z и т. д. орбитах строго квантуются. Они отличаются друг от друга проекцией момента количества движения на выделенную ось. Расстояние между осями вращения прецессионных орбит равно диаметру ns электронного вихря на данном энергетическом уровне, см. таблицу «Строение электронной оболочки атома водорода».
У электронного вихря собственный момент количества движения равен
Lе = 1/2 rе mе vе
Коэффициент ½ указывает на то, что электрон имеет форму вращающегося тора - кольца. Кольцо - тор электрона при столкновении с препятствием передаёт препятствию только половину момента импульса, так как у кольца - тора половина массы движется в одну сторону относительно оси вращения, а другая половина в противоположную.
Собственный момент количества движения электрона - величина постоянная и не меняется с изменением орбиты электрона.
Lе = 1/2 rе mе vе = const
На других (p, d, f, g, h, I, k, l, m, n, o, k, r, t, u, v, w, x, y, z и т. д.) орбитах орбитальный момент количества движения изменяется и вычисляется по стандартной формуле.
Lon = rе n mе vе n
где rе n - радиус центра массы электронного вихря на орбите N
mе - масса покоя электрона = const
vе n – орбитальная скорость вращения центра массы электрона относительно оси s на N орбите.
Пользуясь данными таблицы «Строение электронной оболочки атома водорода» рассчитаем суммарный момент количества движения электронного вихря для каждой орбиты.
Момент количества движения - величина векторная. Вектор перпендикулярен плоскости вращения и перпендикулярен направлению вращения. Условились направление вектора вверх, при вращении против часовой стрелки, считать за + (наблюдатель смотрит с поверхности протона). И наоборот, вектор считают (–), если вращение по часовой стрелке (наблюдатель смотрит с поверхности протона).
Векторы Le и Lon суммируются по правилу сложения векторов.
Le + Lon = L∑n
Результаты вычислений сведём в таблицу «Строение электронной оболочки атома водорода» см. ниже и в график изменения суммарного спина электрона от радиуса прецессионной орбиты (s, p, d, f, g, h, I, k, l, m и т. д.) электронного вихря см. график выше в начале главы.