58,8K подписчиков
🤪 Почему электрон в движении не излучает энергию и в итоге не падает по спирали на ядро атома?
🔹 Первым на этот вопрос постарался ответить Нильс Бор, который сказал, что электроны действительно вращаются вокруг атомных ядер и они действительно испускают излучение и теряют энергию при движении по орбите, как предсказывала классическая электродинамика. Единственное отличие состоит в том, что электронам разрешено перемещаться только по круговым орбитам, угловые моменты которых точно целочисленны и испускать или поглощать только фотоны, энергии которых в точности равны разности энергий между двумя орбитами.
Электроны не спускаются по спирали к ядру и не испускают электромагнитные волны непрерывно, как предсказывали классические теории. Вместо этого они “прыгают” с орбит с более высокой энергией на орбиты с более низкой энергией и излучают дискретные “волновые пакеты”, известные как фотоны или кванты света. В классической электродинамике электроны могут сколь угодно близко подходить к ядру и бесконечно терять энергию, в то время как в модели Бора существует ограничение. Когда орбита имеет угловой момент ровно один h / 2π, электроны не могут опускаться ниже, потому что это самая низкая возможная орбита.
Модель Бора достигла большого успеха в объяснении спектра излучения атомов водорода. Однако модель Бора имела серьезные недостатки. Нет никакого объяснения, почему самая низкая орбита должна иметь угловой момент, равный одному h / 2π, а не 0,5 h / 2π или 0,99 h/2π. Орбитальный момент импульса не согласуется с экспериментальными наблюдениями. Например, электроны на самом низком энергетическом уровне имеют нулевой угловой момент, а не h / 2π, в то время как электроны на более высоких уровнях могут иметь разное количество углового момента. Попытки рассчитать спектр излучения более сложных атомов, таких как гелий, закончились полным провалом.
🔹Вторым был Эрвин Шредингер, который сформулировал знаменитое уравнение Шредингера.
В уравнении Шредингера электроны - это волны, а не частицы, похожие на шары. “Электронные волны” обладают двумя важными свойствами. Во-первых, поскольку электроны заряжены отрицательно, волновые функции имеют тенденцию концентрироваться вокруг атомных ядер. Во-вторых, кинетическая энергия волновой функции обратно пропорциональна длине волны (точно так же, как у фотонов). С одной стороны, электронная волновая функция стремится концентрироваться вокруг ядра, чтобы минимизировать потенциальную энергию, в то время как чрезмерная концентрация также сокращает длину волны, что увеличивает кинетическую энергию и питает движение.
Уравнение Шредингера также предсказывало дискретные уровни энергии, каждый из которых представлял собой решение со стоячей волной. Другими словами, дискретные уровни энергии являются естественным результатом решений со стоячей волной. Модель Шредингера является гораздо лучшей моделью, чем модель Бора, поскольку оно не требует каких-то неестественных правил для вывода дискретных уровней энергии и довольно хорошо работает как для водорода, так и для более сложных атомов.