所以哪怕电子带电且做着加速运动,如果将要释放的电磁能量的值不是正好等于两个能级的能量差的话,这个电磁辐射就会被禁止 。所以电子可以在离原子核较远的轨道稳定运动 。另外量子力学的具体计算还会发现电子的能量并不是离核越近越低 。相反,最低的能量轨道处在原子核外大约50皮米的位置(氢原子),叫做玻尔半径 。对本科(任何接触过量子力学的专业):通常情况下不能掉进去,你就看三维氢原子的薛定谔方程的解 。
只需看径向部分,径向波函数是一个合流超几何方程,只有整数多个有物理意义的解,分别对应氢原子各个分立(意味着电子径向能量的量子化)的主壳层 。最低壳层对应能量基态,而最低壳层的峰对应玻尔半径 。所以能量最低的态在原子核外 。当然更物理的原因也可以这么说,电子服从薛定谔方程,我们可以认为薛定谔方程是根据正则量子化类比经典哈密顿方程导出来的 。
电子为什么围绕原子核旋转?电子不逸出原子核的引力范围,又不与原子核结合,为什么?
电子为什么围绕原子核旋转?电子不逸出原子核的引力范围,又不与原子核结合,为什么?世间万物都是由原子构成,而原子又是由原子核以及电子组成,而所有原子的内部都不是一个静止的世界,与之相反,每时每刻,电子都在围绕着原子核高速运行 。由于电子本身具有动量(电子的动量是“天生”的,它来自于“宇宙大爆炸”的原动力),它会一直地运动,而原子核带正电,电子却带负电,它们之间存在着互相吸引的电磁力,这种力将电子牢牢地束缚在原子内的空间里,于是电子就只有围绕着原子核旋转了 。
其实当电子围绕原子核运行时,如果电子获得了足够的能量,它就可以从原子里逃逸出去,简单地讲就是,电子之所以不会从原子里逃逸出去,只是因为它自身的能量还不够 。真正的问题是,既然原子核可以通过强大的电磁力吸引电子,那么当电子自身的能量很低时,为什么不与原子核结合呢?根据能量守恒定律,对同一个系统而言,某种能量的升高必然伴随着另外能量的降低,因此我们可以得出,一个系统所拥有的能量越低,就越趋于稳定 。
如果你仔细观察身边的事物,你就会发现一个很普遍的规律,在自然的状态下,世间万物总是会自发地趋向于稳定的状态,因此也可以说,世间万物都会自发地趋向于能量最低的状态,这被称为“能量最低原理” 。同样的,在原子的内部,也是按照着这个规律来运行,我们可以理解为,在自然状态下,当电子围绕原子核运行时,它总是会自发地趋向于能量最低的轨道 。
通常来讲,我们会认为电子能量最低的轨道就是原子核里,但实际上却不是这样,这是为什么呢?其实电子是可以掉进原子核里的,当这样的情况发生时,电子会与原子核内的质子结合成中子,同时还会释放出一个中微子 。这种现象被称为“电子俘获”,实验表明,通常情况下,必须要有额外的能量输入,电子俘获才可以发生 。究其原因,是因为电子和质子的质量之和是小于中子的质量的,这就意味着,要想让电子和质子形成中子,就必须得把这部分质量给补上才行 。
【电子地中衡,什么是电子式地中衡】我们都知道质量和能量是可以互相转换的,也就是说,只有在输入足够的能量情况下,电子才可以和原子核里的质子结合,否则的话,即使电子运行到原子核的表面,也休想进入到原子核里 。正是因为上述原因,才造成了电子能量最低的轨道不在原子核内,根据“能量最低原理”,正常情况下,电子也就不会自发地掉进原子核了 。简单总结一下:在原子的内部,如果它的电子没有获得足够的能量,那么它的电子就会一直保持在“既不会逃逸出去,也不会与原子核结合”的稳定状态 。
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