Küsimus:
Kuidas orbitaalid koos tuumaga eksisteerivad?
timothymh
2012-04-28 22:01:23 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Paljud orbitaalide skeemid, mida olen näinud, hõlmavad elektronide liikumist keskpunkti kaudu - seal, kus asub tuum. Kuidas see saab olla? Ilmselgelt nad tegelikult tuumast läbi ei käi, mis siis saab?

"" liikumine keskpunkti kaudu "" ei ole tõsi. Tegelikult on orbitaalidel tuumasisene teatud elektrontihedus, kuid orbitaalides "liikumises" pole midagi.
Nagu Georg ütles, orbiitidel liikumist ei toimu. Need on statsionaarsed seisundid definitsiooni järgi, et need on mõne ühe elektroni Hamiltoni omadusfunktsioonid. Küsimus ei ole mõttekas, nagu öeldud.
Viis vastused:
#1
+18
Terry Bollinger
2012-05-01 06:42:41 UTC
view on stackexchange narkive permalink

S-i kestadefinitsioonis leiad, et selle $ \ ell $ arv on null. Klassikalises mõttes vastab see orbiidile, mille orbitaal- või nurkkiirus on null - see on suure objekti puhul selge võimatus. Elektroni jaoks annab see omapärase tulemuse, et mis tahes s-kesta elektron liigub klassikaliselt öeldes edasi-tagasi läbi tuuma, mitte selle ümber. Nii et ühes uudishimulikus mõttes juhtub just see, mida te just küsisite: klassikaline analoog on see, et elektronid läbivad tuuma, mistõttu neil on nii armas kerakujuline sümmeetria.

Teine osa vastus on aga see, et elektronid ei saa tuumast läbi minna, välja arvatud juhul, kui nad on tohutult energilisemad kui tüüpilises väikese tuuma aatomis. On selge, et seal toimub natuke paradoks!

Paradoksi resolutsioon on see, et väga väikese massiga laetud osakesi tuleb käsitleda kvantreeglitega. Niisiis, näiteks selle asemel, et elektron käituks täpselt määratletud osakesena, käitub ta nagu seisulaine. Seda seisvat lainet võib omakorda mõelda kui elektroni kahte samaaegset versiooni, millest üks läheb (näiteks) päripäeva ja teine ​​ümber vastupäeva. (Reaalses olukorras on selliseid komponente lõpmatu arv; ma valin välja vaid ühe paari neist, mis seda põhimõtet demonstreerivad.)

Lisaks võib mõelda, et kõiki neid komponente murrab tuuma võimas sfääriline laenguväli, mis selle ümber kõverdub, ilma et see iga teda tabaks. See murdumine ei ole sama mis atraktsioon. Tegelikult takistab just see murdumisefekt elektronpilvede tiheduse jõudmist tuumas lõpmatusse - see tähendab, et tuuma lööb. Kui mõelda, kuidas veepaak võib paaki sisenemise asemel valguse kiirguse pinnalt põrkuda - ja see on kohutav analoogia, ma tean, ma tean - võite vähemalt saada aimu, kuidas suurenev " optiline tihedus "keskpunkti suunas võib pigem valgust eemal hoida kui lähemale tuua.

Nii et elektroni puhul, mis käitub" nagu "kaks lainet, mis lähevad nii päripäeva kui ka vastupäeva, kõverdavad kombineeritud lained pigem tuuma ümber, mitte seda lööb. See on väga kvant-tüüpi sündmus, kuna klassikalise objekti jaoks pole objekti "lõhestamine" lihtsalt võimalik ja objekt sukeldub lihtsalt otse atraktsiooniallikasse. Kuid kui objektid on piisavalt kerged, lakkab selline osakestetaoline käitumine objektile lihtsalt kättesaadavaks. Selle asemel saate laineid, mis sirguvad korralikult ja täiusliku sfäärilise sümmeetriaga tuuma ümber, saamata kunagi piisavalt energiat (mis muudab selle osakeste sarnasemaks), et otse selle tuumaga ühenduda.

Lõpuks pange tähele, et elektronid on s (ja muud) kestad ühendavad tingimata mitu rada korraga. Iga päripäeva liikuva elektroni "kujutise" jaoks peab olema ka täpselt tasakaalustav "kujutis" samast elektronist, mis liigub vastupäeva, nii et need kaks pilti tasakaalustuksid alati orbiidi nullmomendini. Mis hämmastav asi see on! Ja oluline asi ka, sest just see teeb keemia võimalikuks.

Nii et hea küsimus, isegi kui see on tegelikult pigem füüsikaküsimus kui iseenesest kui keemia küsimus. Kuid see on nii oluline keemia küsimus! See on nagu küsimine, kuidas töötab auto mootor. Võite nõustuda sellega, et kõigil autodel ja sõidukitel on mootorid ning need kõik töötavad teatud viisil. Mõnikord on siiski tore sukelduda veidi sügavamale ja proovida mõista, miks need omapärased asjad teevad asju, mis võimaldavad keemiat - see tähendab, kuidas mootor tegelikult töötab.

Mul pole tegelikult aimugi, mis selles vastuses toimub. Vastavalt vesinikusarnase aatomi lahendusele on olemas statsionaarsed olekud (nt 1s orbitaalid), millel on kõigi tuumas eksisteerivate positsioonide seas kõige suurem elektronide tõenäosus.
Terry, miks sa ütled, et elektron ei saa tuumast läbi minna? Kuidas saab seletada Fermi kontakti vaatlemist NMR ja EPR abil, kui elektronid ei sisene tuuma? "Selle artikli eesmärk on juhtida tähelepanu sellele, et isotroopne HF-interaktsioon tuleneb tuuma sees oleva s-elektroni tõenäosustihedusest. http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0143-0807/21/1/303/meta
Kiire vastus: pean millalgi täna oma vana vastuse uuesti läbi lugema, et aru saada, miks see teile nii läks, kuna teistes kirjutistes olen isegi kirjeldanud 0 orbitaalimpulssi juhtumit kui klassikaliselt samaväärset elektronide sukeldumisega sirgelt _through_ tuum. Niisiis, siin toimub mingisugune valesti suhtlemine; Püüan aru saada, mis see on, ja parandan selle.
#2
+16
Andrew
2012-04-28 22:44:51 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Elektrone võib pidada nii osakesteks kui ka laineteks ( wiki). Põhimõtteliselt on elektronide osakeseks pidamine ebapiisav paljude vaadeldud nähtuste selgitamiseks.

Sel juhul ei läbiks osake tegelikult tuuma, kuid laine seda kindlasti võiks. Võtame näiteks 2p orbitaali, mis on tuuma keskel kahe labaga. Lainefunktsioon võimaldab meil visualiseerida, kus on tõenäolisem elektron: ( PSU.edu -lt)

2p Wave Function

Tõenäosustihedus funktsioon leitakse lainefunktsiooni ruutude abil ja PDF näitab, kus elektroni tõenäoliselt täheldatakse:

2p Electron Density Function

(vabandust väiksuse pärast)

PDF käsitleb enamasti elektroni osakeste olemust, sest see näitab, kus ta tõenäoliselt seda jälgib. Kui elektronil on laineomadusi, võib ta aga läbida tuuma, ilma et teda seal tegelikult leitaks.

Parim analoogia, mida saan anda, on see, et kui lehvitada hüppenööriga üles ja alla, ei saa te hüppenööris lainet tegelikult isoleerida, kuid see on siiski selgelt olemas. Pikk lugu, osake ei läbi tuuma, kuid laine suudab ja siiski.

@Georg, Valisin * p * -orbitaali, kuna see tundub kõige lihtsam juhtum, kus elektron peab liikuma tuuma kaudu "läbi", et pääseda ühest lohest teise. * S * -orbitalist pärinev sfäär ei tundunud nii hea illustratsioonina IMO. Postitage kindlasti vastus * s * -orbitaliga!
Asi on selles, et s-orbitaalidel on tuumas positiivne elektronitihedus. Kas kvantmehaanika pole kummaline.
#3
+12
CHM
2012-04-28 22:43:01 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Näiteks orbitaalidel $ \ mathrm {p} $ on sõlm, kus asub tuum, mis tähendab, et elektronide tihedus on seal null.

Orbitaal ei tähenda teed, mida elektronid liikumisel läbivad. Orbitaal on tõenäosuse piirkond. Et asi oleks selge ja kindel, joonistame orbiidi joonistades ainult piirkonna, kus on 95% tõenäosusest (näiteks). See, et orbitaalidel $ \ mathrm {p} $ on sõlmpunkt, tähendab lihtsalt seda, et elektroni leidmise tõenäosus sellel tasapinnal kaob.

positivist peaks seega elektroni trajektoori tuuma ümber mõttetuks, kuna ebakindluse printsiibi järgi ei saa me seda kunagi mõõta.

Orbitaalide kasutamine on elektronide tiheduse visualiseerimiseks - kus saab elektron olla, enamasti? See on väga kasulik viis selliste nähtuste tõlgendamiseks nagu keemiline reaktsioonivõime (mõelgem $ \ mathrm {S_N2} $ ) või stabiilsus (mõelge benseeni $ \ mathrm {p} $ orbitaalid).

Aga kuidas saab elektron ühelt küljelt teisele? Kas see käib lihtsalt tuumas ringi?
See pole nii. Elektroni _asukohast_ rääkimine on mõttekas ainult mõõtmisel, mille toiming lainefunktsiooni kokku kukub. Elektron võib olla korraga mõlemas küljes. Probleemi tuum on QM-i tõlgendamine. [Siin] (http://www.physlab.lums.edu.pk/images/7/7a/Nodes.pdf) on sellel teemal väga huvitav arutelu.
#4
+5
Kevin
2012-04-28 22:48:39 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Pidage meeles, et orbitaalid ei näita, kus elektronid asuvad , vaid need näitavad tõenäosustihedust, kus mõõtmine neid leiaks. Tõenäoliselt on tuumale piisavalt lähedal skaalal (kus elektroni olemasolu tõenäosus on alustuseks üliväike, mõjutab tuum elektroni tegelikku lainefunktsiooni nii, et kas need ei saa kattuda või võimalus on isegi kaduvamalt väike.

Olen natuke roostes, kuid usun, et igal orbiidil, välja arvatud 1-del, on niikuinii tuuma läbiv tasapind või tasapind.

Lainefunktsioon on määratletud keskseks tuuma ümber, nii et tuum ei mõjuta elektroni lainefunktsiooni, välja arvatud öeldes, et alguspunkt * on * tuum. Igal orbiidil on siiski tuumas sõlm.
@Andrew Nagu ma mäletan, kasutab orbitaalide tuletamiseks kasutatud potentsiaal ainult EM-jõudu. Kas tuuma skaalal ei muudaks tugevad ja nõrgad jõud seda?
kõige tõenäolisem, kuid kas need ei meelitaks elektroni tuuma, vastupidiselt EM-jõule? Lainefunktsioon käsitleb elektrone lainetena ja ignoreerib seega tuumajõude.
@Andrew: Kõigil * s * orbitaalidel on alguspunktis * anti-sõlm *.
#5
  0
Aniruddha Deb
2019-12-24 16:06:26 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Siin on natuke range vastus. Selle selgituse sain koolis.

Heisenbergi ebakindluse põhimõte ütleb, et $$ \ Delta x \ Delta v \ ge \ frac h {4 \ pi m } $$

Nüüd on tuuma raadius suurusjärgus $ 10 ^ {- 15} $ m. See tähendab, et elektroni eksisteerimiseks tuumas peab $ \ Delta x $ olema $ 2 \ korda 10 ^ {-15} $ miljonit. Asendades väärtused ja eeldades, et piirjuhtumiks on võrdsus, saame $$ \ Delta v = \ frac h {4 \ pi m \ Delta x} = \ frac {6.626 korda 10 ^ {-34}} {4 \ pi \ korda 9,1 \ korda 10 ^ {- 31} \ korda 2 \ korda 10 ^ {15}} \ umbes 2,89 \ korda 10 ^ {10} $$

mis on umbes 100 korda suurem kui valguskiirus. See on võimatu, seega vastuolu tõttu näeme, et elektron ei saa tuumas eksisteerida .

Rangema matemaatilise lähenemise jaoks võib tuuma eeldada sfäärina (siin olen eeldanud, et see on pigem ühemõõtmeline rada). Seejärel saate $ \ Delta x $ asendada $ \ Delta \ vec r $ ja hinnata määramatuse põhimõtet kolmes mõõtmes, kasutades kas ristkülikukujulisi või sfäärilisi koordinaate. Ka nendel juhtudel saaksite sarnase vastuse



See küsimus ja vastus tõlgiti automaatselt inglise keelest.Algne sisu on saadaval stackexchange-is, mida täname cc by-sa 3.0-litsentsi eest, mille all seda levitatakse.
Loading...