原子既然不是行星模型,那麼是什麼力使電子與原子核不離不棄?

2020-11-26 時空通訊

這個問題似乎說不清,我查找了很多資料,也看了一些朋友的回答,都不能令人滿意,所以也來說說,可能還是不能令人滿意。

這個問題我一直想弄清,電子與原子核之間到底是一種什麼樣的力在起作用。

我們已經知道了,這個世界現在已知的有4種相互作用力存在,即引力、電磁力、強力、弱力。

引力是我們最常見的力,凡有質量的物體都受這種力的約束。引力和慣性實際上也就是質量的根本屬性,質量與引力和慣性同在,而引力實際上就是一種慣性力。

電磁力充斥著我們的生活,什麼摩擦力、彈力、機械力都屬於電磁作用力的範疇,事實上,電磁作用力和引力一樣,主要表現在宏觀現象。

強力和弱力都是描述微觀現象的力。強力是核力,主要是原子核質子中子之間的作用力,是世界上最強的力,也是作用極短的一種力,只在10^-10m~10^-15m的距離才起作用,只管把原子核粘在一起,誰要分開它們,沒幾把刷子就別做夢了。

只有兩個方法可以把原子核拆開,一個高溫,一個高壓。這個高溫可不是一般的高,至少幾百上千萬度吧;高壓也不是一般的高,太陽中心壓力達到3000億個海平面大氣壓,才能夠維持太陽中心源源不斷的核聚變。

弱力管得更短,比強力還短,但力度比引力要大,只作用於電子、夸克、中微子等基本粒子,並制約著放射性現象,在β衰變中起重要作用,對光子、引子等玻色子不起作用。

從四種力中,似乎沒有管理原子核和電子之間的力。有人說是引力,有人說是電磁力,都很難完美的解釋它們之間的關係。

原子的模型經歷了四個階段,即道爾頓模型、湯姆遜模型、盧瑟福模型、玻爾模型核泡利不相容原理。

最早道爾頓提出了原子是物質最小不可分割的實心球體模型;

後來湯姆遜發現原子由原子核和電子組成的布丁模型,這個理論認為原子核就像一個西瓜,電子就像鑲嵌分布在西瓜肉裡面的瓜子;

再後來盧瑟福提出了行星模型,認為原子由一個中心佔主要質量的原子核,外面電子圍繞著旋轉的系統組成,電子獲得能量就躍遷,失去能量就降到低能軌道;

後來發現如果一直這樣下去,電子會不斷的喪失能量,電子不可能一直得到能量補充,終將跌落到原子核,這個世界將不復存在。於是波爾提出了電子能量放出是一份一份量子態的,不到一個整份就不會發出,而且電子在各自軌道運行,沒有外力不會損失能量,這樣可以達到永遠平衡。

再後來海森堡提出了電子云原子模型,認為微觀粒子具有波粒二象性的基本特徵,電子繞核運動會形成一個帶負電荷的雲團,具有在一個確定時空坐標與動量不能同時測準的性質。

泡利不相容原理又進一步明確了電子不同能級軌道最多只能容納兩個電子,而且自旋方向必須相反。

由此,原子模型理論越來越趨於現代量子力學的範疇。

那麼到底是什麼力量約束著電子和原子核這種關係呢?還是沒有一個明確的答案。

有人說是庫侖力,庫侖力本來就是電磁相互作用力的範圍,電子帶負電,原子核帶正電本來正負相吸,會被吸到一起去,但它們一直分的很開,以至於一個原子主要質量在原子核,而原子體積卻比原子核幾千億倍。是什麼力支撐著它不垮塌呢?

最終時空通訊還是認為,原子核與電子之間的約束力還是電磁相互作用力。由於電子與原子核分別帶有的負電荷與正電荷,它們彼此之間會以電磁力相互吸引,使得電子移動於環繞著原子核的原子軌道,與原子核共同組成原子。而電子則帶有與生俱來的能量,有著脫離原子核的趨勢,以擺脫相互之間的正負吸引力,並取得一個平衡,當原子受到外力時,才會使原子失去或者得到額外的電子,是原子處於離子態。

玻爾模型合理的解釋了電子不會掉落到原子核的原因,主要是由於電子並不是一直都在釋放能量,而是不能達到整份釋放時,就會一直保持運行的軌道。

電子與原子核的這種關係不管是行星模型還是電子云模型,其受得相互作用力性質是一樣的,只不過在量子理論中,電子在自己能級的軌道上下左右的位置和動量具有不確定性,所以呈現出電子云狀態而已。

在極端的溫度和壓力下,電子會脫離原子核成為自由電子,原子核會發生融合,這就是核聚變;壓力極高,比如中子星,電子被壓進了原子核,與質子中和為中子,整個星球就變成一個由中子組成的大原子核。

關於原子核與電子運行的關係還處於深化研究中,所以現在的一些理論並不能完全說清楚,時空通訊的解釋自己也不甚滿意,只是盡力想說的清楚些。要更清晰明白還需等待今後科學界有新的研究發現,自己學習後再來與大家分享。

就是這樣,歡迎討論。

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  • 兩個原子的原子核為什麼距離那麼遠?電子怎樣維持原子的體積?
    這個問題不能簡單用行星模型來理解,偏差比較大!較好地理解這個問題需要一定的量子力學基礎。但我希望能用簡單的語言幫你理解這個問題。其實電子的運動範圍不是一條簡單的軌道,而是一定的空間範圍,甚至不同軌道電子的活動範圍從空間上有很大重疊。很多的問題,用簡單的行星模型,是難以理解的。最重要的是其實電子根本不是一個粒子,它具有波粒二象性,既有粒子的性質也有波的性質。現在的電子軌道模型,就是用波粒二象性規律計算出來的。也就是說,電子的軌道無需人為規定,人家就該那樣運動,也不會掉下去。
  • 電子為什麼不掉進原子核裡面
    這個觀點基本是由道爾頓想像出來的,但是也非常接近實際情況了,如果不談物理,只談化學的話,這個觀點到現在為止也可以應用,不過這也僅僅是個假說,並沒有實驗驗證,後來支持這一觀點的玻爾茲曼因為和對手爭論,身心疲憊為此自殺,那麼原子的觀點是什麼時候才為人們認可的呢?
  • 電子帶負電,原子核帶正電,為什麼電子不墜入原子核?
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  • 既然原子中的大部分空間是空的,那麼為何很多物體都是不透明的?
    該實驗否定了原有湯姆遜的「棗糕」原子模型,進而確立了原子核式的原子模型,即原子由原子核和核外電子所構成,原子核只佔據原子體積的極小一部分,但原子的大部分質量和幾乎全部的正電荷都集中在原子核區域,核外電子和原子核之間擁有較大的空間。在後來的研究中,科學們在此基礎上又發現原子核由質子和中子所組成的結論。
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    對於大多數人來說,所謂的「真空」是指不存在任何物質的空間狀態。我們也可以理解成是一定區域內的氣壓遠遠小於大氣壓。關於這種定義,我要簡單說一下,在這種頂一下的「真空」,實際上,絕對真空是不可能存在的,即使是外太空都不是絕對的真空,而認為抽真空也沒辦法實現絕對的真空。
  • 為什麼電子不會落入原子核中?
    在不少的原子示意圖中,正如行星環繞太陽旋轉一樣,電子也在環繞原子核旋轉。這種原子模型由盧瑟福在1911年提出,又被稱為原子行星模型。考慮到行星和太陽之間有引力作用,引力剛好充當行星公轉的向心力,所以行星不會掉進太陽中。
  • 既然電子帶負電,原子核帶正電,那為什麼電子不會掉入原子核裡?
    那麼「為什麼電子不會掉進原子核」這個問題也可以這樣解釋嗎?答案是否,因為電子是帶電粒子,它在運動過程中會不可避免的產生電磁輻射,從而降低自身的動能,如果電子真的如地球圍繞太陽一樣運行,那電子將會因不斷的失去動能而掉入原子核裡。
  • 電子帶負電,原子核帶正電,異性相吸,為何電子沒掉進原子核內?
    真實的原子模型相信很多人在上初高中時,都有看到過原子模型,一般來說,這個模型就是一個原子核在中心,外面有電子,電子有相應的軌道。這就好像我們的太陽系一樣,中心有個太陽,外面各個行星在各自軌道上。然後,老師一般還會說,原子核是帶正電,電子是帶負電的。
  • 原子核帶正電,電子帶負電,為什麼電子不會掉入原子核?
    我們從初中開始學習物理課和化學課時,就會學到比較初級版本的原子結構,這個原子結構大概是下面這樣:老師一般會告訴你,原子是由原子核和電子構成的,而原子核帶正電,電子帶負電。所以,其實這裡就隱含著一個問題,既然原子核帶正電,電子帶負電,那根據異性相吸的道理,電子應該會掉落到原子核內才對呀?關於這個問題,困擾著科學家也蠻久的,原子模型的最終確立,經歷了好幾代科學家的努力。而我們學到的版本是波爾的原子模型的,這個模型沒能解決這個問題。
  • 正負電荷相吸,為什麼電子不會落入原子核中?
    這種原子模型由盧瑟福在1911年提出,又被稱為原子行星模型。 考慮到行星和太陽之間有引力作用,引力剛好充當行星公轉的向心力,所以行星不會掉進太陽中。同樣地,帶負電的電子和帶正電的原子核之間存在庫侖力作用,庫倫力剛好充當電子公轉的向心力,所以電子不會掉進原子核中。
  • 原子的組成:原子核、質子、中子、電子,以及什麼是同位素?
    原子這種粒子質子和中子比電子重,它們位於原子的中心。電子非常輕,存在於環繞原子核的雲中,電子云的半徑約是原子核的10000倍。質子和中子的質量大致相同。然而,一個質子重量超過1800個電子的重量。質子和中子的數量通常是相同的。
  • 電子為什麼不會落入原子核中
    盧瑟福由此推測原子中大部分是空的,內部一定有一個帶正電的堅硬的核集中了原子絕大部分質量,a粒子碰到核上就會被反彈回來,碰偏了就會改變方向,發生一定角度的偏轉,因為原子核佔據的空間很小,所以大部分a粒子能穿透過去。1920年,盧瑟福提出了中子的概念,認為原子核是由質子和中子組成的,並於1931年得到證實。盧瑟福把太陽系和原子結構進行類比,提出了原子的行星模型。
  • 你可能理解錯了,電子的自旋並不是自轉,電子也沒有繞原子核轉動
    盧瑟福通過他的α粒子散射實驗發現原子內部存在一個很小的帶正電的核,這個核集中了原子的幾乎全部質量,帶負電的電子就被盧瑟福安排在原子核外圍繞著原子核轉動,就像行星圍繞著太陽轉動那樣。這就是盧瑟福給出的原子的行星模型。
  • 電子帶負電原子核帶正電,那麼電子為何不墜入原子核中?
    原子內部結構以及物理特性並不同於我們所在的宏觀世界,那裡的一切都被量子力學統治著! 事實上,在人類對原子結構的研究過程中,確實有問題中這樣的疑問,電子帶負電,原子核正電,它們應該相互吸引到一起!同時,理論上電子在運動的過程中會因為向外輻射電磁波失去能量墜入到原子核中,但這種情況並沒有發生!
  • 原子結構像行星?每一顆粒子都像星球?你可能還不懂微觀粒子
    那個時候,我就有了一個自以為很高級的想法……盧瑟福的模型裡,原子和天體有多像在盧瑟福的原子模型裡,原子的形象和太陽系簡直太像了。首先,太陽系內,行星圍繞著恆星公轉;在他的模型裡,電子圍繞著原子核公轉。在原子內部,原子核佔據了絕大部分質量,而電子僅僅佔了一點點質量,而二者所佔的空間僅僅是整個原子的幾千億分之一,其餘絕大部分空間什麼都沒有;在太陽系,太陽也佔據了99.86%的總質量,行星的質量同樣微不足道,而且太陽系的絕大部分空間,同樣是什麼都沒有,空蕩蕩一片。
  • 原子模型理論的探討與修正
    您從來沒有聽到過『原子核的位移』的概念,這不是您的錯,因為現代原子模型理論根本不支持『原子核的位移』,所以,迄今為止,沒有任何的一位物理學家提出過相關的理論。然而,當我們對任何的運動都進行無限的細分的時候,最終得到的結論都是:原子核發生了位移。可以這麼說,如果原子核不能位移,那麼這個宇宙就不會有生命體出現,就不會有您、我、他。這個宇宙就是一片死寂。
  • 電子為什麼不會掉進原子核裡面去?
    我們都知道萬事萬物都是由原子構成,但是原子本身又可以繼續細分,分為原子核和核外電子組成,不同的原子外面有不同數量的電子,那麼就有一個疑問,電子為什麼不會掉進原子核裡面去呢?今天我就來談談這個問題。最開始提出一個原子結構的模型的人,就是湯姆森,也就是是電子的發現者,湯姆森發現原子內部居然會有另一種物質存在:電子,而且電子不僅僅可以在原子內部運動,還可以脫離原子跑出來,所以湯姆森就提出一種原子的結構模型:西瓜模型。原子就好像是由多個電子組成,有點類似於西瓜裡面有很多西瓜籽,這些西瓜籽相對均勻的分布在原子裡面。
  • 再認識電子、中微子、µ子、原子核和原子的結構
    兩個正負電子對粒子互相繞行又自旋,必然存在正電子與正電子、負電子與負電子靠近的情況,因為高速運動,電性相同會被排斥,電性相異會被吸引,實際上,這就必然形成兩個正負電子對結合粒子的快速閃離閃合振蕩運動方式。同時還會因為能量不同,時時發生電子交換運動。應該說,這個思想一直是我建立一切物質結構(包括原子)的基礎性理論概念。
  • 既然物質具有波粒二象性,為何一定要用粒子來構建原子模型呢?
    原子模型的發展史我這裡就不講了,我們就直奔主題吧。既然所有物質都具有波粒二象性,為什麼我們一定要用粒子來構建原子模型呢?我們也可以用電磁波來構建原子模型。在原子裡電子並不對應著某一固定頻率的X射線,同理,質子(中子)也不對應某一固定γ射線,它們對著一段頻率,也就是說原子內部的粒子(電子,質子,中子)能量(質量)並不是一樣的,只有當它們能量達到某個閾值時才會脫離出來,此時你測得的質量基本一致。射線振動傳播還有方向,也就是有些駐波向左運動,有些向右運動,導致電子同時自旋向上又自旋向下。