電子帶負電，原子核帶正電，兩者互相吸引，為什麼還未墜入原子核

2020-10-18 星辰大海種花家

中學的時候老師就告訴我們電子圍繞著原子核運行，也告訴我們原子核電荷是+，電子電荷是-，也許當時有很多同學都想到了一個問題，正負電荷會在庫侖力的作用下相互吸引，最後中和，可能這個念頭一閃而過，但肯定有很多朋友提出問題來了，不知道各位的是老師怎麼回答的，有沒有給出令人信服的答案，我們今天來簡短討論一下！

一、原子模型

我們現在已經知道原子核周圍環繞這一團概率雲模式存在的電子，無休無止，除非溫度達到絕對零度-273.15℃，但即使如此也僅僅是停止熱運動，而在量子物理的視角中，電子的運動永不停息！

1803年時，道爾頓提出了原子是一顆不可分割的實心球理論，他認為這是我們世界中所有物質都是由這種不可分割的小實心球構成！儘管現在看起來似乎有些可笑，但那是現代微觀粒子模型的第一步，已經難能可貴了！

而隨後的湯姆遜模型-盧瑟福模型-波爾模型，越來越接近現代原子模型，一直到薛丁格的電子云模型，我們認識的電子清晰的軌道模型到模糊的電子軌道，到最後它的能量和位置不可能同時測定的量子力學模型！

二、電子的躍遷和泡利不相容原理

物質種類屬性是由原子核中的質子數決定的，但它的部分化學屬性卻是有其核外電子所決定，不同物質的原子的核外電子分布是不一樣的，它們都在不同的軌道上以概率雲模式出現，請注意，電子儘管是以概率方式出現，但它只會出現在相應的能級附近！

而電子獲得外界能量輸入後，將會躍遷到更高的能級，但這不是它應該呆的地方，以能量最低原理，它會重新跌落到原來的軌道，在這個過程中，電子會釋放出光子，這個過程就是我們這個世界中絕大部分能量來源的原理，比如大部分發光發熱的行為都是電子的行為導致！

輸入不同的能量，電子會釋放出不同波長的光子，一直到極高能級的X射線！但在這個過程中，釋放光子後的電子會跌落到原來的軌道上！那麼這些跌落到一起進入原子核嗎？完全不會，因為當前能級即最低能級的電子，它再也無法輸出能量跌落到更低的軌道上，如果你想這麼做，那麼得輸入能量！

而泡利不相容原理則從根本上杜絕了這個想法，兩個全同的費米子（例如電子，夸克等）是不能處在相同的量子態的。也就是說電子它不可能無限接近，而成為一個位置與動量都可以測定的形態！這種由泡利不相容原理構成的斥力我們將其稱為簡併力，請注意它並不是我們所熟悉的四大基本力中的任何一種！

簡單的說從電子軌道想原子核運動並不是跌落，而是一種需要極大能量支撐的「爬山」運動，這似乎和我們理解的宏觀世界有點不一樣？沒錯，這就是量子力學的世界。

三、原子核內的世界

1、質子+電子=中子？其實這個等式不成立哦

原子核內只有質子和中子，但這兩種其實都可以通過電子和另一個途徑來得到互相轉換！不過這需要有個條件，比如質子獲得一個電子會中和成中子，但它的總質量總是大於質子+電子的質量和！

質子的質量為1.672621637×10^-27千克,

中子的質量為1.674927211×10^-27千克

電子的質量為：9.10956×10^-31kg

1個中子的質量大約是一個質子+2.5個電子的質量，那麼請問這多餘的1.5個電子的質量來自哪裡？幸虧愛因斯坦的質能方程解釋了這個問題，否則事情就嚴重了，因為憑空產生了質量，但事實上並不是！

愛因斯坦的質能方程闡述的核心思想其實並不是質能轉換，而是質量只是能量的另一種變現方式，當然能量也是質量的另一種表現方式！在這個中子質量增加這個案例中，是中子內部的束縛夸克的膠子能量增加，最終表現出來的中子整體質量！

上圖為標準粒子模型，通過左上角的質量表達式可以計算出夸克的質量為多少，如果您注意這個值那麼就會發現組成質子和中子的輕夸克質量很小，但質子和中子的質量卻很大，質量來自哪裡？就是夸克和夸克之間的結合能！

因此從這個意義上來理解，質子和電子結合是需要大量的能量的，這個能量最終讓中子的質量增加，所以，這個角度上也不能理解電子是墜入質子的，而是需要大量的能量才能讓電子爬上質子！

2、中子的衰變

脫離了原子和的自由中子是不穩定的，而質子是穩定的粒子，它會躍遷到後者，並釋放出能量，這個過程會在15分鐘內發生，最終衰變成一個質子、一個電子和一個反中微子，事實上這個過程也會在原子核內不的中子中發生，但時間上會更慢，而且這是一個隨機性行為！

三、中子星

中子星是恆星的其中一個歸宿，它的中子成因就是超過錢德拉塞卡極限的內核，引力坍縮時突破了電子簡併壓將電子壓入了質子，與質子中和成了中子！而白矮星則是尚未超過錢德拉塞卡極限的恆星內核引力坍縮和電子簡併壓處在了某種平衡狀態的天體！兩者的差異就是外界輸入的能量是否足夠，在恆星坍縮時這個能量有內核質量的引力坍縮能提供！

中子星和傳說中的夸克星，理論上夸克星是存在的，但從未被觀測到過！

相關焦點

  • 帶負電的電子,為什麼不會墜入帶正電的原子核中?
    電子帶負電，原子核帶正電，看似異性相吸，但其中存在許多限制條件。根據海森堡測不準原理，微觀粒子的位置和動量無法同時確定，其中一個數據測得越準確，另一個數據就越不準。一般來說，電子在其能運行的軌道上，離原子核越近它的運行速度就越快，如果電子墜入原子核中，那麼它的動量和位置，這兩個數據都可以測得更準確，這違反了量子力學的基本規律。微觀粒子需要遵循不確定性不等式：ΔxΔp≥h/4π ，其中h是普朗克常量，Δx是粒子位置的不確定量，Δp是粒子動量的不確定量，使用時通常只在數量級上計算，作定性說明。
  • 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。
  • 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！
  • 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。
  • 電子帶負電,原子核帶正電,為什麼電子不墜入原子核?
    在經典的原子模型中，電子圍繞原子核繞行，由帶負電荷的電子和帶正電荷的質子間庫侖力提供向心力，但是這個模型有很多缺點。比如在電磁學中，電子繞核運動會向外輻射電磁波，從而損失能量，使得電子墜入原子核，理論計算整個過程就是一瞬間，原子不可能穩定存在，這顯然和事實不相符合。
  • 原子核帶正電,電子帶負電,為什麼電子不會掉到原子核內?
    #了不起的基礎科學#我想大家都對中學學到的原子結構很熟悉，也就是說原子內有個原子核，核外有電子繞著原子核轉，而原子核內還有質子和中子。原子核是帶正電的，而電子是帶負電。我們都知道同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。原子核和電子是異種電荷，為什麼不會相互吸引？
  • 電子帶負電荷,原子帶正電荷,為何電子不會墜入原子核?
    因為在量子力學中，能量是一份一份的，這個條件限制了電子圍繞原子核運動的軌道，使得一般情況下電子不會墜入原子核。原子的經典模型1897年湯姆生發現電子，經典物理學對原子的模型，就是電子圍繞原子核運行，電子帶負電，原子核帶正電，由庫侖力提供向心力。
  • 原子內部,電子為什麼不會掉入原子核?怎麼解釋β衰變?
    我們都知道，原子是由原子核和電子構成，而原子核又是由質子和中子構成的。而質子是帶正電，中子不帶，這就意味著原子核其實是帶正電的。那問題就來了，原子核帶正電，而電子帶負電，根據異種電荷相吸引的原則，照理說電子應該會墜入到原子核當中才對，事實上，並沒有。那究竟是咋回事呢？
  • 不顯電性的原子和帶正、負電的離子
    原子原子是構成物質的一種微粒。它的體積很小很小，不要「妄想」用肉眼看見它，然而它是真實存在的，有物質的地方都有它:今天的午飯、高樓大廈、雲朵……都是由原子構成的。原子整體不顯電性，分為原子核(帶正電)和核外電子(帶負電)，原子核又是由帶正電的質子和不帶電的中子組成。
  • 電子帶負電,原子核帶正電,電子為什麼不會掉入原子核內?
    一個就是一般情況下電子為什麼不會進入原子核，另外一個就是電子在什麼情況下會進入原子核。電子為什麼不會進入原子核首先，我這裡指的是在正常狀態下，電子之所以不被原子核吸入。本質上是和「懶」有關。為什麼這麼說呢？
  • 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。
  • 質子帶正電,為啥質子可以結合在一起形成原子核?而不會互相排斥
    ——喬治亞·奧基夫在大尺度上，我們所能看到的宇宙是由行星、恆星、星系這樣的物質組成；在微觀尺度上，物質又是由原子核和電子，以及原子核的成分，光子和其他任何可能存在的基本粒子組成。而且我們都知道質子帶正電，那為什麼兩個（或更多）質子可以結合在一起，而不會互相排斥？
  • 電子為什麼不掉進原子核裡面
    但是同樣的問題卻沒有發生在原子內部，原子內部電子和原子核之間的萬有引力雖然微弱到可以忽略不計，但是它們之前有強大的電磁力，那為什麼電子最終卻沒有落到原子核上呢？要回答這個問題，就要從頭說起了。二、盧瑟福的實驗α粒子就是氦原子核，由兩個中子和兩個質子組成，帶正電，質量足夠大，速度足夠快，這就是探究原子核內部的子彈啊。
  • 面試真題>初中化學《原子的構成》教學設計
    盧瑟福通過實驗證明原子是由原子核和核外電子兩部分構成的。湯姆森提出棗糕式原子模型。請同學們充分發揮自己的想像力，想像一下原子核與核外電子是怎樣構成原子的?    環節二：新課講授    1.原子的結構    【展示視頻】展示帶正電荷的α粒子轟擊金箔，讓學生仔細觀察α粒子的運動軌跡是怎樣的。
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  • 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?
    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。
  • 電子為什麼沒有掉入帶正電荷的原子核?這確實是一個問題!
    電子帶負電荷，原子帶正電荷，為什麼電子不會掉入原子核中？這可能是很多朋友搞不清楚的問題！按一般意義上理解，正負電荷會互相吸引之後逐漸靠攏，並最終合為一體，無論是引力還是電磁力或者弱力與強力，都是這個結果！
  • 原子的組成:原子核、質子、中子、電子,以及什麼是同位素?
    原子是物質的基本單位。這個術語來自古希臘，「不可分割的」，這是因為人們曾經認為，原子是宇宙中最小的粒子、不能被分離。但是，現在我們知道，原子是由三個粒子組成的--質子、中子和電子，甚至還可以將它們分為更小的粒子，如夸克。
  • 15.1 兩種電荷 九年級物理全一冊電子課本(人教版,課後有筆記)
    這樣的物體叫做帶電體。自然界只有兩種電荷——被絲綢摩擦過的玻璃棒帶的電荷是正電荷（＋）；被毛皮摩擦過的橡膠棒上帶的電荷叫做負電荷（－）。電荷間的相互作用：同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引。帶電體既能吸引不帶電的輕小物體，又能吸引帶異種電荷的帶電體。電荷：電荷的多少叫做電荷量，簡稱電荷，符號是Q。電荷的單位是庫侖（C）。