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电子真的是在绕原子核转吗?

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  先来看下面这两幅图像

  是不是很熟悉,这应该是大部分人对原子内部状态的了解。如果仅仅是从了解原子构成的角度来看,这确实很形象,也便于理解和记忆。但电子真的是像行星围绕太阳一般,在一个个精确的轨道不止疲倦的进行运转吗?

  ↓↓那我们就不得不了解一下原子模型的进化史了↓↓

  道尔顿的实心球体模型

  1803年道尔顿提出,原子是一个实心球体,并且不能继续分割。并且这样的理论可以很好的解释当时已有的化学定律,将原子成功的从哲学引入到了科学。

  汤姆逊的枣糕模型

  汤姆逊通过对阴极射线的研究,成功的发现了电子的存在,认为电子是镶嵌在原子上的,而原子内部存在数量相对应的正电荷,以保证整个原子呈现电中性,而阴极射线就是电子在受到激发后飞出原子产生的。

  我们再来看卢瑟福的原子行星模型(也就是咱们最熟悉的原子模型)

  卢瑟福其实就是汤姆逊的学生,他通过“α粒子散射实验”证明了原子内部大部分都是空的,而正电荷全部集中在中心位置(也就是原子核),电子在环绕着原子核飞行(电荷之间的库仑力提供向心力,使得电子能保持圆周运动)。

  很显然,这和太阳、行星的运行很类似,所以这也被称为“原子行星模型”。

  再看看量子论的初级版解释(即玻尔首先提出的观点)

  卢瑟福的模型是有缺陷的,因为电子在作加速运动时势必释放电磁波,导致原子系统能量的下降,于是就出现两个结论:

  ①其发射的光谱应当是连续的

  ②电子最终会落到原子核上

  但这两个结论明显与实际相违背。

  为了解决这个问题,于是玻尔用量子化的思想,假设以下三个条件:

  ①原子只能处于一系列不连续的能量状态,并且在其中任一状态下,电子都不会发射或者吸收电磁波。

  ②再不同状态之间变化时,都要吸收或者释放某个频率的光子

  ③电子角动量要是某个常数(约化普朗克常量)的整倍数

  在此基础上,玻尔对氢原子进行了分析。最后再利用经典力学的方法求出符合条件的电子轨道,发现符合实验数据。

  但我们发现,玻尔的观点不管怎么看都有些四不像的味道,完全是一个量子论和经典物理的结合体(电子依旧是在绕特定轨道进行运动),并且利用这样方法并不能对更加复杂的原子系统作出解释,但无论怎样,玻尔为后来的研究打开了思路。

  最后来看量子力学给出的电子云模型(也是目前最为接受的模型)

  原先玻尔给出的理论,对解释氢原子光谱的问题很成功,但它并不完美(无法解决复杂原子系统问题、并且对引入的假设条件没有严谨的解释)

  在用薛定谔方程对这个问题进行解答时,电子就不用在哪哪轨道这个概念了,取而代之的就是空间概率分布,它能给出电子出现在空间某点的概率,然后发现玻尔算出的各个独立轨道,都是某些状态下的概率分布最大值而已。

  简单来说,电子已经变为概率分布,我们不能说哪个时刻电子存在于空间哪点,而是我们在空间任意一点能发现电子的概率是多少。

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