Нет ли противоречия в двух представлениях об атоме водорода?







+7 +/-

Недавно был задан вопрос про электронное облако - что это такое. Интересен другой вопрос. Возьмем (в воображении, конечно) протон и электрон. То есть атом водорода. Во многих учебниках рисуют картинку: ядро, а вокруг него - "размазан" электрон, причем отчетливо видно, где он сконцентрирован больше всего, - на определенном расстоянии от ядра (так называемый Боровский радиус, 53 пм). А иногда просто рисуют эту орбиту (орбиталь) в виде окружности, отстоящей от ядра именно на это расстояние. В то же время, согласно квантовой механике, волновая функция для атома водорода (а также ее квадрат) максимальна в точке, где находится ядро! И быстро (экспоненциально) уменьшается по мере удаления от ядра. Это рисуют примерно так:

Нет ли противоречия в этих двух представлениях об атоме водорода? Ведь в этой картинке нет никаких орбиталей!

Профиль пользователя IeleroL Спросил: IeleroL  (рейтинг 11086) Категория: наука и техника

Ответов: 5

2 +/-
Лучший ответ

Противоречие в том, что приведенная Вами картинка отображает плотность вероятности нахождения электрона (1s электрона) вблизи ядра, а приведенное описание - отображает вероятность (если так можно выразиться, интегральную вероятность) нахождения электрона на определенном расстоянии от ядра. Т. е. интегральная вероятность получается умножением плотности вероятности на объем слоя, отстоящего на определенном расстоянии от ядра. Грубо я представляю это себе так: представим себе шар в виде "русской матрешки", или наоборот, "русскую матрешку" в форме шара, состоящую из очень большого числа слоев. Слои сделаны из материала различной плотности, внутренние из материала с высокой плотностью (урана, золота, свинца), а чем ближе кнаружи, тем из менее плотного материала, а самые наружные из поролона или из "сладкой ваты". Но, поскольку наружные слои имеют большую поверхность, а значит, при одинаковой толщине больший объем, то масса наружных слоев сначала увеличивается достигает максимума, а затем из-за снижения плотности начинает уменьшаться. Таким образом, наиболее тяжелыми (в интегральном смысле) оказываются не самые внутренние и не наружные слои, а какие-то промежуточные, как раз в области пресловутой Боровской орбиты.

Ответил на вопрос: Angloman  
1 +/-

Наконец-то получен правильный ответ от Рафаила. Пояснить его можно так. На рисунке видны кольца, они нарисованы для удобства объяснения. Это плоское изображение, но и его достаточно. Если двигаться от ядра по радиусу, электронная плотность будет убывать. Но если посчитать число "точек" в каждом кольце, то получим максимум. В центре точки расположены наиболее густо, но площадь центральных колец мала, так что точек в них немного. Чем дальше от ядра, тем точки расположены реже, но площадь кольца пропорциональна квадрату расстояния. Поэтому число точек растет (квадрат вначале растет быстрее, чем спадает экспонента). То есть вероятность найти электрон в данном шаровом слое вначале растет, потом достигает максимума и затем довольно быстро убывает. Этот максимум для атома водорода и соответствует первой боровской орбитали. То есть на этом расстоянии от ядра максимальная вероятность найти электрон во всем шаровом слое, а не в точке, расположенной на этом же расстоянии от ядра.

Ответил на вопрос: Sutton  
1 +/-

Нет никакого противоречия. При решении уравнения Шрёдингера для электрона в кулоновском поле, используются три квантовых числа,I — квантовое число полного момента количества движения , м — «магнитное» квантовое число и n - главное квантовое число , которое может меняться от l+1 до ?. Энергия состояния зависит только от n. Так вот состояние, которое Вы описали, характерно для м-0,i-0,n-1 ( самое низко энергетическое S состояние атома водорода), а вот для i-0,n-2 - как раз максимум волновой функции соответствует боровской орбите. Далее выскажу только свое понимание: i-0 - электрон просто " натянут" на протон и " вывернут" наизнанку, ЭМ поле протона и электрона объединены, i-1( состояние p) - электрон частично свободен и уже движется как самостоятельная частица

Ответил на вопрос: Manufacture   
0 +/-

Поппытаюсь теперь я ответить на Ваш вопрос. Как мне кажется Вы несколько уплощили картинку, т. е. сделали из трехмерного объекта двумерную рартинку и разглядывая ее можено и впрямь подумать, что электрон должен быть вероятнее всего в протоне ( который кстати сам тоже является волновой функцией и тоже не имеет конкретных координат а размазан по некоторому объему), но если теперь вернуться к трехмерности электрон вероятней всего окажется либо за либо перед протоном, но в проеции будет такая чернота в центре как на приведенной картинке

Ответил на вопрос: FamilyM 
0 +/-

Верно.

Все это похоже на какие-то выдумки.

Вот есть неплохая версия профессора Рыбникова. Посмотрите, не пожалеете. Он подробно описывает элементарное строение вещества, и практически все основы науки. В его лекциях есть доля правды.

Ответил на вопрос: Hangtag  

Похожие вопросы

Спросил
3 Отв.
Почему 2 магнита с одной стороны слипаются, а с другой отталкиваются?
Ответ: На поставленный вопрос невозможно ответить с точки зрения и классической физики, и человеческого опыта. Механизм этого явления (взаимодействие магнитных полей) нельзя объяснить с точки зрения совреме ... Читать далее...
Автор вопроса: Anils, в категории |
Спросил Anils
3 Отв.
Какое соединение проводников называют последовательным?
Ответ: Любой электрический элемент, будь то сопротивления, индуктивность , или ёмкость имеют в геометрическом и электрическом понимании начало и конец. Началом принимается точка с меньшим напряжением(допусти ... Читать далее...
Автор вопроса: Polyphonia, в категории | | |
Спросил Polyphonia
2 Отв.
Можно ли выучить физику за девять месяцев?
Ответ: Всю физику одному человеку нельзя выучить (познать) даже за всю жизнь, и, если бы это было возможно, даже за 100 жизней. Но тот кусочек физики, который изучают в школе, за 9 месяцев выучить вполне мо ... Читать далее...
Автор вопроса: Marlings, в категории |
Спросил Marlings
2 Отв.
Что означает слово «магнитуда», чем не подходит «сила землетрясения»?
Ответ: Магнит тут, и правда, ни при чем. Латинское magnitudo — крупность, величие, значительность. Но не силу. Т. е., магнитуда характеризует энергию, выделившуюся при землетрясении в виде сейсмических вол ... Читать далее...
Автор вопроса: Parison, в категории | | | | |
Спросил Parison
1 Отв.
Чему равна цена деления шкалы динамометра?
Ответ: Цена деления измерительного прибора ( динамометр является таковым ) вычисляется следующим образом: берем два соседних деления, обозначенных числами и находим их разницу. Эту разницу делим на количест ... Читать далее...
Автор вопроса: Sihem, в категории |
Спросил Sihem
1 Отв.
При каких условиях в проводнике возникает индукционный ток?
Ответ: При условии, что меняется магнитный поток, пронизыващий образованный проводником контур (закон индукции Фарадея). ... Читать далее...
Автор вопроса: Pension, в категории | | |
Спросил Pension
1 Отв.
Чем опасно излучение Вавилова-Черенкова?
Ответ: Излучение Вавилова — Черенкова само пе себе опасность представляет ровно такую же как и свечение обычной лампы накаливания. Излучение Вавилова — Черенкова — это свечение, которое вызывается в прозра ... Читать далее...
Автор вопроса: Danielle, в категории | | | | |
Спросил Danielle
2 Отв.
Как определить поправку на прицеливание при стрельбе по мишени?
Ответ: Вы так и не хотите чётко формулировать задачи. Во-первых, винтовка не точка. И расстояние "от винтовки" неопределённое. Наверное нужно было сказать более определённо "расстояние от выходного конца ст ... Читать далее...
Автор вопроса: Chronon, в категории | |