¿Por qué la energía de un electrón es negativa en un átomo?

Hola.

Déjame explicarte de la manera más simple.

Para un sistema de dos objetos,

* Si se repelen entre sí cuando los mueves uno hacia el otro, eso significa que se necesita trabajo para hacer esto, y la energía potencial es positiva.

* Si se atraen entre sí cuando los mueves uno hacia el otro, la energía potencial del sistema de dos objetos continúa disminuyendo.

* La energía potencial de un sistema de dos objetos cargados en una orientación particular se define como el trabajo realizado por un agente externo para llevar el segundo cuerpo desde el infinito al punto deseado en presencia del campo creado por el primer cuerpo. Ahora piense que el primer cuerpo sea núcleo y el segundo cuerpo sea electrón. Ahora, para encontrar la energía potencial, de acuerdo con la definición de energía potencial que acabo de decir, necesitamos ser el electrón desde el infinito a cualquier ubicación deseada, digamos a una distancia de “x” desde el núcleo. Como tenemos que llevar el electrón desde el infinito, eso significa que inicialmente el electrón está infinitamente lejos del núcleo y, por lo tanto, con potencial cero.

Energía potencial del electrón:

* Cuando llevamos el electrón hacia el núcleo, por supuesto, se atraerán entre sí y, como se dijo anteriormente, si dos objetos se atraen, la energía potencial del sistema sigue disminuyendo. Entonces, a medida que movemos el electrón hacia el núcleo, la energía sigue disminuyendo.

Nota: inicialmente, ya que los electrones y el núcleo estaban a una distancia infinita uno del otro, por lo tanto, inicialmente a cero potencial y cualquier disminución adicional en la energía potencial implica energía potencial negativa.

Entonces, la energía potencial del electrón es negativa dentro de cualquier átomo.

Energía cinética del electrón:

* El electrón también tiene energía cinética. La energía cinética nunca puede ser negativa (porque en la expresión KE tenemos un cuadrado de velocidad que siempre es positivo) y es de menor magnitud que la energía potencial.

Energía total de electrones:

* Entonces, la energía total, es decir, la energía cinética + energía potencial es negativa.

Espero que esto ayude.
Tenga un buen día.
¡Gracias!

Todo se remonta a Michael Faraday.

Descubrió la carga y se dio cuenta de la importancia de este descubrimiento. También sabía que tenía una dualidad para la carga positiva que podía considerarse como el vector opuesto a la carga negativa. Faraday no tenía idea de cuál de esos dos tipos de carga sería poseído por un electrón. Sin embargo, en sus estudios sobre electricidad, Faraday ya había asignado la carga de un electrodo catódico como negativa y la asignó arbitrariamente. Entonces, por defecto, asignó el signo de carga negativa al electrón.

Se dice que la energía del electrón libre es cero, por lo que un electrón libre es el más estable. Cuando tenemos energía negativa, significa que hay algún tipo de atracción.

Qué es energía ? ¡es la capacidad de hacer trabajo! o la cantidad de trabajo realizado por una fuente externa para desplazar el cuerpo desde el infinito hasta ese punto.

cuando haya una fuerza atractiva, entonces no habría necesidad de una fuerza externa para hacer el trabajo con el fin de llevarlo a ese punto, ya que sucederá por sí solo, en lugar de una fuerza en dirección opuesta al desplazamiento, se necesitaría frenarlo y no aumentar su energía cinética … así que una energía negativa

para resumir, cuando hay atracción en un sistema, hay una riqueza negativa asociada (como la energía potencial gravitacional)

no dude en publicar su respuesta para que pueda aclarar su duda con mayor profundidad.

¡Saludos!

El arbitrario (como en, lo definimos así) cero de energía es cuando las dos partículas están infinitamente separadas. El electrón y el núcleo no interactúan y, por lo tanto, tienen energía cero (de interacción). A medida que el electrón se acerca y comienza a sentir la fuerza de atracción del núcleo, puede disminuir su energía (de alguna manera, por ejemplo, de forma radiactiva) para unirse al núcleo. Piensa en un imán de nevera. Cuando el imán está lejos del refrigerador, es solo un objeto pequeño, pero muévelo cerca del refrigerador y hace clic sobre la superficie de metal. Para quitarlo, debes sacarlo del metal. Tienes que darle energía (fuerza x distancia = energía). Para extraer un electrón de un núcleo, debes darle energía. Una vez que le ha dado energía, vuelve al estado arbitrario que llamamos energía cero. Entonces, en comparación con nuestro cero arbitrario, cuando estaba unido al núcleo, tenía menos energía que cero.

Porque es un estado encuadernado. De hecho es una cuestión de elección. La energía total es la suma de la energía potencial y la energía cinética (desde el punto de vista clásico). La energía potencial de un objeto significa la cantidad de trabajo que tiene que hacer para llevar ese objeto a su posición en un campo de fuerza. Y ese es el camino integral de esa fuerza, que conduce a una constante integración arbitraria.

Por ejemplo, la energía gravitacional de una nave espacial cerca de la Tierra es la integral de la fuerza gravitacional ([matemáticas] Fg = G Mm / r ^ 2 [/ matemáticas]). Esta integral es [matemática] Por ejemplo, [/ matemática] = [matemática] -GMm / r + C. [/ math] Ahora, ¿cuál es la elección de C? En física, elegimos poner Eg = 0 en el infinito. Esto tiene la consecuencia de que Eg es negativo y se vuelve más negativo más cerca de la Tierra. Cuando un satélite orbita la Tierra en un círculo, su energía cinética Ek es positiva y tiene un valor de 1/2 de Eg. Su energía total es [matemática] -1 / 2Eg [/ matemática] y es negativa: un estado unido. Si quieres escapar del campo gravitacional de la Tierra, tu Ek debe ser igual a Eg. En ese caso, cuando te alejas, Ek va gradualmente a cero, pero también lo hace el crecimiento Eg. En el infinito ambos son 0.

Volviendo al electrón. Si desea eliminarlo del núcleo de atracción (ionizando el átomo), debe ponerle energía. Si establecemos la energía total al final en 0, la energía inicial tenía que ser negativa.

Cuando un electrón está a una distancia infinita del núcleo … su energía se convierte en cero.

Cuando el electrón se acerca al núcleo, la energía se convierte en menos de cero significa negativo debido a la fuerza de atracción entre el núcleo.

Un electrón es una partícula cargada negativamente que gira alrededor del núcleo debido a la fuerza neta de atracción sobre él. Por lo tanto, si necesitamos llevar lentamente el electrón hacia el núcleo, es necesario trabajar contra esta fuerza atractiva. Esta fuerza atractiva hace un trabajo positivo en el electrón y dado que esta fuerza es interna al núcleo del sistema de electrones, el cambio en la energía potencial del sistema es negativo y decimos por conveniencia que la energía de los electrones es negativa.