¿Por qué no puede existir un electrón dentro del núcleo?

El principio de incertidumbre de Heisenberg basado en la física cuántica explica una serie de hechos que la física clásica no podría explicar. Una de las aplicaciones es demostrar que el electrón no puede existir dentro del núcleo. Es como sigue: –

Inexistencia de electrones en el núcleo.

En este artículo, demostraremos que los electrones no pueden existir dentro del núcleo.

Pero para probarlo, supongamos que existen electrones en el núcleo. Como el radio del núcleo en aproximadamente 10-14m. Si el electrón va a existir dentro del núcleo, entonces la incertidumbre en la posición del electrón está dada por

∆x = 10-14 m

Según el principio de incertidumbre,

∆x∆p = h / 2 * pi

Así, ∆p = h / 2 * pi * ∆x

O ∆p = 6.62 x10-34 / 2 x 3.14 x 10-14

O ∆p = 1.05 x 10-20 kg m / seg

Si esto es p la incertidumbre en el momento del electrón, entonces el momento del electrón debería ser al menos de este orden, es decir p = 1.05 * 10-20 kg m / seg.

Un electrón que tiene este impulso tan elevado debe tener una velocidad comparable a la velocidad de la luz. Por lo tanto, su energía debe calcularse mediante la siguiente fórmula relativista

Por lo tanto, si el electrón existe en el núcleo, debería tener una energía del orden de 19,6 MeV. Sin embargo, se observa que las partículas beta (electrones) expulsadas del núcleo durante la descomposición b tienen energías de aproximadamente 3 Me V, que es bastante diferente del valor calculado de 19,6 MeV. La segunda razón por la que el electrón no puede existir dentro del núcleo es que los resultados experimentales muestran que ningún electrón o partícula en el átomo posee energía mayor que 4 MeV.

Por lo tanto, se confirma que los electrones no existen dentro del núcleo.

El electrón puede existir dentro de un núcleo. Simplemente no puede permanecer allí todo el tiempo como un electrón libre porque tendría que irradiar su energía orbital, y no puede hacerlo porque no tiene un nivel de energía estable. Esencialmente, la ecuación de Schrödinger resuelve dos grados de libertad, y el estado 1 pone la mitad de un cuanto de acción en el movimiento radial y angular. No puede irradiar sin perder / cambiar una acción cuántica, por lo que no puede hacer eso. Si tuviera suficiente energía, podría convertir un protón en un neutrón, pero generalmente no tiene suficiente energía. (La captura de electrones es posible con algunos núcleos bastante inestables). Por lo tanto, el electrón puede ingresar al núcleo, pero generalmente sale de nuevo muy rápidamente.

Noté que muchas respuestas indican pruebas de que el electrón no puede existir dentro del núcleo. Sin embargo, todas estas pruebas se basan en la premisa de que el electrón es estacionario, se sienta dentro del núcleo y, por lo tanto, entra en juego Heisenberg porque si conocemos la posición de los electrones de manera tan precisa como para poder ubicarlo dentro del núcleo, entonces la incertidumbre en el La energía debe ser increíblemente alta. Sin embargo, todas estas pruebas no abordan la cuestión por completo. Entonces, no puede simplemente sentarse allí, sino ¿está totalmente excluido del núcleo? No. La mecánica cuántica relativista muestra claramente que la probabilidad de encontrar el electrón realmente en el núcleo, incluso por un instante, es muy muy pequeña pero definitivamente no es cero. Por lo tanto, nuestra suposición clásica de que el electrón no existe dentro del núcleo es una buena suposición en cuanto a la precisión de cualquier cálculo de QM que podamos realizar, pero desde un punto de vista estrictamente filosófico, está mal. La estenosis contra el ingreso al núcleo no es absoluta. Es solo una muy buena aproximación.

Los electrones orbitales NO EXISTEN dentro del núcleo. La física cuántica nos dice por qué. Un electrón existe dentro de un átomo solo cuando y donde lo permite su energía. La energía cuántica de un electrón dentro del átomo le impide existir en él. Algunos dicen que la probabilidad de que un electrón exista en un núcleo es cero. Algunos dicen que no, no lo es. Hay una probabilidad de que exista un electrón en el núcleo, pero su vida útil es MENOS de 1 E -19 segundos. Este tiempo es demasiado corto para que cualquiera pueda OBSERVARLO en el núcleo, al menos con la tecnología actual. La regla cuántica para los eventos es: si no se observa, no sucedió. Como no se puede observar en el núcleo (al menos todavía no), nunca existieron en él.

Se han realizado experimentos que intentaron bombardear un núcleo con electrones para introducir uno de ellos. Pero el éxito de tales intentos fue negado por la regla cuántica.

Sin embargo, hay electrones en el núcleo, porque nacieron allí. Pero tan pronto como nacen, dejan el nido, por así decirlo. Llamamos a estos electrones partículas Beta + y Beta -, porque nacen dentro del núcleo como resultado de la descomposición de neutrones. Pero se van, bastante rápido ante eso.

La no existencia de electrones dentro del núcleo puede explicarse utilizando el concepto del principio de incertidumbre de Heisenberg.

La base básica de este principio es que la posición y el momento de una partícula no pueden medirse simultáneamente con una precisión arbitrariamente alta. Hay un mínimo para el producto de las incertidumbres de estas dos mediciones.

Esto arroja luz sobre el hecho de que la medición de estos dos parámetros siempre va acompañada de una cierta incertidumbre. Y esto incluso vale para la energía y el tiempo como tal.

Entonces, si saltamos a la pregunta real, es muy imposible acomodar electrones dentro de un núcleo, y esto se puede probar teóricamente utilizando el principio de incertidumbre de Heisenberg.

El radio atómico de cualquier núcleo considerado es (10 ^ -15) metros. Por lo tanto, para que un electrón esté dentro de un núcleo, se supone que tiene una incertidumbre máxima de (10 ^ -15) metro en posición.

Sabemos que la masa de un electrón es 9.1 * 10 ^ (- 31) Kg. Ahora si seguimos adelante sustituyendo todos los parámetros conocidos y terminamos encontrando la velocidad, obtenemos un valor igual a 5.77 * 10 ^ (10 ) m / s, que es más alta que la velocidad habitual de la luz (3 * 10 ^ 8 m / s).

Por lo tanto, es muy imposible que exista un electrón dentro de un núcleo.

¡¡¡Espero eso ayude!!!

Probablemente viste algunas imágenes de los niveles de energía de los electrones alrededor de un núcleo, y pensaste que los electrones van en “órbitas” alrededor del núcleo, ¿no? Bueno, estás malentendido. El electrón PUEDE y de hecho ingresa al núcleo .

En primer lugar, por lo general, las líneas que indican los niveles de energía no son “órbitas” precisas, sino simplemente la distancia promedio de un electrón a un nivel de energía dado desde el núcleo. Tenga en cuenta que la dinámica del electrón para cada nivel de energía viene dada por la función de onda del nivel de energía (que se encuentra al resolver la ecuación de Schrodinger), y todas estas funciones de onda se difuminan a través del espacio.

En segundo lugar, los electrones pueden estar “justo en el núcleo”. Resolver la ecuación de Schrodinger para un electrón en un potencial de culombio producirá un modelo simple pero extremadamente preciso del átomo de hidrógeno (y otros átomos “hidrogénicos” como este). Allí, la función de onda del estado fundamental (es decir, la función de onda correspondiente a la energía más baja que puede tener un electrón) de hecho tiene un “pico” justo en el centro del átomo, es decir, en el núcleo. Por lo tanto, en este modelo, y de hecho en la vida real también para todos los efectos, es muy posible que el electrón esté dentro del núcleo.

Porque es ‘capturado’ por un par Protón-Neutrón, y luego rápidamente reemitido en la Nube de Electrones Heisenberg.

La teoría dice que dentro de cualquier núcleo estable, no radioactivo, que no sea hidrógeno, que contenga neutrones, que el (los) neutrón (es) real (s) dentro del emparejamiento de protón-neutrón es más estable que un neutrón suelto que se ha demostrado que se descompone en los siguientes partículas: protón, electrón, neutrino y un fotón, en aproximadamente 20 minutos. Las únicas cosas que hacen que los electrones se alejen o se acerquen al núcleo son la absorción y emisión de fotones de diferentes ‘longitudes de onda’, todo de una manera muy heisenbergiana, según algunas de las otras explicaciones publicadas para esta pregunta.

Los neutrones pueden reformarse fuera de una estrella. Y cuando un físico de HEP dice en una reunión de físicos de HEP: “Al menos todavía tenemos tres …”, supuse que no estaba incluyendo el fotón, entonces tal vez en lugar de carga fraccionaria, se dice que los “quarks” forman la mayoría de las otras partículas. , incluidos los protones y los neutrones, no son necesarios, y dado que los electrones, los positrones y los neutrinos son todos partículas de tamaño ‘quark’ o del tamaño de un punto del mismo tamaño que los quarks, tal vez los electrones, positrones, neutrinos y el fotón ocasional, son todos que son necesarios para hacer un ‘Protón’ o un ‘Neutrón’, además de algunas funciones de geometría incorporadas. Tal vez, en lugar de la ‘Fuerza Fuerte’ que une un protón a un neutrón dentro del núcleo, tal vez se comparte un electrón entre un par de “neutrones de desintegración ultrarrápida” mientras el otro se expulsa a cierta distancia, solo para regresar por atracción electrostática y ser capturado y atado, mientras que al mismo tiempo se expulsa el otro electrón, a una distancia aleatoria, que luego vuelve a bajar, para repetir el proceso.

Se necesitan 2 electrones para formar una ‘capa estable de entrelazamiento de nubes’, razón por la cual el gas de hidrógeno siempre consiste en dos átomos de hidrógeno, y Él es simplemente Nobel, y puede existir fácilmente como un átomo singular. El resto es química.

Sobre la base del principio de incertidumbre de Heisenberg, se puede demostrar por qué el electrón no puede existir dentro del núcleo atómico.

El principio de incertidumbre de Heisenberg ha descrito que,

El diámetro del núcleo atómico = 10-15 m,

Entonces, si los electrones tienen que estar en el núcleo, deben tener una incertidumbre máxima en la posición como, Δx = 10-15 m

Ahora, tomando la masa del electrón como, m = 9.1 x 10-31 kg, la incertidumbre mínima en la velocidad podría determinarse como:

Δx. Δp = h / 4π

o, Δx. mΔv = h / 4π

o Δv = h / (4π. Δx. m)

Poniendo todos los valores de las constantes,

Δv = (6.6 x 10-34 kg m2 / s) / (4 x 3.14 x 10-15 m x9.1 x10-31 kg)

=> Δv = 5,77 x 1010 m / s

Aquí, vemos que la velocidad es mucho más alta que la velocidad habitual de la luz como 3 x 108 m / s, lo que no es posible tener en los electrones y, por lo tanto, no es posible la existencia de electrones en el núcleo.

En palabras muy simples, centrándose en el concepto general.

La incertidumbre principal se da como masa multiplicada velocidad delta (momento) multiplicado posición delta o distancia aproximadamente igual a h. Donde h es plancks constante.

Cuando pones el diámetro del núcleo en él, entonces la velocidad o velocidad de la ecuación se vuelve mayor que la de la velocidad de la luz, lo cual está en contra de la teoría de la relatividad. Lo que dice que nadie puede alcanzar la velocidad de la luz.

Pero cuando pones el diámetro del átomo en la fórmula, entonces la velocidad es menor que la velocidad de la luz, lo que favorece la teoría de la relatividad.

Por eso decimos que la elección reside en el átomo, no en el núcleo.

Aquí en la imagen, solo te guiaré, y deberías poner los valores por ti mismo.

Esta es una buena pregunta y a menudo tenemos dudas al respecto. Te lo explicaré de la manera más fácil.

(1) TAMAÑO NUCLEAR: típicamente los núcleos tienen menos de 1 metro de Fermi (≈10-¹⁴m aproximadamente) en radio. Si existe un electrón dentro de un núcleo, la incertidumbre en su posición (∆x) no puede exceder los 10 ¹⁴m . Según el principio de incertidumbre de Hinsenberg, la incertidumbre en el momento electrónico es

∆p ≥ (h / 2π) / ∆x

Poniendo el valor de la constante que obtenemos

∆p ≥ 1.054 × 10 -³⁴ / 10-¹⁴

Resolviendo obtenemos ∆p ≥ 1.1 × 10 ^ -20 kg ms-¹

Si esta es la incertidumbre en el momento del electrón, el momento mismo debe ser al menos comparable en magnitud.

•: momento aproximado del electrón = p = 1.1 × 10 ^ -20 kg ms-¹. Un electrón cuyo momento es 1.1 × 10 ^ -20 kg ms-¹ tiene un KE ( T) muchas veces mayor que su energía de reposo m’c² .ie T »m’c². Por lo tanto, podemos usar la fórmula relativista extrema.

T = (1.1 × 10 ^ -20) × (3 × 10 ^ 8) = 3.3 × 10 -¹² J

O 20,63 Mev

Esto muestra que si existe un electrón en el núcleo, la KE del electrón debe ser superior a 20 Mev . Nunca se encuentra que se emitan electrones de energía tan grande durante la desintegración beta. La energía máxima de una partícula beta emitida es de solo 2 a 3 Mev, por lo tanto, podemos concluir que el electrón no puede estar presente dentro de los núcleos.

(2) GIRO NUCLEAR: El electrón y el protón tienen un giro de 1/2. Este grupo con un número par de protones y electrones debería tener espines integrales, mientras que aquellos con un número impar de protones y electrones deberían tener espines medio integrales. Consideremos deutron como un ejemplo. El núcleo de Deutron tiene 3 partículas (dos protones y un electrón). Por lo tanto, el giro nuclear del deutrón debería ser 1/2 o 3/2. Pero el resultado experimental muestra que el giro del detrón es 1. Por lo tanto, el resultado experimental está en contradicción con la hipótesis. Entonces puede ser la segunda razón

(3) MOMENTO MAGNÉTICO: el protón y el electrón están dotados de propiedades magnéticas. El momento magnético de un electrón es aproximadamente mil veces el de un protón. Si el electrón existe dentro del núcleo, el momento magnético del electrón tendrá una influencia dominante y, por lo tanto, el momento magnético nuclear debería ser del mismo orden de magnitud que el del electrón. Sin embargo, el momento magnético observado de los núcleos es comparable con el del protón. Este es un hecho experimental que va en contra de los electrones existentes dentro del núcleo.

Debido a estas razones, se concluye que el electrón no puede existir en el núcleo.

En resumen, debido al Principio de incertidumbre de Hesienberg, que establece que la posición y el momento de una partícula no se pueden medir con precisión simultáneamente.

Por lo tanto, si la incertidumbre en la posición disminuye, eso aumenta en el momento y viceversa.

Si los electrones están en el núcleo, sabremos su posición con precisión, lo que hará que tengan una gran incertidumbre en el momento, es decir, tendrán una gran energía cinética. Con esta energía escaparán del núcleo.

Realmente hacen un compromiso , se dejan un pequeño espacio para esta incertidumbre y se mueven con una cierta cantidad de movimiento de acuerdo con esta regla.

No tenemos idea de dónde están y qué tan rápido se están moviendo, por lo que deben estar moviéndose allí dentro del átomo. Solo podemos predecir la probabilidad de encontrarlos en algún espacio dado en el átomo.

La teoría de la oscilación cuántica dice que todo Quantum, Proton, Electron, Photon, etc., es un bulto de energía que está haciendo aparecer y desaparecer miles de millones de oscilaciones por segundo en nuestro espacio 3D, como la pantalla LCD de la computadora.

En Nucleus, una especie de estructura piramidal de protones, los electrones omiten la oscilación de aparición-desaparición entre protones, formando neutrones un protón por otro. Este movimiento de salto genera la fuerza fuerte del núcleo y la fuerza débil de la unión de protones y electrones. El Quantum no existe continuamente en este espacio 3D, pero la energía oscilante se acumula como un holoscopio.

Cuando Quantum oscila en un lugar, la onda de energía se propaga alrededor del Quantum. La siguiente ubicación de Quantum que aparece está definida por la armonía energética del campo, el tipo de resonancia del campo energético y la onda cuántica.

Este nuevo concepto de Quantum también nos da la respuesta de por qué Quantum tiene caracteres duales como Particle y Wave.

Puede , y lo hace (algunas veces). Ver la interacción de contacto de Fermi.

Pueden y lo hacen, un poco.

Un electrón no es un pequeño objeto parecido a un guisante que existe en un lugar. Es una nube distribuida de probabilidad, en la cual puede interactuar en cualquier punto. Cuanto más fuerte es la fuerza que lo empuja, más pequeña es esa nube. Pero incluso con el más pesado de los átomos, la nube que representa dónde podría estar el electrón es mucho más grande que el núcleo. Para los electrones más internos, no es cero en el núcleo. De hecho, es más alto que en cualquier otro lugar. Pero, debido a que el núcleo es pequeño, la probabilidad de interacción allí es pequeña. Pero tiene que estar allí para que la captura de electrones sea posible.

La razón de esto tiene que ver con el principio de incertidumbre.

El electrón es una partícula subatómica y es extremadamente ligero (masa de electrones, [matemática] m_e = 9.10938356 \ veces 10 ^ {- 31} [/ matemática] kg) en comparación con las otras partículas subatómicas en el núcleo (protón y neutrón).

El principio de incertidumbre tiene una relación muy importante con una partícula subatómica como el electrón. Le dice que cuanto más intente juntar electrones en un espacio pequeño (reduciendo así la incertidumbre de posición), más incierto será su impulso.

El núcleo de un átomo tiene aproximadamente el tamaño [matemático] \ sim 10 ^ {- 15} [/ matemático] mo 1 fm (que es una cuadrillonésima parte de un metro), por lo que tratar de confinar electrones dentro de una posición de incertidumbre de 1 fm dará una incertidumbre de impulso [matemática] \ sim 10 ^ {- 19} [/ matemática] kg m / s.

Lo cual no es fácilmente apreciable, así que calculemos la incertidumbre de la velocidad, que, debido a que el electrón es tan extremadamente ligero , se trata de:

[matemáticas] \ Delta v = \ frac {\ hbar} {2 \ veces \ Delta x \ veces m_e} \ aprox 10 ^ {11} [/ matemáticas] m / s

¡Cuál es mayor que la velocidad de la luz en el espacio libre, en tres órdenes de magnitud!

No es de extrañar que no pueda exprimir electrones dentro del núcleo. Está fundamentalmente limitado por el principio de incertidumbre.

supongamos que existe un eletron en nuclie.

Radio del átomo = 1 armstrong {nota: tome todos los valores en metros.}

Rxadius de nuclie = 1 fermi

La incertidumbre en la posición del electrón = + r o -r significa que la posición es + 1fermi o -1 fermi.

x * p> = h / 4pi [utilizando la incertidumbre de Hesinburg princpal]

esta ecuación furthur resolver se obtiene

x * v> = h / 4 * m * pi

luego

V> = H / 4 * m * pi * x [aquí m = masa de un electrón]

pon todos los valores para obtener el valor de la velocidad de un electrón mayor que la velocidad de la luz de acuerdo con la teoría de la relatividad einstien esto no es posible por lo que un electrón no puede existir en el núcleo …

Gracias.

Sobre la base del principio de incertidumbre de Heisenberg, se puede demostrar por qué el electrón no puede existir dentro del núcleo atómico.

El radio del núcleo atómico es del orden de 10 ^ -15 m.

Ahora, si el electrón existiera dentro del núcleo, entonces la incertidumbre máxima en su posición habría sido 10 ^ -15 m.

Al poner los valores mencionados anteriormente, ∆v resultará ser un valor mayor que incluso la velocidad de la luz, lo que no es posible.

Por lo tanto, un electrón no puede existir en el núcleo.

Según el principio de incertidumbre de Heisenberg, ∆x * ∆v debe ser mayor o igual que h / 4πm. Si se supone que el electrón está dentro del núcleo, ∆x es del orden del diámetro nuclear (10 ^ -15 m). Si calcula ∆v sustituyendo la constante de Planck (6.6 × 10 ^ -34 Joule-seg) y la masa de electrones (9.1 × 10 ^ -31 Kg), saldrá mayor que la velocidad de la luz (3 × 10 ^ 8m) / s), que no está permitido por la teoría especial de la relatividad de Einstein. Entonces, el electrón se compromete al permanecer fuera del núcleo sin violar el principio de incertidumbre y la relatividad especial al mismo tiempo. Por otro lado, aprovechando su mayor masa (1837 veces la masa del electrón), el protón y el neutrón logran permanecer dentro del núcleo ya que la incertidumbre en su velocidad no rompe el límite de velocidad final.

Seamos claros acerca de las definiciones:

Según lo descrito por Nik Gourianov, un electrón “orbital” tiene una probabilidad finita de ser detectado en el núcleo, pero solo si puede encontrar una manera de detectarlo allí.

Sin embargo, como han dicho los hombres del principio de incertidumbre, no puede limitarse al núcleo.

Sin embargo, esta restricción solo se aplica a los electrones “libres” u orbitales. Los electrones que de parte de otra partícula pueden estar (y están) confinados al núcleo. en este sentido, de hecho, hay electrones confinados al núcleo, ya que los constituyentes de un neutrón incluyen todos los constituyentes de un electrón. Podemos ver la evidencia de este efecto en la emisión de electrones de alta energía de muchas sustancias radiactivas.