¿Por qué los electrones no caen en el núcleo de un átomo?

Se propuso que la fuerza centrífuga del electrón giratorio equilibra exactamente la fuerza de atracción del núcleo, basada en el modelo del átomo de Rutherford, que consideraba a los electrones que orbitan alrededor del núcleo de forma análoga a la revolución de los planetas en nuestro sistema solar.

Sin embargo, un electrón, a diferencia de un planeta o un satélite, tiene carga eléctrica, y se sabe que una carga eléctrica que experimenta aceleración emitirá radiación electromagnética, perdiendo energía en el proceso. Un electrón giratorio transformaría el átomo en una estación de radio en miniatura, cuya producción de energía sería a costa de la energía potencial del electrón; Según la mecánica clásica, el electrón simplemente iría en espiral hacia el núcleo y el átomo colapsaría.

Aquí es donde la teoría cuántica entró en escena. Según la teoría, un objeto pequeño como el electrón no puede tratarse como una partícula clásica que tiene una posición y velocidad definidas. Lo mejor que podemos hacer es especificar la probabilidad de que se manifieste en cualquier punto del espacio. Claramente, es más probable encontrar el electrón cuanto más nos acercamos al núcleo. Observe cómo la idea de que un electrón es una bola de carga cargada [matemática] -e [/ matemática], fue reemplazada por ser una nube de la misma carga, y su existencia se define por la función de densidad de probabilidad, en lugar de la ubicación física en la órbita

Como saben, la energía potencial de un electrón se vuelve más negativa a medida que avanza hacia el campo atractivo del núcleo; de hecho, se acerca al infinito negativo. Sin embargo, debido a que la energía total permanece constante, la pérdida de energía potencial se compensa con un aumento en la energía cinética del electrón que determina su momento y su velocidad efectiva.

Entonces, a medida que el electrón se acerca al pequeño volumen de espacio ocupado por el núcleo, su energía potencial desciende hacia el infinito negativo y su energía cinética se dispara hacia el infinito positivo. Esta “batalla de los infinitos” no puede ser ganada por ninguna de las partes, por lo que se llega a un compromiso en el que la teoría nos dice que la caída en la energía potencial es solo el doble de la energía cinética, y el electrón baila a una distancia promedio que corresponde al Bohr radio.

Sin embargo, el principio de incertidumbre de Heißenberg causa un pequeño problema aquí. El principio de Heisenberg dice que la ubicación o el momento de una partícula cuántica como el electrón pueden conocerse con la precisión deseada, pero a medida que una de estas cantidades se especifica con mayor precisión, el valor de la otra se vuelve cada vez más indeterminado. Es importante comprender que esto no es simplemente una cuestión de dificultad de observación, sino más bien una propiedad fundamental de la naturaleza.

Lo que esto significa es que dentro de los pequeños confines del átomo, el electrón no puede considerarse realmente como una “partícula” que tiene una energía y una ubicación definidas, por lo que es algo engañoso hablar de que el electrón “cae” en el núcleo.

Sin embargo, podemos hablar sobre dónde el electrón tiene la mayor probabilidad de manifestarse, es decir, dónde se encontrará la carga negativa máxima.

Esta es solo la curva denominada “densidad de probabilidad”; su empinada subida a medida que nos acercamos al núcleo muestra inequívocamente que es muy probable que el electrón se encuentre en el pequeño elemento de volumen en el núcleo. ¡Pero espera! ¿No acabamos de decir que esto no sucede? Lo que estamos olvidando aquí es que a medida que nos alejamos del núcleo, el número de estos elementos de pequeño volumen situados a lo largo de cualquier radio aumenta muy rápidamente con [math] r [/ math], aumentando en un factor de [math] 4πr ^ 2 [/ matemáticas]. Entonces, la probabilidad de encontrar el electrón en algún lugar en un círculo de radio dado se encuentra multiplicando la densidad de probabilidad por [matemática] 4πr ^ 2 [/ matemática]. Esto produce la curva que probablemente haya visto en otros lugares, conocida como la probabilidad radial, que se muestra en el lado derecho del diagrama anterior. El pico de la probabilidad radial para el número cuántico principal [matemática] n = 1 [/ matemática] corresponde al radio de Bohr.

Para resumir, la densidad de probabilidad y las gráficas de probabilidad radial expresan dos cosas diferentes: la primera muestra la densidad de electrones en cualquier punto del átomo, mientras que la segunda, que generalmente es más útil para nosotros, nos dice la densidad de electrones relativa sumada sobre todos los puntos en un círculo de radio dado.

Referencias

• ¿Por qué el electrón no cae en el núcleo? Franklin Mason y Robert Richardson, J Chem. Ed. 1983 (40-42). Véase también el comentario sobre este artículo de Werner Luck, J Chem Ed 1985 (914).
• ¿Por qué los electrones no caen en el núcleo?

¡Espero que esto ayude!

Di una charla en mi escuela explicando esto.

El Principio de incertidumbre de Heisenberg explica por qué los electrones no caen en el núcleo de un átomo.

El principio establece especialmente que el producto de la incertidumbre de la posición y la incertidumbre del momento es mayor o igual que la constante reducida de Planck dividida por dos .

De todos modos, digamos que el electrón se ha colapsado en el núcleo.

(Esto fue predicho por la mecánica clásica. Los osciladores armónicos, en este caso, el electrón en órbita, emiten energía continuamente .

Por lo tanto, un electrón en órbita debería emitir energía, descender en su órbita del núcleo donde orbitará alrededor del núcleo más rápido y emitirá más energía.

Finalmente, el electrón colapsará en el núcleo).

Esto significa que sabemos cuál es la posición del electrón con muy poca incertidumbre .

Por lo tanto, existe mucha incertidumbre sobre el valor del momento del electrón. (Esto viene de reorganizar la desigualdad que describí anteriormente).

Si hay mucha incertidumbre, el impulso es muy, muy grande en una dirección , o muy, muy grande en la otra dirección .

Un gran impulso significa una gran velocidad y, por lo tanto, mucha energía cinética .

El electrón ahora tiene suficiente energía cinética para ser lanzado fuera del núcleo y en una órbita debido a las interacciones electromagnéticas entre ellos.

¡Por lo tanto, el electrón no colapsará!

(¡A diferencia de Schrodinger, Heisenberg era un físico leal, no sujeto a amantes!)

Digo que los electrones son objetos extremadamente pequeños y casi esféricos. Si tiene una mente simplista como la mía y observa los caminos de los electrones y otras partículas elementales y no elementales en una de las hermosas imágenes del CERN y también en todos los rastros de la cámara de nubes anteriores, solo puede concluir que las partículas son pequeñas, muévase a lo largo de las líneas y son casi esféricos-esféricos porque solo una esfera puede crear pistas tan suaves y bien definidas. También digo que los electrones orbitan el núcleo a velocidades muy altas. Vemos electrones circulando cuando existe un campo magnético, entonces, ¿por qué no circularían en un átomo si las condiciones son las correctas? … ¿Por qué todos usan órbitas cuando hablan de átomos pero también dicen que las órbitas no existen? De hecho, ¿por qué dibujar el electrón? como punto en todas las ilustraciones, y no reemplazarlo por completo con imágenes en la nube. Cuando se expulsan electrones y otras partículas, se expulsan a altas velocidades, y mientras están dentro, emiten radiación de muy alta frecuencia, que sabemos que por calor corresponde a altos grados de agitación. Muchos más hechos apuntan a lo mismo: que la alta velocidad sí existe dentro, sin duda.

Pero el hecho es que muchas personas dicen lo mismo: que el electrón no es una bola y no circula los átomos, y no se puede descartar eso. Por lo tanto, debemos preguntar por qué la gente lo dice y cuáles son las pruebas de ello. La respuesta en mi opinión tiene muchas caras. Las primeras personas tenían prisa, buscaban resultados rápidos … querían hacer un uso rápido de esta nueva ciencia del átomo, y antes que nadie … desarrollar una bomba atómica, por ejemplo, el mayor premio hasta ahora de esta ciencia . Entonces, cada vez que los investigadores encuentran algo que no se puede explicar, inventan un nuevo postulado y continúan con el buen trabajo. No hay tiempo para los métodos de análisis euclidianos aquí.

Otra razón importante es que la imagen de partículas es de hecho difícil de implementar en el caso del átomo. Usar la imagen de partículas donde la velocidad es extremadamente alta y la densidad numérica es grande no es una tarea fácil. No es fácil escribir y resolver ecuaciones para tantas unidades que interactúan … de hecho, es casi imposible, especialmente en un momento en que las computadoras eran inauditas. El problema de muchos cuerpos no se ha resuelto hasta la fecha. Al mismo tiempo, las teorías para los medios continuos demostraron un gran éxito al predecir el resultado de las interacciones físicas. Mecánica de fluidos, transferencia de calor y masa, electromagnetismo en un medio, elasticidad en sólidos y muchos más. Todo lo que necesita es definir las fuerzas, luego definir pocas constantes de material, ajustarlas para que correspondan a mediciones reales y usted tiene un modelo de trabajo preciso.

Este enfoque produjo ecuaciones de Navier-Stokes, la ecuación de difusión, las ecuaciones de Poisson y Laplace, las ecuaciones de Maxwell y la ecuación de onda, y otras. Entonces, ¿por qué no hacer lo mismo para los átomos también … y tienes la ecuación de Schrodinger, y más tarde la ecuación de Dirac. Una ventaja adicional del enfoque continuo es que las ecuaciones se refieren a una variable continua que representa las fuentes, como la carga de masa, etc., en la que puede utilizar todas las poderosas herramientas de cálculo para realizar su trabajo, sin las problemáticas singularidades de los puntos. No es fácil hacer lo mismo cuando tiene un sistema de unidades discretas. Es como la diferencia entre hacer una suma infinita de una serie o hacer lo mismo usando una integral. El éxito inmediato de las nuevas ecuaciones hizo innecesario intentar usar cualquier otro método.

Pero pierdes al negar la existencia de la imagen de partículas subyacente. Pienso mucho. Su explicación tiene que venir en forma de postulados y reglas, con la prueba de comer, por así decirlo … eso está en el acuerdo entre la teoría y el experimento … a veces comienzas a explicar las cosas simplemente negando que existieran en primer lugar . Para mí, un medio homogéneo puede propagar ondas, pero no iniciarlas, por ejemplo. Puede comenzar una ola o reflejar una ola solo si tiene una discontinuidad / límite en las propiedades del medio … la pregunta es entonces de dónde provienen estas discontinuidades si todo lo que tiene son campos y no partículas. Ahora, ¿cuáles son los argumentos que se han presentado contra la imagen de partículas? Se resumen a continuación.

1-Las órbitas se observan experimentalmente como discretas, y la mecánica clásica no puede explicar por qué. Esto no es cierto … la vibración es clásica y es discreta como sabemos. Entonces el átomo debe ser un sistema vibratorio.

2-Measurement no puede señalar una órbita estable de electrones y todo lo que ves es una nube. La razón es simple … las velocidades son muy altas, casi la velocidad de la luz, el espacio es muy pequeño (extremadamente pequeño para ser correcto) y cualquier electrón puede pasarle, al observador, millones de veces en muy poco tiempo … El resultado es una nube, por supuesto. Simplemente mire un ventilador y vea si tenía paletas o una nube que no se parece a una paleta.

3-Electrones aceleran a medida que giran, y como resultado irradian. Esto da como resultado la pérdida de velocidad y la caída hacia el átomo en poco tiempo. La respuesta es que es cierto que los electrones irradian y pierden energía, pero al mismo tiempo es cierto que ganan energía todo el tiempo. Si los dos son iguales, el electrón permanece donde está. Pero cuando no es igual, salta de un nivel a otro.

4-Los electrones se mueven como ondas, no como estar bajo un potencial de Coulomb, que es una fuerza cuadrada inversa. En confinamiento, es decir, cuando el movimiento está restringido y el número de partículas es grande, el cuadrado inverso cambia a la ley de Hook (o la ley del resorte espacial). Cuando tienes masas de resortes y un pulso externo de fuerza, seguro que tienes vibración. La razón del éxito de la ecuación de Schrodinger es que reconoce esto: que el entorno en el átomo es vibratorio y comienza la formulación a partir de ahí. Utiliza argumentos de energía y probabilidad porque estos métodos son los más adecuados para abordar problemas cuando solo se considera el inicio y el final del período de observación. Lo que sucede en el medio es muy incierto debido a la alta movilidad de los componentes y no se puede seguir en detalle.

5-Se ha demostrado últimamente que hay configuraciones de carga no radiantes cuando las fuerzas son armónicas. Las transformadas de Fourier se utilizan para resolver el movimiento de tales partículas. La interpretación simple del fenómeno es que las partículas irradian y absorben en cantidades iguales, lo que resulta en un comportamiento aparente no radiante, con una discreción correspondiente en los niveles de energía. Por ejemplo, para la suposición de De Broglie de que el electrón es una onda y que solo se permiten ondas estacionarias en una órbita atómica, lo que es más bien contra intuitivo, uno puede convertirlo en un razonamiento más intuitivo, si pensamos en el electrón como atrapador con su propia radiación a lo largo de la órbita, después de una ronda completa debido a su velocidad extremadamente alta. Esto tiene que estar en longitudes de onda completas para sincronizar y ser estable, una onda estacionaria.

En resumen, los electrones se pueden imaginar como puntos que rodean el núcleo a velocidades muy altas. Irradian pero reabsorben lo mismo que los deja en órbitas fijas, y la condición para esto es la misma onda estacionaria en la explicación de la órbita, pero no debido a que el electrón sea una onda, sino a la armonía entre la radiación emitida y recibida a lo largo del bucle / órbita. Debido a la radiación adicional del exterior, el electrón puede saltar a niveles de energía más altos, y debido a las interacciones con otras partículas, puede perder energía e ir a un nivel más bajo o incluso ser capturado por el núcleo mismo.

Por lo tanto, es posible tener explicaciones intuitivas, pero al mismo tiempo puede ver que es muy complicado describirlas usando ecuaciones simples. El remedio se dio en Schrodinger … es ir a las soluciones de energía y probabilidad, que atiende a un electrón ‘típico’ y no a un ‘cierto’ electrón a seguir. Su ecuación hace para el átomo lo que hacen las ecuaciones de Navier-Stocks para las moléculas de agua.

A diferencia de lo que dicen las respuestas actuales, excepto una, la respuesta en realidad reside en la conservación total de energía. Debido a que los electrones que están en niveles de energía estables en un átomo siempre tienen una pequeña probabilidad de estar dentro del núcleo, pueden causar un fenómeno llamado captura de electrones, donde un protón se combina con un electrón para formar un neutrón y un neutrino. Pero debe tener suficiente energía para hacerlo. La masa de protones más la masa de electrones es menor que la masa de neutrones en algo así como 700 KeV. En el hidrógeno, la energía del estado unido de un electrón en el estado atómico más bajo es de alrededor de 13 eV. El electrón más el protón simplemente no tiene suficiente energía para producir un neutrón. Entonces, incluso si se superpone significativamente con el protón de vez en cuando, no se combinará con él. El hidrógeno en su isótopo más convencional es estable. Muchos otros elementos también lo son. Algunos no lo son, y muestran cómo puede ocurrir la captura de electrones u otros procesos de descomposición.

Lo que la mayoría de la gente ha estado hablando con respecto a la longitud de onda del electrón y las órbitas estables de los átomos está relacionado con el origen de los diferentes estados unidos del átomo. Estos son importantes, pero no explican completamente por qué el átomo es estable. Los átomos han existido por mucho tiempo. Incluso eventos de descomposición raros eventualmente ocurrirán. Pero algunos átomos son completamente estables. No se descomponen. ¡Y esto es muy bueno para nosotros!

Los electrones pasan una buena cantidad de tiempo dentro del núcleo. Para algunos es su lugar favorito.
Comencemos por deshacerse del modelo atómico de Bohr. Un electrón no sigue una órbita planetaria bien definida alrededor del núcleo; su camino está mucho más manchado que eso. Y no piense que si tomara un montón de ‘imágenes’ del electrón con el tiempo, vería un electrón progresando alrededor del protón como si la Tierra girara alrededor del sol; no lo hace El electrón está escondido en algún lugar en un espacio de probabilidad manchado centrado alrededor del núcleo, pero no sabes exactamente dónde. Lo que sí sabe, basado en el promedio de muchas mediciones a mayor escala (momentos dipolares, funciones de polarización), es donde probablemente está el electrón.
Para el caso más simple del átomo de hidrógeno, el radio de Bohr de la “órbita electrónica” es simplemente la distancia ponderada por la probabilidad de todos los lugares en los que podría estar. Sin embargo, el punto más probable para encontrar el electrón está en el núcleo, en el protón. Simplemente no está garantizado estar allí todo el tiempo.

¿Por qué se encuentra en otro lugar? La respuesta corta es el principio de incertidumbre de Heisenberg.

Mi respuesta a esto no complacerá a muchos, sin embargo, también estoy en desacuerdo con algunas de las otras respuestas. El Principio de incertidumbre, por ejemplo, no prohíbe que se presenten cargos opuestos. Por lo tanto, tenemos quarks con carga opuesta en el núcleo (pero no de igual magnitud) y, además, en principio, si puede acelerar lo suficiente, las cargas pueden cancelarse y la energía aniquilada permitiría que se forme un neutrón. Esa no puede ser la respuesta. Del mismo modo, el formalismo matemático no puede ser la razón; puede explicar cuándo o si sucede algo, pero la causa tiene que ser una física subyacente que representa el formalismo.

Jess H Brewer, en mi opinión, tiene la respuesta correcta, aunque tal como está, deja abierta la pregunta de qué tiene de especial la ola que se repite exactamente. Mi interpretación de esto depende de revertir ligeramente un pensamiento común, que es el período que define un cuanto de acción (porque eso se refiere a un cambio de fase de 2π radianes en la función de onda). Sostengo que, en cambio, un cuanto de acción define el período. El siguiente punto es que si tomamos el estado fundamental del hidrógeno, tomamos un punto y argumentamos que define el inicio de un ciclo de fase, que por simplicidad lo considera un nodo ( es decir , toma un valor de cero en el ciclo de fase). Si le resulta difícil, piense en un corcho en una ola oceánica: gira alrededor de un círculo en un período de ola completo). Ahora, debe haber dos nodos en un período de onda; uno para separar el período del anterior, digamos, y otro para separar la cresta del canal. Por lo tanto, el período debe involucrar dos ciclos. ¿Cómo? El problema es que si el electrón va y viene, digamos, no genera un período. La respuesta es que el movimiento en un campo central tiene dos grados de libertad, ya que debe haber dos componentes de onda y n = (nr + 1/2) + ( l + 1/2). Ahora hay dos respuestas. La primera es que la acción asociada con la onda solo puede cambiar en unidades de h, pero si suma o resta h a cualquiera de los componentes , regresa a donde está, dejando de lado el signo o tiene un estado excitado. Las reglas de selección ahora siguen que los cambios ocurren a un componente sin algún factor adicional. Entonces, si la energía solo puede irradiarse desde un componente, el electrón no puede caer al núcleo.

Más argumentativo, el antinodo del componente radial genera una superficie esférica. Ahora deje que el antinodo del componente angular se cruce con esa superficie (porque los dos tienen la misma energía). Ahora, después de un período, y cuando cada uno ha generado un cuanto de acción, esa intersección está en el mismo lugar o no. Si está en el mismo lugar, entonces el sistema de ondas se ha reproducido exactamente y, por lo tanto, no hay aceleración neta. Si no hay aceleración, no hay efecto de la teoría de Maxwell. Ahora puede que no le guste eso, pero observe que explica por qué los electrones se emparejan (puede obtener una cresta y una depresión en un ciclo, es decir , uno de un electrón y uno del otro) y si piensa un poco más, esta resistencia a Las dificultades con la teoría electromagnética de Maxwell lo llevan inmediatamente al Principio de Exclusión.

Esta es la primera peculiaridad de la mecánica cuántica que la gente considera. Aprenden sobre el electrón y el protón y se preguntan por qué el electrón no “cae” en el núcleo.

Sin embargo, no se preocupe porque el fenómeno es extraño y llevó a muchas personas a pensar y teorizar por qué es así. Niels Bohr adivinó incorrectamente que el electrón “orbita” el núcleo, pero correctamente adivinó que los orbitales eran específicos y discretos.

La teoría explicaba por qué un electrón no cae en el núcleo. La respuesta fue que el electrón ya estaba lo más cerca posible del núcleo (cuando estaba en el estado fundamental). La evidencia de su teoría eran los espectros atómicos de los elementos y Bohr tenía la ecuación correcta para el espectro de hidrógeno.

Sin embargo, la teoría es anterior a la función de onda. Después de todo, el electrón no “orbita” el núcleo en la forma en que un planeta orbita una estrella. El electrón se distribuye en el espacio * alrededor de un núcleo de acuerdo con su función de onda. La función de onda se encuentra resolviendo la ecuación de Schrodinger con un potencial ecléctico central.

El éxito (uno de los muchos) de la mecánica cuántica fue que predijo que el electrón puede ocupar muchos estados alrededor de un potencial central, todos con energías específicas y discretas. Los químicos llaman a estos estados conchas u orbitales. La teoría predijo correctamente la cuantización de un electrón unido a un núcleo y produjo correctamente la ecuación de Bohr para el espectro atómico del hidrógeno. Además, la teoría proporcionó un marco para calcular los espectros de los otros elementos.

La teoría predice que hay un estado con la energía más baja asociada a él. Este es el estado fundamental y tiene una función de onda correspondiente del estado fundamental. Es decir, no hay solución para la ecuación de Schrodinger donde el electrón se encuentra solo exactamente donde está el núcleo. La evidencia es que los átomos interactúan con otros átomos a distancias mucho mayores que el tamaño de un núcleo. Los electrones deben extenderse mucho más allá del núcleo para que este sea el caso.

Ahora, con todo lo dicho, existe un mecanismo de desintegración nuclear para núcleos inestables que son ricos en protones en comparación con su recuento de neutrones. Un protón capturará un electrón de capa interna (muy probablemente el electrón del estado fundamental) y lo convertirá en un neutrón. Esto se llama conversión interna. Sin embargo, si el electrón pudiera caer en el núcleo, sospecho que estaríamos viendo incluso núcleos estables en descomposición de la misma manera.

* Todas las funciones de onda de electrones están centradas alrededor del núcleo. En cierto sentido, ya han “caído” en el núcleo.

Los electrones no caen en un núcleo debido al principio de incertidumbre de Heisenberg y la dualidad de las partículas de onda. La mecánica cuántica, que gobierna el comportamiento de los elementos atómicos y más pequeños, nos dice que los elementos como los electrones se comportan como ondas y partículas. (Esto está relacionado con el principio de incertidumbre de Heisenberg.) La naturaleza de onda de un electrón evita que se localice en un área más pequeña que su longitud de onda de De Broglie, que es aproximadamente del tamaño de un átomo de hidrógeno. (Vea la discusión en Khan Academy.) Por lo tanto, un electrón no puede localizarse en el tamaño mucho más pequeño de un núcleo y, por lo tanto, no puede “irradiar energía y caer en el núcleo” como un punto de vista ingenuo clásico (no cuántico) podría llevarnos a esperar.

¡Este es uno de los temas más debatidos en la física moderna de los últimos 100 años! Hace mucho tiempo que no sabían por qué el electrón y el núcleo, que tienen cargas opuestas, no “caen” en el núcleo para siempre debido a la fuerza de Coulomb. Durante mucho tiempo pensaron en el electrón y el núcleo como un planeta en órbita alrededor del sol.

No se puede hablar de átomos y electrones de esa manera. Un electrón no es esa cosa / bola / bala / esfera que ves en la mayoría de las imágenes del átomo. Un electrón es una onda de energía, pero solo cuando los observamos, una onda en el campo electromagnético y ese campo electromagnético también está influenciada por otros campos de fuerza, todos dentro del átomo. Estas ondas se mueven con velocidad C

Todos estos campos de fuerza mantienen el átomo tal como es, lo alimentan y hacen posible que cada átomo reaccione, interactúe y se una con otros átomos. Fuera de los átomos, entre átomos e incluso en el espacio vacío, hay el mismo campo de fuerza en todas partes, pero en todas partes con diferentes fuerzas.

Lo hacen: debido a que todo el átomo está lleno de todo tipo de campos de fuerza, en los que las ondas de energía pueden moverse, esta onda que llamamos un electrón, solo a veces está dentro del núcleo, pero la mayoría de las veces esta onda está en el exterior regiones del átomo. La física moderna afirma que “el electrón está en todas partes dentro del átomo al mismo tiempo”. Pero si acortamos el tiempo cada vez más y más, podríamos hablar sobre la posición del centro de esa onda / onda de energía. Desafortunadamente, prácticamente no es posible medir la posición y la energía o la carga o el momento angular al mismo tiempo en el experimento, nuestra forma de experimentar. Solo uno de estos cuatro podemos medir. Pero, en principio, las cuatro características existen al mismo tiempo para cada momento del tiempo.

Lo hacen: el “electrón” solo puede “estar” dentro o cerca del núcleo por un momento extremadamente corto cuando el núcleo y ese “electrón” están en la misma fase exactamente en el mismo momento. Para cada momento en ese ciclo de eventos está en superposición con el núcleo. Cuando hay más de un “electrón” en un átomo, como la mayoría de los átomos, es más complicado porque todas estas ondas se mueven con reglas bien definidas. Para cada momento en ese ciclo de eventos, todos los “electrones” están en superposición con todos los demás y con el núcleo, que en sí mismo consiste en múltiples protones y neutrones. El núcleo siempre está en el centro.

¡La regla más importante es la energía – carga – momento angular – conservación, que todas las ondas individuales y como un conjunto de ondas y campos de fuerza deben obedecer! Recuerde que un “electrón” es solo ese “electrón” por el menor tiempo posible. Una billonésima de segundo más tarde ese “electrón” ya es otro “electrón”, pero la energía, la carga y el momento están todos conservados, y solo la posición ha cambiado. Nada ganó nada perdido, a menos que ese electrón “interactúe con otra cosa y pierda todas sus características,” muera “como un” electrón “y se convierta en parte de esa nueva cosa: otra partícula elemental y también una onda en un campo de fuerza, pero diferente.

Supongo que nadie lo entiende completamente, y para debatirlo necesitamos palabras que nunca puedan ser claras para todos. Las ecuaciones pueden, pero es difícil determinar si estas ecuaciones representan la estructura de la realidad con precisión. De hecho, no sé por qué los “electrones” no “caen” “en” el “núcleo”, pero si creo en los éxitos de la mecánica cuántica, ¡creo que sí!

La respuesta simple es que ninguno tiene una carga relativa entre sí porque eso requiere un movimiento relativo y no hay ninguno. Sé que el modelo actual solo considera la carga como una propiedad inherente de la materia, pero no es tan simple como eso, y si Einstein hubiera tenido un poco más de cuidado con lo que estaba copiando, se habría dado cuenta de la fuerza magnética de un electrón. El campo se debe a la carga generada por el movimiento del electrón a través de ese campo.

El modelo actual del átomo es un completo disparate. Ahora puedo derivar el Modulii de Young del mío. El modelo actual está más equipado como decoración navideña. Bohr estaba completamente equivocado al suponer que Electrón podía ser un equilibrio entre la Fuerza de Coulomb y la Fuerza centrífuga. No es nada de eso. Los electrones ni siquiera giran, lo cual es parte de la razón por la que la multitud de QFT nunca podría modelarlo con sensatez.

El modelo con mancuernas del átomo por David Wrixon EurIng en gravedad cuántica explicado

Mecanismos de la descomposición alfa y beta por David Wrixon EurIng en la gravedad cuántica explicada

Es el componente del vector tangencial del electrón de su vector de velocidad orbital lo que evita que se estrelle contra el núcleo. Su cinética en breve. El movimiento orbital es posible debido al movimiento tangencial del electrón en cualquier punto de su trayectoria, y la fuerza eléctrica entre el protón y el electrón que causa un vector descendente hacia el núcleo, lo que le da un vector diagonal (vector de velocidad orbital resultante) eso cambia cada momento, dándote una trayectoria curva que resulta en el movimiento orbital. Entonces, en cada punto de su trayectoria, el tirón hacia abajo del protón cargado positivamente se ve parcialmente influido por la tangencial, o el componente de velocidad longitudinal que lo mantiene en movimiento, ayudando a mantener una órbita y evita que se estrelle directamente hacia el núcleo ! ¡Es esencialmente un fenómeno relacionado con la fuerza y ​​la energía cinética, como se ve en el sistema solar, también donde los planetas orbitan alrededor del sol sin estrellarse directamente contra nuestra estrella! (La gravedad es la fuerza en el caso del sistema solar). Con el propósito de simplicidad y comprensión básica, he mantenido la cinemática del electrón simple sin introducir el espín de electrones, la nube de electrones, el entrelazamiento de electrones y otros conceptos cuánticos inherentes al mundo ultramicroscópico de las partículas invisibles … Kaiser T, MD (física de larga duración, entusiasta de las matemáticas y la ciencia).

Porque Heisenberg les dijo 😉

Primero, el electrón y el protón no son pegajosos; esto nunca se explica en la escuela.

Segundo, en el radio del átomo el electromagnetismo es diferente: nunca observamos radiación electromagnética del átomo; Según nuestra comprensión general, el cuerpo negativo que se mueve alrededor del positivo debería emitir ondas electromagnéticas.

Lo más probable es que el campo eléctrico de protones no sea esférico monolítico, y siempre hay una brecha en la dirección del electrón; entonces el electrón nunca tiene una fuerza con el vector dirigido al protón. La carga positiva siempre está alrededor del electrón.

El movimiento de los electrones es el resultado de un choque espacial (no pegajoso), iones lejanos y magnetismo, y no del protón cerrado (de retención). Cierre el protón simplemente haciendo trampas (orbitales) para evitar que el electrón desaparezca.

El electrón de alta energía puede ingresar al protón y lo convertirá en neutrón, esto se hace en experimentos. Pero la energía necesaria para ese evento es mucho mayor que la energía electrónica normal (~ 13 eV) en el átomo.

Los electrones se mueven en órbitas fijas alrededor del núcleo, y constantemente se mueven en órbitas fijas debido a la fuerza ejercida sobre ellos por los positrones del núcleo. Ahora, uno debe estar pensando que es una partícula en constante movimiento y, por esa razón, perderá su energía y caerá en el núcleo positivo … pero eso no sucede porque el núcleo posee una carga positiva y el electrón posee una carga negativa … ……… .. ¡entonces el núcleo positivo (aunque ejerce una fuerza sobre el núcleo negativo y lo mantiene en constante movimiento en sus órbitas) repele los electrones y, como resultado, no se aplastan en el núcleo!

Para entender este concepto, consideremos un ejemplo de la vida real. Ate una piedra a un extremo de una cuerda y luego sostenga el otro extremo de la cuerda en la mano. Ahora, dígale a su amigo que sostenga la piedra y tire de ella para que la cuerda se tense y se convierta en una línea recta, luego, dígale que lance la piedra exactamente perpendicular a la línea formada por la cuerda. Si bien la piedra tiene la fuerza que podría quitártela, si intentas tirar de la cuerda, entonces también, la piedra no vendrá y colisionará contigo. En cambio, llevará un movimiento circular a tu alrededor.

Ahora, en el ejemplo anterior, considérate como el núcleo del átomo (que tiene carga positiva), la fuerza de tracción de la cuerda como la fuerza electromagnética (entre cargas opuestas del átomo) y la piedra como el electrón.

El electrón de un átomo tiene un momento perpendicular a la fuerza electromagnética entre el electrón y el núcleo, debido a esto, un electrón lleva un movimiento circular alrededor del núcleo en lugar de chocar con el núcleo. En otras palabras, la fuerza de atracción electromagnética entre el núcleo y el electrón no es suficiente para superar el impulso por el cual el electrón es forzado a alejarse del núcleo, por lo que el electrón lleva el camino medio, es decir, entra en movimiento circular alrededor el núcleo.

Por diagrama, podemos representar el concepto de esta manera:

Los niveles de energía de los electrones en los átomos se describen mejor como ondas estacionarias que como “orbitales”. La longitud de onda del electrón (de Broglie) = h / P

h = constante de Planck

P = impulso

Por lo tanto, deben ajustarse números enteros de longitudes de onda en cada nivel de energía alrededor del núcleo a una cierta distancia (radio) del núcleo;

nh / P = 2pi.r

n = principio número cuántico 1,2,3 etc.

r = radio atómico (al nivel de energía de electrones)

No hay niveles de energía ‘intermedios’ ya que solo las energías de electrones específicos satisfarán la condición.

Se producen transiciones de electrones (excitación / dexcitación) entre niveles de energía, lo que explica los espectros de línea.

Esta área de QM se llama QED (electrodinámica cuántica)

La mecánica newtoniana tiene algo que ver con eso, pero la actividad cercana implica la repulsión natural entre electrones y protones. Para explicar:

Los cargos están rodeados por un campo intenso, dedicado y cautivo. # Llámelo el campo L por simplicidad. Estos campos poseen campos de fuerza radial que se extienden hasta el infinito. Al igual que las fuerzas del campo L se atraen, los opuestos se repelen. Por lo tanto, cualquier electrón que se acerque a un protón, o un núcleo que contenga protones, será rechazado, aunque se desviaría una descripción más correcta. Por lo tanto, la trayectoria de un electrón, que oscila alrededor de 10 ^ 15 Hz, se ve continuamente perturbada por encuentros cercanos con compañeros y vecinos superpuestos y, por lo tanto, es totalmente azarosa, indefinible.

Los modelos matemáticos promedian más de millones de ciclos y, por lo tanto, no tienen relación con la realidad instantánea, cuya comprensión es lo que se necesita para comprender el mecanismo de cómo funciona realmente la realidad.

En un núcleo, dos protones están fuertemente unidos entre sí a aproximadamente 10 ^ -15 m por un equilibrio entre las fuerzas L atrayentes y las fuerzas repelentes de Coulomb. El pensamiento ortodoxo llama a la fuerza la Fuerza Nuclear Fuerte, pero hasta ahora no ha podido explicar el mecanismo.

A 10 ^ -11m, un equilibrio de fuerza similar une átomos con diversos grados de estabilidad en una molécula. A 10 ^ -10 m, un equilibrio similar une átomos o moléculas en una fase sólida, en redes y así sucesivamente. El equilibrio de la fuerza se está debilitando a esta separación porque una mayor actividad de las partículas involucradas fuerza una mayor separación promedio y con suficiente aporte de energía se puede superar este equilibrio. El calor latente es la energía. En la fase líquida, queda suficiente atracción para que los átomos se unan momentáneamente al pasar, de modo que la densidad del líquido sea similar a la de los sólidos, pero no exista un espaciado regular, una red, etc. En la fase gaseosa, la temperatura más alta y la actividad resultante fuerzan una separación permanente suficiente para que no se produzca unión. Por lo tanto, las densidades de gas son mucho menores que las líquidas y sólidas.

A distancias interestelares, la fuerza de atracción es lo que llamamos gravedad. La misma fuerza L es la base de las cuatro llamadas fuerzas fundamentales.

# Está bien aceptado y probado que una carga en movimiento inducirá un campo magnético, un campo magnético en movimiento inducirá un campo eléctrico, un campo eléctrico en movimiento inducirá un campo magnético y así sucesivamente disminuirá. Ref. Ampere, Lenz y col. Considerar una carga como una entidad independiente, aislada de sus pares y vecinos y desprovista de cualquiera de las propiedades que han sido probadas y aceptadas durante muchas décadas es ignorar la realidad y llevar a la ciencia por el camino equivocado.

El movimiento circular uniforme llega a existir cuando hay dos fuerzas que actúan sobre un objeto en movimiento. Una fuerza surge de su momento lineal, y la otra es la fuerza entre el núcleo del círculo y el objeto circular (la fuerza centrípeta). La fuerza centrípeta puede ser cualquier fuerza, por lo tanto, gravitacional entre la Tierra y el Sol, magnética, de resortes, eléctrica, etc. Por lo tanto, no importa qué tipo de fuerza esté allí, todas (en cinemática) son la fuerza centrípeta. Luego, de acuerdo con la Segunda Ley de Newton, la fuerza crea aceleración, y esto no es reversible, de modo que la aceleración crea fuerza, o incluso disminuye la fuerza. Por lo tanto, los físicos no pueden excluir la fuerza de la aceleración. En el caso de un átomo, digamos hidrógeno, debe existir la fuerza entre el electrón y el protón porque tienen potenciales eléctricos. Esta fuerza se dirige del electrón al protón, y del protón al electrón, por un efecto de atracción. Como el protón es pesado, permanece en su lugar y no se ve movimiento. Y dado que existe la fuerza centrípeta, también existe una aceleración centrípeta dirigida al protón. El electrón está en movimiento. Su velocidad es el valor numérico de la velocidad y la dirección. El electrón debe tener impulso, que es su magnitud y una dirección. El momento es igual a la masa por la velocidad, donde la masa no cambia en nuestro caso. Lo que se cambia aquí puede ser la velocidad, pero nuevamente, tiene un valor numérico y una dirección. Dado que la dirección cambiada no tiene ninguna influencia en los valores numéricos, solo otras fuerzas podrían cambiar los valores numéricos, pero solo a través de colisiones; sin embargo, para que eso ocurra debe haber contacto entre los objetos. Por lo tanto, hasta que el electrón entre en contacto con el protón, el valor numérico del momento del electrón no cambia. Cuando el electrón colisiona produce un impulso, la acción de la fuerza durante el período de colisión. Esta fuerza, llevada por el electrón, también tiene su valor numérico y dirección, y es igual al impulso del electrón durante el período de colisión. Esta fuerza tiene un valor numérico de masa multiplicado por la derivada de la velocidad en el tiempo (F = m dv / dt). La aceleración aquí es dv / dt y la velocidad, v, es el valor numérico y una dirección, y eso significa que el valor numérico de v no cambia; solo cambia una dirección y, por lo tanto, estamos tratando con derivadas direccionales con respecto al tiempo. Por lo tanto, definir la aceleración centrípeta no hace ningún cambio en el valor numérico de la velocidad. Por lo tanto, la aceleración centrípeta tampoco hace ningún cambio en la velocidad.

Los resultados tanto del momento como de la fuerza centrípeta solo cambian de dirección para el electrón en movimiento, pero no cambian su velocidad. Dado que la fuerza centrípeta para el electrón es la fuerza de los potenciales eléctricos, por lo tanto, el potencial eléctrico del protón o el electrón tampoco debe disminuir. La conclusión es que la aceleración centrípeta del electrón en órbita no debe disminuir su potencial eléctrico. Esta aceleración cambia solo la dirección de su recorrido.

La imagen de los electrones como pequeños objetos que rodean un núcleo en “órbitas” bien definidas es incorrecta. Las posiciones de los electrones en un momento dado no están bien definidas, pero se puede determinar el volumen de espacio donde es probable que se encuentre un electrón determinado. Por ejemplo, al electrón en un átomo de hidrógeno le gusta ocupar un volumen esférico que rodea al protón. Si piensa en el protón como un grano de sal, entonces es probable que el electrón se encuentre en cualquier lugar dentro de una esfera con un radio de tres metros alrededor de este grano; Casi como una nube.

La extensión de la nube en el espacio está relacionada con la propagación de posibles momentos (o velocidades) del electrón. Entonces, cuanto más se comprime la nube (y, por lo tanto, cuanto más se acerca el elctrón al núcleo, más se debe extender el rango de momentos. Eso está determinado por el principio de incertidumbre de Heisenberg. Grandes valores de momento significan grandes energías cinéticas. Por lo tanto, la nube de electrones puede reducir su energía potencial al comprimir para que aumente la probabilidad de encontrar el electrón más cerca del núcleo, pero cuando se comprime demasiado, aumenta su energía cinética. Entonces, hay una tensión / batalla entre la reducción de la energía potencial y aumento de la energía cinética: la energía total del sistema que se conserva, por lo que la nube de electrones alcanza un tamaño de equilibrio que se mantiene estable en el tiempo.

La corriente principal especifica que los nucleones en el núcleo están hechos de quarks cargados positiva y negativamente. Entonces, los quarks con carga positiva atraen los electrones más cerca del núcleo pero, cuando se acercan lo suficiente, son repelidos por los quarks con carga negativa. David Wrixon EurIng ha insinuado esto, es decir, los electrones se mantienen en equilibrio de fuerzas coulombicas. Pero la corriente principal niega que las fuerzas de Coulombic actúen en absoluto dentro del núcleo al menos.

Mi teoría es más detallada: establece que los protones y los neutrones están hechos de positrones en un núcleo propio orbitado por electrones como en la estructura atómica. Cuando los nucleones se combinan para formar núcleos, lo hacen fusionando sus orbitales para formar orbitales nucleares y, por lo tanto, los enlaces nucleares como los átomos se combinan para formar moléculas al fusionar sus orbitales para formar orbitales moleculares y, por lo tanto, enlaces moleculares.

Entonces el núcleo tiene una envoltura de electrones. Esto significa que cuando los electrones se acercan lo suficiente, son repelidos por lo que se conoce como presión de degeneración de electrones; y es esta presión la que proporciona el equilibrio.

Sin embargo, a veces los electrones caen en el núcleo. Esto sucede cuando hay suficientes cargas positivas en el núcleo para producir una fuerza atractiva lo suficientemente fuerte como para superar la presión de degeneración de electrones y atraer el electrón directamente hacia el núcleo. Pero, el electrón capturado no se destruye, simplemente se une a otros en el orbital nuclear y reduce la carga general en el núcleo, restaurando así el equilibrio.

Entonces, ahora sabes que los electrones no caen en el núcleo debido a las fuerzas repulsivas de las cargas negativas dentro del núcleo, cualquiera que sea la fuente en la que creas: electrones o quarks con carga negativa.