¿Cuál es el efecto relativista?

Su profesor de química no lo sabe, debería haberle preguntado a su profesor de física. Cuando un electrón absorbe energía de un fotón, y debe ser un fotón de la energía correcta, salta a un estado de mayor energía. Algún tiempo después, en un momento aleatorio tan frecuente como en la física cuántica, vuelve a caer hacia el estado fundamental al emitir un fotón de la misma energía que pierde en la caída. No hay nada relativista sobre esto. Conoce el espectro de color exclusivo de cada elemento, con líneas brillantes a intervalos específicos. ¿Quizás también has oído hablar de las líneas de Fraunhofer, las líneas oscuras en los espectros que identifican elementos en las estrellas? Esos son causados ​​por los electrones de un elemento que absorbe los fotones de la energía correcta a medida que la luz pasa y se eleva a un estado de energía superior. Los espectros de línea brillante son causados ​​por esos mismos electrones que caen y lo abandonan.

Ese es un desvío clásico de tu maestro. En lugar de tener la humildad de decir que no sabe la respuesta, lanzó un término que sabía que no entenderías, solo para salvar la cara. Eso es bastante vergonzoso.

No hay efecto relativista aquí. Su confusión proviene de la noción de que los electrones tienden a estar en los estados de energía más bajos. Esto solo es cierto a veces. Específicamente,

Los electrones en equilibrio térmico a temperaturas suficientemente bajas tienen más probabilidades de encontrarse en los estados de energía más bajos disponibles.

Cuando los electrones salen por algún proceso, como la absorción de fotones, el sistema ya no está en equlibrium térmico. Los fotones dan energía a los electrones y los promueven a estados de energía más altos. Si los electrones están acoplados a algo que puede absorber esta energía, entonces los electrones cederán esa energía extra y volverán a caer a los estados de baja energía. Si los electrones están aislados, retendrán esta energía extra y permanecerán en los estados de energía más altos durante mucho tiempo.

Sin embargo, los electrones siempre están acoplados al campo electromagnético. Si el campo electromagnético de fondo está a baja temperatura, puede extraer fotones de los electrones. Por lo tanto, incluso los electrones excitados “aislados” emitirán tarde o temprano fotones hasta que alcancen el estado fundamental.

Los electrones en los átomos existen en estados de energía específica. Por encima de los estados fundamentales hay más niveles de energía en los que puede estar el electrón, y si un fotón de la energía apropiada es absorbido por el átomo, entonces el electrón puede cambiar de estado y luego estará en el más alto, que generalmente es muy corto -vivió sin alguna ayuda inusual, y el electrón vuelve al estado fundamental, ya sea directamente o a través de un estado intermedio, y con cada transición emite una foto de la energía correspondiente a la diferencia de energía. Esto no tiene nada que ver con la relatividad, aunque es lo que impulsó la mecánica cuántica en las primeras etapas. Estas transiciones, y los fotones que lo acompañan, dan lugar a espectros característicos.

La confusión aquí podría ser que con algunas transiciones, como el espectro de un elemento como el oro, no es exactamente lo que la gente espera, y los químicos computacionales afirman que el color del oro se debe a un efecto relativista, donde los electrones internos van tan rápido que tienen una velocidad nominal que es una fracción significativa de c, la velocidad de la luz. (Tenga en cuenta que el electrón NO tiene una trayectoria en el sentido clásico; esta “velocidad” es justo lo que tendría que tener para tener una energía cinética de acuerdo con el teorema virial). El argumento es, si extrapola el so- llamado término de detección para cobre y plata, entonces el oro está muy lejos. En mi opinión, esto está mal: extrapolar desde dos puntos está mal, y he publicado un artículo que muestra por qué esto está mal. Eso está fuera de su nivel de interés en este momento. En mi opinión, debería volver a esto cuando tenga algo más de física en su haber, y en su nivel actual, acepte que los espectros de los elementos se deben simplemente a las transiciones de energía entre estados estacionarios que se determinan a través de la mecánica cuántica, y específicamente el Ecuación de Schrodinger. Las energías son demasiado bajas en general para que la relatividad sea importante.

Los metales exhiben su brillo característico ya que el mar de electrones deslocalizados en los enlaces metálicos puede absorber y reemitir fotones en un amplio rango de frecuencias. Por lo tanto, los espectros de reflectancia de la mayoría de los metales parecen bastante planos y aparecen de color plateado.

Algunos metales, como el cobre y el oro, tienen un espectro de reflectancia donde domina el extremo rojo (400–700 nm). ¿Por qué esto es tan?

Primero pensé que podría tener algo que ver con el único electrón no apareado en la capa de valencia más externa, pero Silver también muestra esto pero tiene una curva de reflectancia más plana.

¿Alguien puede arrojar algo de luz ( gemido ) sobre esto?

Los químicos a menudo consideran anómala la primera subcapa de un momento angular dado. El 3d, relleno de cobre, está menos protegido por las subcapas syp de lo que cabría esperar. Silver, con un 4d lleno, se comporta más como crees que debería. Ahora, cuando llegas al oro (5d), los efectos relativistas se vuelven importantes. En comparación con los resultados no relativistas, las subcapas syp están más contraídas (la llamada estabilización relativista) mientras que d y f están desestabilizadas y son más difusas. Entonces el oro también se comporta de manera algo diferente. Si hiciera un cálculo de estado sólido en oro sin incluir efectos relativistas, predeciría que es plateado. Incluyendo los efectos relativistas, obtienes un acuerdo razonablemente bueno con la realidad.

Pekka Pyykko’s

Teoría relativista de átomos y moléculas.

ofrece una buena visión general de este y muchos otros fenómenos, así como una gran bibliografía de artículos que tratan los efectos relativistas en la química. Oh, que el mercurio es un líquido es otro.

Si v = kc [matemática] v = kc [/ matemática] con k [matemática] k [/ matemática] pequeña, entonces los efectos relativistas más especiales como la dilatación del tiempo y la contracción de la longitud son proporcionales a

γ = 11 − k2 −−−−− √≈1 + 12k2 [matemática] γ = 11 − k2≈1 + 12k2 [/ matemática]

o es recíproco Ver Wikipedia aquí para una discusión más completa. Si considera, por ejemplo, γ≤1.0001 [matemática] γ≤1.0001 [/ matemática] (un efecto de 0.01% [matemática] 0.01% [/ matemática]) es insignificante, entonces esto es cierto si k≤0.014 [matemática] k ≤0.014 [/ matemática] dando v≤9,400,000MPH = 4,200,000ms [matemática] v≤9,400,000MPH = 4,200,000ms [/ matemática].

Los satélites GPS no solo necesitan considerar los efectos de la relatividad especial, sino también los efectos de la relatividad general para proporcionar un posicionamiento preciso.