¿Por qué los electrones y los protones no chocan si se atraen?

Los primeros modelos de átomos tenían electrones orbitando el núcleo de la misma manera que un planeta orbita una estrella. Orbitar en círculo significa acelerar mucho. Cuando una carga eléctrica sufre aceleración, emite radiación electromagnética. La radiación electromagnética es energía, y el electrón puede perder uno de los dos tipos de energía; energía cinética ( velocidad) o energía potencial (distancia desde el núcleo) . De cualquier manera, eventualmente chocará con el núcleo.

Pero ahora sabemos que los electrones no son pequeños trozos de materia que orbitan un trozo más grande de materia. En realidad no se comportan de esa manera. Un electrón no puede compararse con un planeta, y en su lugar debe considerarse como una especie de nube de probabilidad, que es lo que realmente es un electrón. Para comprender el comportamiento del electrón, debemos considerar dónde será la nube más densa, o dónde hay la mayor probabilidad de un electrón, o dónde hay la carga negativa máxima.

Imagen cortesía de: Erwin Schrödinger contra el modelo de Bohr – Nube de electrones – VIZISCIENCE – Aprenda química visualmente a partir de animaciones y videos conceptuales

De hecho, el electrón podría estar en cualquier parte de una “capa” esférica alrededor del núcleo. El volumen de ese caparazón es cero justo en el medio del núcleo. A medida que nos movemos hacia afuera desde el núcleo, el volumen de la cubierta aumenta, y cuanto más nos alejamos del núcleo del átomo, es menos probable que se encuentre el electrón del átomo. Entonces, la mayor probabilidad de encontrar el electrón será en el radio donde el volumen de la capa es lo suficientemente grande como para que la probabilidad sea alta, pero la distancia desde el núcleo no está demasiado lejos para que la probabilidad sea baja. Un “punto dulce” por así decirlo. Curiosamente, la probabilidad más alta del electrón está cerca del centro del átomo, pero no dentro de él.

Otra forma de mostrar por qué los electrones no chocan contra el núcleo. Combina un protón y un electrón, y en cuanto a carga, hemos producido un neutrón. Eso es lo que debería pasar si los electrones caen en un núcleo. La masa de un protón es 1.6727 x 10 ^ -24 g, y la masa de un electrón es 9.110 x 10 ^ -28g, pero la masa de un neutrón es 1.6749 x 10 ^ -27 g. Por lo tanto, la masa combinada de un electrón y un protón no está lo suficientemente cerca como para un neutrón. La única forma en que pueden combinarse y producir un neutrón es mediante la adición de energía o masa, o ambas.

Estructura atomica

Lectura adicional: ¿Por qué los electrones simplemente no caen en el núcleo de un átomo?

Querías la distancia entre los dos. Si tenemos en una página, una imagen de un protón que tenía 1000 píxeles de ancho, el electrón estaría a 50 millones de píxeles de distancia, y solo un píxel de ancho. Esto se traduce en 18 kilómetros si el monitor muestra 72 píxeles por pulgada. Y dudo si realmente puedes encontrar el electrón si te desplazas.

Modelo a escala de átomo de hidrógeno

La respuesta científica respetable completa sería larga y necesariamente inexacta, ya que incluso hoy en día los físicos discuten sobre algunos detalles sutiles.

Por un lado, supongo que te refieres a protones y electrones en un átomo, es decir, ¿por qué los electrones no caen en el núcleo? Existen diferentes formas populares de explicar esto, algunas más exitosas o “comprensibles” que otras para los laicos. Optaré por el que advierte que “caer al núcleo” en el sentido intuitivo de la mecánica clásica significa que el cuerpo en órbita debe perder energía (que en el caso de, por ejemplo, un planeta que cae en una estrella o una estrella que cae en un agujero negro sería emitiendo energía térmica, es decir, fotones de calor).

Pero los electrones en una capa atómica no pueden perder energía así. La cantidad de energía que pueden absorber o emitir está determinada por cuantos discretos. Cuando están en el caparazón más bajo, es posible que ya no emitan la energía que los haría caer en el núcleo (excepto en el raro evento llamado captura de electrones). Por supuesto, la realidad actual es más compleja que eso, y otra información útil para las personas con un conocimiento mínimo de QM dice que la incertidumbre electrónica es tal que no puede limitarse a un volumen tan pequeño como el núcleo. Si lo hace, aumenta la incertidumbre en su posición, por lo que se encuentra lejos del núcleo nuevamente.

Pero para partículas sueltas, un electrón y un protón pueden colisionar y convertirse en un neutrón (y un neutrino).

Pensemos primero en la estructura del átomo, incluso hoy en día, incluso para estudiantes de secundaria, los electrones están confinados a ciertas órbitas, donde cada órbita tiene su número de ocupación definido por 2 (2L + 1), L es el ángulo total momentmentum L = s + l, donde s es el spin = 1/2 y l es el momento angular orbital. l = 0,1,2,3, –
Además, su dispersión entre los estados está controlada por el principio de exclusión de Pauli. Este sistema especroscópico se aplica también a los nucleones dentro del núcleo. Por lo tanto, en el caso de los estados estables a cada electrón o protón, todo está controlado por su condición cuántica. Pero , a veces el electrón en el nivel más cercano al núcleo, como K, M, espacialmente donde l = 0, para el estado s, para cierta codificación física, donde l = 0, el electrón colisionó con el protón, es decir, interactúa, produciendo neutrones y neutrinos como p + e —–> n + v, esto se llama captura de electrones, clasificada bajo descomposición de elementos radiactivos como la desintegración beta.

A veces lo hacen.

La captura de electrones es uno de varios modos de desintegración para ciertos tipos de núcleos radiactivos. Resulta en la desaparición del electrón, y el protón se convierte en un neutrón y libera un neutrino.

Además, el hecho de que los electrones de la capa s en un átomo o ion no tengan un momento angular implica que, si se modelan de manera clásica, en realidad pasan de un lado a otro a través del núcleo todo el tiempo, y las distribuciones de probabilidad para otras capas de electrones todavía lo hacen. intersecta el núcleo, a pesar de que la probabilidad de que esos otros electrones estén en el núcleo es muy, muy pequeña. Pero la mayoría de las veces, excepto en casos raros de captura de electrones, no se quedan atrapados allí por la misma razón que un péndulo no se detiene mágicamente en el fondo de su oscilación: tienen demasiada energía y terminan simplemente rebotando en los protones (“dispersión”) y volviendo a volar.

La masa del protón es 1836 veces mayor que el electrón … la carga en el electrón es directa, mientras que la del protón es positiva después de la interacción compuesta … el electrón-electrón al punto de repulsión está allí … mientras que la atracción protón-protón debido a la fuerza nuclear está allí … suponga que un electrón debe acercarse al protón, pero la dinámica interna de las partículas de subprotones (quarks) no permite tal cercanía … gracias

Ellos chocan. Ver dispersión inelástica profunda.