Γιατί τα ηλεκτρόνια σε ένα άτομο δεν πέφτουν σε πυρήνα και άτομο κατάρρευσης;
1. Κβαντική μηχανική και κβαντισμένα επίπεδα ενέργειας:
* Τα ηλεκτρόνια υπάρχουν σε συγκεκριμένα επίπεδα ενέργειας: Τα ηλεκτρόνια στα άτομα μπορούν να καταλαμβάνουν μόνο συγκεκριμένα, κβαντισμένα επίπεδα ενέργειας. Αυτά τα επίπεδα είναι σαν τα σκαλοπάτια σε μια σκάλα, με κάθε επίπεδο να έχει σταθερή τιμή ενέργειας. Τα ηλεκτρόνια μπορούν να πηδήξουν μεταξύ αυτών των επιπέδων απορροφώντας ή εκπέμποντας ενέργεια, αλλά δεν μπορούν να υπάρξουν μεταξύ τους.
* Η κατάσταση εδάφους είναι το χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας: Το χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας ονομάζεται κατάσταση εδάφους. Τα ηλεκτρόνια προτιμούν να είναι δυνατή η χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση.
* Δεν υπάρχει επίπεδο ενέργειας στον πυρήνα: Δεν υπάρχει κβαντισμένη στάθμη ενέργειας που να αντιστοιχεί στον πυρήνα. Επομένως, τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να πέσουν στον πυρήνα επειδή δεν υπάρχει κατάσταση ενέργειας για να καταλάβουν.
2. Αρχή αβεβαιότητας Heisenberg:
* Η θέση και η ορμή δεν μπορούν να γίνουν γνωστές ταυτόχρονα: Η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg δηλώνει ότι είναι αδύνατο να γνωρίζουμε ταυτόχρονα τόσο την ακριβή θέση όσο και την ορμή ενός ηλεκτρονίου.
* Εάν τα ηλεκτρόνια ήταν στον πυρήνα, η ορμή τους θα ήταν μηδενική: Εάν ένα ηλεκτρόνιο ήταν στον πυρήνα, η θέση του θα ήταν ακριβώς γνωστή. Ωστόσο, αυτό θα σήμαινε ότι η ορμή της θα ήταν εντελώς αβέβαιη.
* Η ορμή του ηλεκτρονίου την εμποδίζει να καταρρεύσει: Η αρχή της αβεβαιότητας σημαίνει ότι ένα ηλεκτρόνιο δεν μπορεί να έχει μηδενική ορμή, εμποδίζοντας την να παραμείνει ακίνητη μέσα στον πυρήνα.
3. Ηλεκτρομαγνητική δύναμη:
* Τα ηλεκτρόνια προσελκύονται από πρωτόνια: Ο πυρήνας περιέχει πρωτόνια, τα οποία έχουν θετικό φορτίο, ενώ τα ηλεκτρόνια έχουν αρνητικό φορτίο. Αυτό δημιουργεί μια ηλεκτρομαγνητική δύναμη έλξης μεταξύ τους.
* Τα ηλεκτρόνια απωθούνται από άλλα ηλεκτρόνια: Τα ηλεκτρόνια μέσα σε ένα άτομο απορρίπτονται επίσης μεταξύ τους λόγω της αρνητικής τους φόρτισης.
* Η ισορροπία των δυνάμεων εμποδίζει την κατάρρευση: Η ισορροπία μεταξύ της ελκυστικής δύναμης των πρωτονίων και της απωθητικής δύναμης των άλλων ηλεκτρονίων είναι κρίσιμη. Αυτή η ισορροπία, σε συνδυασμό με την κβαντική μηχανική, διατηρεί τα ηλεκτρόνια στα συγκεκριμένα ενεργειακά τους επίπεδα και τους εμποδίζει να καταρρεύσουν στον πυρήνα.
Συνοπτικά:
Ο συνδυασμός των κβαντισμένων επιπέδων ενέργειας, της αρχής της αβεβαιότητας του Heisenberg και των ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων που διέπουν τις αλληλεπιδράσεις μέσα σε ένα άτομο όλοι συνεργάζονται για να εμποδίσουν την κατάρρευση των ηλεκτρόνων στον πυρήνα. Αντ 'αυτού, τα ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν συγκεκριμένα επίπεδα ενέργειας και περιστρέφουν τον πυρήνα σε ένα σύννεφο πιθανότητας, δημιουργώντας τη σταθερή δομή ενός ατόμου.
