Γιατί το ηλεκτρόνιο τελικά προσγειώνεται στο πρωτόνιο σε ένα άτομο υδρογόνου, καθώς υπάρχει ηλεκτροστατική δύναμη που προσελκύει δύο μαζί;
* Κβαντική μηχανική: Η συμπεριφορά των ηλεκτρονίων στα άτομα διέπεται από τις αρχές της κβαντικής μηχανικής. Αυτό σημαίνει ότι η κατάσταση του ηλεκτρονίου δεν περιγράφεται από μια συγκεκριμένη τοποθεσία, αλλά από μια κατανομή πιθανότητας γνωστή ως τροχιά.
* Επίπεδα τροχιακής ενέργειας: Τα ηλεκτρόνια στα άτομα καταλαμβάνουν συγκεκριμένα επίπεδα ενέργειας. Το χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας ονομάζεται κατάσταση εδάφους. Το ηλεκτρόνιο σε ένα άτομο υδρογόνου συνήθως υπάρχει στην κατάσταση του εδάφους του. Για να μεταβείτε σε υψηλότερο επίπεδο ενέργειας, το ηλεκτρόνιο πρέπει να απορροφήσει την ενέργεια.
* ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις: Ενώ υπάρχει ισχυρή ηλεκτροστατική έλξη μεταξύ του ηλεκτρονίου και του πρωτονίου, το ηλεκτρόνιο διαθέτει επίσης κινητική ενέργεια και γωνιακή ορμή. Αυτή η συνεχής κίνηση την εμποδίζει απλά να πέσει στο πρωτόνιο.
* Αρχή αβεβαιότητας: Η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg αναφέρει ότι είναι αδύνατο να γνωρίζουμε ταυτόχρονα την ακριβή θέση και την ορμή ενός σωματιδίου. Εάν το ηλεκτρόνιο ήταν "σε" το πρωτόνιο, η ορμή του θα ήταν μηδενική. Αλλά αυτό παραβιάζει την αρχή της αβεβαιότητας.
Σκεφτείτε το έτσι: Φανταστείτε έναν δορυφόρο γύρω από τη γη. Ο δορυφόρος πέφτει συνεχώς προς τη Γη λόγω της βαρύτητας, αλλά η οριζόντια ταχύτητά του τη διατηρεί σε τροχιά. Το ηλεκτρόνιο σε ένα άτομο υδρογόνου είναι παρόμοιο, προσελκύεται συνεχώς από το πρωτόνιο, αλλά η κίνηση και οι κβαντικές του ιδιότητες το κρατούν από την κατάρρευση.
Γιατί το ηλεκτρόνιο δεν χάνει την ενέργεια και πέφτει στον πυρήνα;
Ενώ το ηλεκτρόνιο μπορεί να μεταβεί σε χαμηλότερα επίπεδα ενέργειας, εκπέμποντας ένα φωτόνιο, δεν μπορεί απλώς να σπρώξει στον πυρήνα. Υπάρχει μια ελάχιστη απόσταση από τον πυρήνα που μπορεί να καταλάβει ένα ηλεκτρόνιο, που αντιστοιχεί στη χαμηλότερη ενεργειακή του κατάσταση. Αυτό οφείλεται στην κβαντισμένη φύση των επιπέδων ενέργειας σε ένα άτομο.
Εν ολίγοις: Το ηλεκτρόνιο σε ένα άτομο υδρογόνου δεν προσγειώνεται στο πρωτόνιο λόγω ενός συνδυασμού κβαντικών μηχανικών αρχών, ηλεκτροστατικής έλξης, κινητικής ενέργειας και γωνιακής ορμής. Υπάρχει σε μια σταθερή κατάσταση που καθορίζεται από το συγκεκριμένο ενεργειακό επίπεδο και το τροχιακό, κινούμενο συνεχώς γύρω από τον πυρήνα.
