Вопрос на понимание спина и орбитали

[kciray]

Я знаю, то что орбиталь - это зона нахождения электрона с вероятностью 95%. s орбиталь является сферой (а не шаром), на котором могут находится 2 электрона. Но p орбиталь - она же в форме 2-х капелек - как это объяснить??? Капельки же пересекаются с ядром - неужели электрон может пролетать сквозь ядро?И вообще - откуда фундаментально взялась эта форма?

И ещё вопрос - как понимать вращение одного электрона против, а другого по часовой стрелке? Относительно чего? У атома есть ось вращения?

Изменено 14 Ноября, 2011 в 18:42 пользователем kciray

[Atharaxy]

Так это, пересечение капелек - "узел", в котором вероятность нахождения электрона стремится к нулю о_О

 

А насчёт спина - нет никакого вращения, понятие "вращательного момента" введено для упрощения расчётов.

[Gall]

s-орбиталь - как раз шар (не сфера), наибольшая вероятность нахождения электрона - внутри ядра, в самом центре! Да-да.

 

Электрон может пролетать сквозь ядро. Точнее - пересекаться с ядром.

 

Формы орбиталей получаются из решения уравнения Шредингера для водородоподобного атома. Там в решении получаются сферические гармоники, спецфункции, описывающие именно такие картинки. Для атома водорода решения уравнений действительно таковы. Для остальных атомов решения другие, но в силу математических свойств мы можем представить их как сумму (линейную комбинацию) водородных решений. Во многих случаях орбиталь оказывается сложной формы - не s, не p, не d, а непонятно какая. Но всегда ее можно записать как сумму, например, чистых s и p - это и называется sp-гибридизацией.

 

Строго говоря, орбитали - это не зоны нахождения электрона, а формы самого электрона. Это он так размазан. Электрон большой!

 

"Ось вращения", выделенное направление появляется тогда, когда мы пытаемся увидеть (измерить) спин. Любой измеритель направления спинов обязательно выстроит спины вдоль себя, и некоторые будут направлены "вверх", а некоторые - "вниз" с нашей точки зрения.

[kciray]

Спасибо за ответ.

У меня вопросы - как тогда предславлять L,M и далее электронные оболочки? Получится сфера в сфере.И что, электроны с верхних оболочках также наиболее вероятно находятся у ядра? тогда почему мы считаем их энергию большей? И как происходят столкновения электронов?

[Wergilius]

Я знаю, то что орбиталь - это зона нахождения электрона с вероятностью 95%. s орбиталь является сферой (а не шаром), на котором могут находится 2 электрона. Но p орбиталь - она же в форме 2-х капелек - как это объяснить??? Капельки же пересекаются с ядром - неужели электрон может пролетать сквозь ядро?И вообще - откуда фундаментально взялась эта форма?

"Орбиталь" эта область пространства, вероятность обнаружить электрон в которой составляет 95%. По сути это объем, тройной интеграл по которому от квадрата нормированной волной функции равен 0,95.

 

И ещё вопрос - как понимать вращение одного электрона против, а другого по часовой стрелке? Относительно чего? У атома есть ось вращения?

У электрона есть собственный магнитный момент (спин) и орбитальный магнитный момент.

В классической физике, магнитный момент образуется у вращающихся зарядов.

Поэтому, для описания на классическом уровне (по большей части учебном), принимают, что орбитальный момент вызван вращением электрона по орбите, а собственный магнитный момент вращением вокруг собственной оси.

Электрон конечно никуда не вращается, но магнитный моент (собственный и орбитальный) у него есть.

Так вот, в магнитном поле происходит расщепление энергетических уровней электрона на два подуровня (соотвественно спин "+" и спин "-" )

[Gall]

Спасибо за ответ.

У меня вопросы - как тогда предславлять L,M и далее электронные оболочки? Получится сфера в сфере.И что, электроны с верхних оболочках также наиболее вероятно находятся у ядра? тогда почему мы считаем их энергию большей?

Да, шар в шаре и как бы в одном и том же месте. И у всех максимум вероятности - в центре. Но у более высоких электронов вероятность в центре поменьше, а "хвосты" вероятности по краям - побольше и пошире. Зона вероятности 0.95, которую обычно называют "радиусом", стало быть тоже больше. Все s-электроны колеблются относительно центра по радиусу, но у K-оболочки амплитуда колебаний невысока, у L она больше, а у M еще больше. Соответственно больше и энергии.

 

p-электроны колеблются так же, но уже не по радиусу, а по прямой через центр. У них уже есть разные направления колебаний. Декартовых координат три, поэтому и колебания можно разложить на три проекции по трем осям - три взаимно перпендикулярные гантельки.

 

У d-электронов колебания еще более сложные. Если проводить аналогию с колебаниями каната в спортзале, то s - это канат, описывающий круги, p - качающийся как маятник, d и выше - когда по канату идут волны.

 

И как происходят столкновения электронов?

Строго говоря, не столкновения, а взаимодействия. Электроны всегда "соприкасаются". Но при определенном стечении обстоятельств у одного электрона или у группы электронов может измениться характер колебаний, характер волновой функции. Например, электрон из p может превратиться в s. Это может произойти у одиночного электрона (и происходит при излуении и поглощении фотонов), но далеко не всегда. У группы из нескольких электронов больше свободы, ведь электроны неразличимы, их колебание для них общее. Это как пластилин - если слепить вместе несколько кусочков, то будет больше способов поделить получившееся на части. Поэтому некоторые явления происходят только при взаимодейсвии электронов друг с другом.

[-Mike-]

Я знаю, то что орбиталь - это зона нахождения электрона с вероятностью 95%. s орбиталь является сферой (а не шаром), на котором могут находится 2 электрона. Но p орбиталь - она же в форме 2-х капелек - как это объяснить??? Капельки же пересекаются с ядром - неужели электрон может пролетать сквозь ядро?И вообще - откуда фундаментально взялась эта форма?

И ещё вопрос - как понимать вращение одного электрона против, а другого по часовой стрелке? Относительно чего? У атома есть ось вращения?

С два-три десятка лет назад слышал об одной достаточно стройной теории сути электрона: он представлялся в виде цилиндрической пружинки-волны. В атоме соответственно электрон нечто свёрнутого вращающегося кольца, которое может и поворачиваться по любому.

Если такая гипотеза верна, то легко показать, что вращаясь кольцом, электрон создаёт магнитное поле (спин), на одной орбитали могут находится два колечка с разным вращением при минимуме энергии. А главное, становится понятным, почему электрон не падает на ядро: волновое кольцо в принципе не может упасть, даже смещаясь и захватывая кольцевым полем ядро тут же появляются силы, центрующие систему. А также ясно про p орбиталь - ничего невероятного в пронизывании волновым полем ядра нет. Понятно и про вероятности нахождения электрона, про пронизывание одних орбиталей другими, сути стоячей волны электрона вокруг ядра, процесс поглащения энергии и даже физику появления расщепления уровней...

 

Общепринятое видение микромира и бОльшую часть информации о нём нам показывают и доказывают через математику, обосновывающие опыты. На некотором этапе скапливаются противоречия. Если они важны-фундаментальны, то идёт переосмысление процессов физики. Если они не слишком мешают, то на них не сильно и обращают внимание, происходит "засаливание". Наверное поэтому и появляются подобные вопросы-недоразумения у молодого свежего взгляда.

 

P.S. Эта теория была разработана кажется более глубоко и включала не только видение электрона, но и фотона, ядра. Этим занимался какой-то русский физик, потратил большую часть жизни, чтобы устранить накопившиеся противоречия. Почему о нём не слышно? Может просто не вписался в "монументальные знания" академиков? История рассудит.

Изменено 16 Ноября, 2011 в 15:50 пользователем -Mike-

[Gall]

P.S. Эта теория была разработана кажется более глубоко и включала не только видение электрона, но и фотона, ядра. Этим занимался какой-то русский физик, потратил большую часть жизни, чтобы устранить накопившиеся противоречия. Почему о нём не слышно? Может просто не вписался в "монументальные знания" академиков? История рассудит.

Вроде бы противоречия так и не ушли. А вот представление в виде пространственной волны по де Бройлю оказалось состоятельным. Во всяком случае, основанные на нем расчетные программы неплохо вычисляют макроскопические свойства тел, и цифры сходятся с экспериментом. То есть - уже не качественное, а вполне точное количественное описание явления.