8/3/2019 Dlaczego elektron nie spada na jądro atomowe?

http://slidepdf.com/reader/full/dlaczego-elektron-nie-spada-na-jadro-atomowe 1/1

88 ŚWIAT NAUKI Luty 2010

Odpowiada prof. dr hab. Jan Mostowski z In-

stytutu Fizyki PAN: Na początek dobrzebyłoby uświadomić sobie istotę prob-lemu. Wiemy z obserwacji, że obiektyobdarzone ładunkami elektrycznymio przeciwnych znakach przyciągają sięi „spadają” na siebie, często „przykleja- jąc się”. Jednak w przypadku dodatnio

naładowanego jądra i znajdujących sięw jego pobliżu ujemnie naładowanychelektronów tak nie jest.

W najprostszym modelu atomu wodo-ru elektron krąży wokół jądra, podobnie  jak Ziemia wokół Słońca. Planety niespadają na gwiazdy, więc może analo-giczne prawa działają w atomie? Jednakw myśl klasycznych praw elektromagne-tyzmu, naładowana cząstka – elektron,krążąc wokół jądra, powinna tracićenergię w postaci promieniowania elek-tromagnetycznego, a w związku z tymprzybliżać się do jądra. Zarówno intui-cja, jak i klasyczna teoria elektromag-

netyzmu prowadzą do wniosku, że elek-tron powinien spaść na jądro.

Tak się jednak nie dzieje. Atomysą trwałe. Trzeba przyjąć ten fakt i na tejpodstawie budować teorię atomów i in-nych mikroskopowych cząstek. Powstałaona na początku XX wieku, a nazywamy  ją teorią kwantów. Nie jest intuicyjna,

choć opiera się na kilku prostych zało-żeniach. Jedno z nich to zasada zacho-wania energii. Drugie – istnienie stanu

(a więc konfiguracji elektronów i ją-dra) o najmniejszej energii, co oznacza,że elektron nie może bez ograniczeńoddawać swojej energii poprzez pro-mieniowanie. Kolejnym jest istnieniestałej, nazywanej stałą Plancka, którawyznacza obowiązujące w mikroświecieskale wielkości. W atomie wodoru ska-la ta wynosi około 10 –10 m, co oznacza,że w atomie wodoru elektron w stanieo najniższej energii znajduje się w takiejwłaśnie odległości od jądra. Doświad-

czenia zdobyte przy okazji obserwacjiprzyrody nie pozwalają na intuicyjnąinterpretację tego wyniku. Należy przy- jąć do wiadomości, że fizyka kwantowawprowadza nową, nieznaną w fizyceklasycznej skalę odległości.

Stabilność atomu można zrozumieć,odwołując się do zasady nieoznaczo-

ności, wynikającej z teorii kwantów.Według niej, jeśli elektron jest zloka-lizowany w pewnym obszarze, to jego

pęd (czyli iloczyn masyi prędkości) nie może byćzbyt mały. Jego minimal-na wartość jest propor-cjonalna do stałej Planckai odwrotnie proporcjonal-na do rozmiarów obszaru.Prowadzi to do powstaniaograniczenia na minimalnąwartość energii kinetycznej

elektronu, która jest tymwiększa, im mniejszy jestobszar, w którym on sięznajduje. Z drugiej strony,elektron i jądro przyciągająsię, a więc im są bliżej, tymenergia potencjalna elek-tronu jest mniejsza. Stądwniosek, że istnieje najbar-dziej optymalny obszar wo-kół jądra, w którym możeznajduje się elektron, gdy  jego całkowita energia jest

najmniejsza. Ma on rozmiarokoło 10 –10 m. Dalsze zbliża-nie się elektronu do jądra prowadziłobydo zwiększania jego energii. Ostatecz-nie odpowiedź na postawione pytaniebrzmi: elektron w atomie znajduje sięw takiej odległości od jądra, żeby jegocałkowita energia była minimalna. n

 Pytania prosimy kierować na adresredakcji: Świat Nauki,ul. Garażowa 7, 02-651 Warszawa,lub e-mailem: [email protected]

JAK I DLACZEGOwww.swiatnauki.pl/jakidlaczego

?

   M   I   R   O   S   Ł   A   W    G

   R   Y    Ń

 Dlaczego elektron nie spada na jądro atomowe?Katarzyna PłaczeK z KamioneK K. Poznania