Je hebt gelijk, het planetaire model van het atoom heeft geen zin als je kijkt naar de elektromagnetische krachten die erbij betrokken zijn. Het elektron in een baan versnelt continu en zou zo zijn energie uitstralen en in de kern vallen.

Een van de redenen voor het "uitvinden" van de kwantummechanica was precies dit raadsel.

Het Bohr-model werd voorgesteld om dit op te lossen door te bepalen dat de banen gesloten en gekwantiseerd waren en dat er geen energie verloren kon gaan terwijl het elektron zich in een baan bevond, waardoor de stabiliteit van het atoom werd gecreëerd dat nodig is om vaste stoffen te vormen en vloeistoffen. Het verklaarde ook de lijnen die in de spectra van geëxciteerde atomen werden waargenomen als overgangen tussen banen.

Als je verder in de natuurkunde studeert, leer je over kwantummechanica en de axioma's en postulaten die de vergelijkingen vormen waarvan de oplossingen exacte getallen geven voor wat de eerste gok was bij een model van het atoom.

Kwantummechanica wordt geaccepteerd als het onderliggende niveau van alle fysieke krachten op microscopisch niveau, en soms kan de kwantummechanica macroscopisch worden gezien, zoals bijvoorbeeld bij supergeleiding. Macroscopische krachten, zoals die veroorzaakt worden door klassieke elektrische en magnetische velden, zijn beperkende gevallen van de werkelijke krachten die microscopisch regeren.

Ik kan niet zien hoe een negatief geladen elektron in een "baan" kan blijven rond een positief geladen kern. Zelfs als het elektron daadwerkelijk in een baan om de kern draait, zou die baan dan niet uiteindelijk vervallen?

Ja. Wat je hebt gegeven is een bewijs dat het klassieke, planetaire model van het atoom faalt.

Ik kan de snel bewegende elektronen die nodig zijn voor het planetaire model niet in overeenstemming brengen met de manier waarop atomen worden beschreven als het vormen van bindingen. Als elektronen in banen rondzoomen, hoe kunnen ze dan plotseling "stoppen" om bindingen te vormen.

Juist. Er zijn zelfs nog eenvoudiger bezwaren van dit type. Het planetaire model van waterstof zou bijvoorbeeld beperkt zijn tot een vlak, maar we weten dat waterstofatomen niet plat zijn.

Mijn vraag is hier of het planetaire model zelf deze zorgen op de een of andere manier aanpakt (die ik mis) [...]

Nee, het planetaire model is gewoon verkeerd. Het Bohr-model, dat een vroege poging was om het planetaire model op te lappen, is ook verkeerd (het voorspelt bijvoorbeeld een vlak waterstofatoom met een impulsmoment van nul nul in de grondtoestand).

De kwantummechanische resolutie van dit probleem kan worden benaderd op verschillende niveaus van wiskundige en fysieke verfijning. Zie voor een verfijnde discussie deze mathoverflow-vraag en de antwoorden en referenties daarin: https://mathoverflow.net/questions/119495/mathematical-proof-of-the-stability-of-atoms

Op het meest eenvoudige niveau werkt de resolutie als volgt. We moeten het idee volledig loslaten dat subatomaire deeltjes goed gedefinieerde banen in de ruimte hebben. We hebben de de Broglie-relatie $ | p | = h / \ lambda $, waarbij $ p $ het momentum van een elektron is, $ h $ de constante van Planck is en $ \ lambda $ de golflengte van het elektron. Laten we ons beperken tot één dimensie. Stel dat een elektron beperkt is tot een gebied in de ruimte met een breedte van $ L $, en dat er aan beide kanten ondoordringbare muren zijn, zodat het elektron geen kans heeft om buiten deze eendimensionale "doos" te zijn. Deze doos is een vereenvoudigd model van een atoom. Het elektron is een golf, en als het beperkt is tot een ruimte als deze, is het een staande golf. Het staande golfpatroon met de langst mogelijke golflengte heeft $ \ lambda = 2L $, wat overeenkomt met een superpositie van twee lopende golven met momenta $ p = \ pm h / 2L $. Deze maximale golflengte legt een minimum op aan $ | p | $, wat overeenkomt met een minimale kinetische energie.

Hoewel dit model in detail fout is (en in feite overeenkomt met de feitelijke beschrijving van het waterstofatoom nog slechter dan het Bohr-model), het bevat de juiste ingrediënten om uit te leggen waarom atomen niet instorten. In tegenstelling tot het Bohr-model heeft het de juiste conceptuele ingrediënten om het te generaliseren, uit te breiden en strenger te maken, wat leidt tot een volledige wiskundige beschrijving van het atoom. In tegenstelling tot het Bohr-model, maakt het duidelijk wat er fundamenteel aan de hand is: als we een deeltje beperken tot een kleine ruimte, krijgen we een ondergrens voor zijn energie, en daarom kan het, als het eenmaal in het staande golfpatroon is met die energie, ' t instorten; het is al in de staat van de laagst mogelijke energie.

De behandeling van elektronen als golven is gecombineerd met sferische harmonischen (onder afbeelding) om de basis te vormen voor een modern begrip van hoe elektronen 'ronddraaien'.

Tweaks aan de sferische harmonische differentiaalvergelijkingen leveren de Schrodinger-vergelijking op, die de geaccepteerde modellen van elektronen orbitale structuren oplevert:

Het enige element waarvoor de Schrodinger-vergelijking exact kan worden opgelost (benadering is nodig voor de rest) is waterstof:

Deze modellen voorspellen in wezen nul kans dat een elektron de kern zal binnendringen voor de meeste orbitalen. In de orbitalen waar er enige tijd is dat een elektron tijd in de kern doorbrengt, wordt aangenomen dat het energetisch ongunstig is voor het elektron om zich aan het proton te binden. Als elektronen slechts puntladingen waren, zou dit niet mogelijk zijn, maar de golfkarakteristiek van elektronen creëert verschijnselen zoals het Pauli-uitsluitingsprincipe die anders voorspellen.

In het kort,

1. Het Bohr - planetaire model behandelt deze kwesties niet echt .

Bohr, een genie, beweerde alleen dat de verschijnselen op atomair niveau een combinatie waren van stationariteit terwijl ze in een baan waren, en discrete kwantumsprongen tussen de banen . Het was een postulaat dat enige overeenstemming met het experiment opleverde en zeer nuttig was voor de toekomstige ontwikkeling van de kwantummechanica, alleen omdat het mensen ertoe bracht na te denken over stationariteit en discretie.

2 Het is totaal nutteloos om over chemische bindingen te praten. Je hebt volkomen gelijk dat je je er ongemakkelijk bij voelt.

3 Het zou een punt zijn, maar je zou de kwantummechanica van Heisenberg en Schroedinger kunnen zien als de enige manier om het planetaire model van Bohr te redden, door eindelijk het bedenken van een verklaring voor de stationariteit van de toestand van een elektron rond (maar niet langer beschouwd als «baan») de kern en een verklaring voor discrete sprongen als reactie op verstoringen van buitenaf. Maar daarvoor moest het elektron meer als een golf worden gezien en dus geen een definitieve locatie langs de baan hebben.

hier is een antwoord van Dr.Richard Feynman http://www.feynmanlectures.caltech.edu/II_01.html#Ch1-S1

Weet je, Die atomen worden natuurlijk gemaakt met positieve protonen in de kern en met elektronen daarbuiten. Je kunt je afvragen: "Als deze elektrische kracht zo geweldig is, waarom komen de protonen en elektronen dan niet gewoon op elkaar? Als ze in een intieme mix willen zijn, waarom is het dan niet nog intiemer? " Het antwoord heeft te maken met de kwantumeffecten. Als we proberen onze elektronen op te sluiten in een gebied dat heel dicht bij de protonen ligt, dan moeten ze volgens het onzekerheidsprincipe een gemiddeld vierkant momentum hebben dat groter is naarmate we proberen ze te beperken. Het is deze beweging, vereist door de wetten van de kwantummechanica, die ervoor zorgt dat de elektrische aantrekkingskracht de ladingen niet dichter bij elkaar brengt.

Vanuit het perspectief van de vrager lijken de verklarende eigenschappen van de meeste van deze antwoorden behoorlijk slecht. Ik geef hier de voorkeur aan het antwoord van Emilio Pisanty: Waarom wordt het elektron van waterstof niet in de kern getrokken? omdat het precies uitlegt hoe het onaniteitsprincipe de feiten van deze atomaire realiteit dicteert.

Het samengevatte probleem is dat, als het geladen en aangetrokken elektron en proton in elkaar zouden vallen, we precies hun positie zouden weten, en door het Heisenberg-onzekerheidsprincipe zou onze kennis van het momentum enorm klein zijn. kan van alles zijn. De kans dat het momentum dus groot genoeg is om aan deze in wezen elektrostatische aantrekkingskracht te "ontsnappen", is zeer groot. Daarom wijken de elektronen terug naar een gemiddelde afstand van de kern. Het elektron bevindt zich in de positie die het is (of liever de gemiddelde positie) om deze twee tegengestelde krachten in evenwicht te houden.

De onzekerheid van Heisenberg werkt als een afstotende kracht, vergelijkbaar met het effect van het comprimeren van een gas. Meer compressie = meer terugslag.

Soms 'crashen elektronen in de kern' - dit wordt elektronenvangst genoemd en is een manier van verval voor sommige onstabiele isotopen.

Er is geen baan rond de kern, aangezien de verwachtingswaarde voor impulsmoment voor grondtoestand $ \ psi_0 $ nul is; $ \ langle {\ psi_0} \ rangle = 0 \;. $ Daarom kunnen we niet praten over het klassieke planeetmodel, zoals Bohr deed. Ook het onzekerheidsprincipe van Heisenberg voorkomt dat elektronen goed gedefinieerde banen hebben. Elektron bevindt zich gewoon ergens buiten de kern.

Omdat proton positief geladen is en elektron negatief, hebben ze een aantrekkelijke Coulomb-kracht. Maar kleine kwantumdeeltjes, zoals elektronen, gedragen zich als golven en kunnen niet worden samengeperst tot een te klein volume zonder hun kinetische energie te vergroten. Dus het elektron op de grondtoestand $ \ psi_0 $ bevindt zich in de evenwichtstoestand tussen de kracht van Coulomb en de vreemde kwantumdruk.

Elektronen botsen niet in de kern van een atoom. De reden is diep geworteld in de kwantummechanica. Volgens het onzekerheidsprincipe van Heisenberg worden de onzekerheid in positie en momentum gerelateerd door $$ \ Delta x \ Delta p_x \ geqslant \ hbar / 2 $$ Wanneer het elektron dichter bij de kern komt, raakt het elektron opgesloten in een kleiner gebied van de ruimte, zodat de onzekerheid in de positie $ \ Delta x $ van het elektron afneemt. Dienovereenkomstig neemt de onzekerheid in momentum $ \ Delta p_x $ toe. Dit betekent dat de elektronen gemiddeld een hogere energie hebben en daardoor wijkt het systeem af van evenwicht. Als het elektron in de kern valt, dwz $ \ Delta x \ rightarrow0 $ , dan $ \ Delta p_x \ rightarrow \ infty $ wat oneindige energie impliceert. Dus om de stabiliteit van het systeem te behouden, proberen de elektronen weg te blijven van de kern.

Maar als het elektron erin slaagt om in de kern te crashen, dan zou het een oneindige hoeveelheid energie krijgen volgens het onzekerheidsprincipe dat in de natuur onpraktisch is.

Een planeet die in een baan om een ster draait met een excentriciteit die kleiner is dan de eenheid, zou kinetische energie moeten verliezen om de ster in te spiralen.Dit zou op de lange termijn kunnen gebeuren voor een planetair systeem als gevolg van de emissie van gravitatiestraling en als gevolg van getijdekrachten, het opwarmen van de ster of de planeet gevolgd door stralingskoeling.In de kwantummechanica kan dit niet gebeuren.

Als de planeet een excentriciteit heeft die gelijk is aan eenheid, analoog aan een s-orbitaal, botst hij recht op de ster waar zijn kinetische energie wordt omgezet in warmte. Nogmaals, in de kwantummechanica kan dit niet gebeuren.

Of de kwantummechanica verklaart waarom, of alleen hoe, door constructie zo'n atomaire instorting niet plaatsvindt, is een kwestie van interpretatie. Merk op dat elektronenvangst door sommige kernen, zoals besproken in andere antwoorden, vereist dat rekening wordt gehouden met de zwakke interactie.Ik interpreteer de oorspronkelijke vraag als zijnde over elke kern, niet alleen degene die vatbaar is voor elektronenvangst.

Hoewel al deze antwoorden fundamenteel correct zijn, vooral met betrekking tot Schrodinger en het schilmodel van elektronen, is er een heel basaal middel voor radioactief verval, dat van elektronenvangst, dat nog niet is besproken. Ja inderdaad, elektronen die rond het atoom draaien, kunnen in de kern worden opgevangen. (Zie voor referentie http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_capture) Elektronenvangst is een proces waarbij een protonenrijke nuclide een innerlijk atoomelektron absorbeert, waardoor een nucleair proton verandert in een neutron en tegelijkertijd de emissie van een elektronenneutrino veroorzaken. Verschillende fotonenemissies volgen, omdat de energie van het atoom naar de grondtoestand van de nieuwe nuclide daalt. Elektronenvangst is een veel voorkomende vervalmodus voor isotopen met een overaanbod aan protonen in de kern. Interessant aan het fenomeen elektronenvangst is dat het niet afhangt van de elektronen in de elektronenwolk van het atoom, maar eerder van de kern. Men kan dus niet negeren dat het gedrag van elektronenvangst uitsluitend afhankelijk is van de kern, niet van de elektronen. Als de kern bijvoorbeeld koolstof-9 is, zal 100% van deze isotoop vervallen via elektronenvangst tot 9-boor. Toch vervalt koolstof-14, dat dezelfde elektrische lading en hetzelfde aantal elektronen in een identiek geconfigureerde elektronenwolk heeft, nooit via elektronenvangst. De kwantumfysica, zeker als het antwoord focust op de elektronen van het atoom, heeft moeite om het gedrag van Electron Capture met voldoende geloofwaardigheid te verklaren. Dus in antwoord op je vraag, elektronen vallen inderdaad in de kern, via het fenomeen elektronenvangst, maar dat gedrag kan niet verklaard worden door de kwantumfysica van de elektronen te onderzoeken.