Kroženje? elektronov okoli jedra

Nedeljivi. Atomi? Ne, delci!
veter
Posts: 19
Joined: 19.8.2008 22:21

Kroženje? elektronov okoli jedra

Post by veter » 19.8.2008 22:28

Pozdravljeni!

Že kar precej let je, odkar sem žulil šolske klopi, zato mi je že marsikaj ušlo iz glave...
Ali se še prav spominjam, da so nas v šoli učili, da elektroni krožijo okoli jedra atoma? Zanima me s kakšno frekvenco krožijo okoli jedra.
Kako pa je to potem "urejeno" pri molekulah?
Ali tam tudi skupni elektron kroži okoli cele molekule?

Hvala za vaše odgovore!

User avatar
Aniviller
Posts: 7263
Joined: 15.11.2004 18:16

Re: Kroženje? elektronov okoli jedra

Post by Aniviller » 19.8.2008 22:50

Bom poskusil razlozit brez pogosto navajanih nepravilnosti. Zahtevnejsi fiziki se je pri razlagi tezko popolnoma izogniti, zato kar vprasaj ce kaj ni jasno.

Kot prvo je treba povedati, da je ta predstava o krozenju napacna. Za elektrone velja kvantna mehanika. To pomeni, da je v nezmotenem atomu elektron pravzaprav pri miru, le da ne ves kje tocno se nahaja. Oblika obmocja, kjer je verjetnost nahajanja najvecja, je odvisna od orbital: okrogla za s orbitale, podolgovata v eni smeri za p orbitale,... Frekvenco pa lahko kljub temu dolocis, ker je sorazmerna z vezavno energijo elektrona - zveza je enaka kot pri fotonih (\(E=h\nu\), ce pa vstavis razliko med dvema energijskima nivojema, pa dobis frekvenco izsevane svetlobe pri prehodu). Vezavne energije so od nekaj elektronvoltov za zunanje lupine, pa tja do kiloelektronvoltov za tiste elektrone cisto ob jedru (za tezje atome). Bolje kot pretvarjanje enot bo, ce povem, da vidni svetlobi ustreza energija okrog 3eV, frekvence so okrog \(10^{15}Hz\), frekvence elektronov so vecinoma vecje od tega. Skratka, prakticno vsak element ima elektrone z drugacno frekvenco, ta se spremeni tudi zaradi vezi s sosednjimi elektroni.

Glede vezi pa takole: ionska vez ne vpliva kaj dosti na elektrone. En atom ima nekaj elektronov prevec, drugi premalo, se vedno pa se obnasajo kot da je atom priblizno prost. Kovalentna vez pa pomeni, da se verjetnostna gostota za nahajanje elektrona spremeni - najdemo ga lahko blizu obeh atomov (lahko reces, da je skupen vecjemu delu molekule). Standardne oblike orbital ne drzijo vec, ker je oblika bolj zapletena. Predvsem za vezi ogljik-vodik so te oblike malo bolj klasificirane, mogoce se spomnis govora o \(sp_2\), \(sp_3\) hibridizacijah.

Zelo redko je elektron porazdeljen okrog vec kot dveh atomov (zato sploh lahko govorimo o vezeh). Znana izjema so valencni elektroni pri benzenovem obrocu, za katere mirno lahko reces, da se nahajajo "kjerkoli" v molekuli (zato kemiki uporabljajo namesto dvojnih in enojnih vezi krogec). Kot receno, o krozenju okrog cele molekule pa ne moremo govoriti, nujna je uporaba kvantne mehanike. Pogosto navajan protiprimer je to, da bi klasicen elektron, ki bi krozil okrog jedra, izgubljal energijo in padel noter (ce je nabit in krozi, deluje kot antena in seva, s cimer oddaja energijo).

veter
Posts: 19
Joined: 19.8.2008 22:21

Re: Kroženje? elektronov okoli jedra

Post by veter » 20.8.2008 11:48

Se opravičujem, res sem bolj malo razumel v vašem odgovoru.
Sicer sem nekaj slišal o s in p orbitalah....

Če prav razumem, je potem elektron praktično "pri miru" orbitala pa pove v kateri prostorski obliki je največja verjetnost da ga najdeš?
Moti me le tista vaša beseda "pravzaprav" pri miru. Ali potem elektron stoji čisto pri miru, ali vseeno rahlo"trepeta" okoli svojega mesta?

Kolikšna je potem vezavna energija elektronskega para v molkuli vode (H20)?

Ne razumem pa potem, kako se potem lahko pogovarjamo o frekvencah elektronov, če le-ti "stojijo" pri miru? Sem mislil, da je potem to frekvenca s katero krožijo-se gibljejo okoli jedra....

Ali je ta "frekvenca" potem vzrok, s katero lahko astronomi na daljavo ugotavljajo sestavo zvezd, atmosfere planetov?

Hvala za vašo potrpežljivost pri moji nevednosti...

LP!

User avatar
Aniviller
Posts: 7263
Joined: 15.11.2004 18:16

Re: Kroženje? elektronov okoli jedra

Post by Aniviller » 20.8.2008 12:43

No, astronomi gledajo razmike med frekvencami razlicnih stanj (prehod iz vzbujenega stanja v nizje izseva foton z ustrezno frekvenco). Lahko pa iz tega rekonstruiras tocne energije stanj (ce poznas vse razlike sosedov dobis nivoje). Vezana stanja delcev so vedno stacionarna (izjema je, ce ima vec stanj tocno isto energijo in vrtilno kolicino, med temi lahko prehaja). Verjetnostna gostota se nic ne spreminja (mogoce sem narobe izbral besede - tezko namrec govoris o polozaju elektrona, ker je malo tu, malo tam), razen ce pride motnja od zunaj, ki elektronu spremeni energijo (trki, zunanje polje, obsevanje s svetlobo).

Glede frekvence pa: kvantna mehanika predpostavlja amplitudo verjetnosti. Verjetnostna gostota je kvadrat te amplitude, in je stacionarna. Amplituda sama pa se tudi v stacionarnem stanju spreminja - faza se ji ''vrti'' z omenjeno frekvenco (ravno ta frekvenca nosi vso informacijo o energiji, iz verjetnostne gostote se energije ne da dolocit!). Podobno npr. kot pri stojecem valovanju vrvi ovojnica ostane enaka, kljub temu pa vrv niha z doloceno frekvenco. Ta faza potem sodeluje tudi v interferencnih pojavih, zato se delci obnasajo kot valovanje. Lepa lastnost je, da so te frekvence enake, kot bi jih izracunal iz klasicnega krozenja okrog jedra.
To fazo se matematicno predstavi s kompleksnimi stevili, da se da potem kaj izracunat.

Za stevilske podatke za vodo bo moral pa odgovoriti kaksen kemik.

veter
Posts: 19
Joined: 19.8.2008 22:21

Re: Kroženje? elektronov okoli jedra

Post by veter » 20.8.2008 22:11

Pozdravljeni!

Očitno se bom moral pošteno zabubiti vsaj v WIKIPEDIO, da bom 100% razumel zgoraj navedeno razlago. Nič hudega, saj se rad vedno kaj novega naučim.

Zanima me še nekaj: Kako se lahko izračuna potrebna energija za razpad molekule vode pri elektrolizi? Od česa natančno je odvisna velikost (sile?) ki držu skupaj atom vodika in kisika?

Hvala tudi za to razlago in lep pozdrav!

User avatar
Aniviller
Posts: 7263
Joined: 15.11.2004 18:16

Re: Kroženje? elektronov okoli jedra

Post by Aniviller » 21.8.2008 16:25

Pogledas v tabelo. Kovalentna vez mocno spremeni obliko orbital elektronov, zato je racun ze za spretnega fizika zahteven in nedvomno zahteva uporabo numericnih metod (uporaba racunalnika). Meni tega se ni bilo treba pocet in upam da bo tako tudi ostalo. Za ionske vezi je lazje, tam je potrebna energija enaka privlacni energiji posameznih ionov (plus ionizacijske energije).

tomislav
Posts: 2
Joined: 17.10.2008 14:22

Re: Kroženje? elektronov okoli jedra

Post by tomislav » 17.10.2008 14:40

Mislim, da ni treba odpirati nove teme in lahko kar tu vprašam, saj je debata o atomih in elektronih.
Zanima me, če lahko kdo pojasni zakaj se pri praznjenju orbital najprej sprazni 4s in šele nato 3d orbitala?

User avatar
shrink
Posts: 14560
Joined: 4.9.2004 18:45

Re: Kroženje? elektronov okoli jedra

Post by shrink » 17.10.2008 16:22

tomislav wrote:Mislim, da ni treba odpirati nove teme in lahko kar tu vprašam, saj je debata o atomih in elektronih.
Zanima me, če lahko kdo pojasni zakaj se pri praznjenju orbital najprej sprazni 4s in šele nato 3d orbitala?
Elektroni v 4s orbitali se nahajajo na nižjem energijskem nivoju kot elektroni v 3d orbitali.

tomislav
Posts: 2
Joined: 17.10.2008 14:22

Re: Kroženje? elektronov okoli jedra

Post by tomislav » 19.10.2008 10:11

Saj, zato ni logično da se prej spraznijo 4s orbitale. Po tej logiki bi se še prej morale npr. 1s, ki imajo še nižjo energijo. Al ne?

User avatar
system32
Posts: 61
Joined: 8.7.2008 16:40

Re: Kroženje? elektronov okoli jedra

Post by system32 » 19.10.2008 12:07

Ne. Ker so 4s na nižjem energijskem nivoju jih je lažje odstraniti, kot pa tiste elektrone na 1. orbitali.

User avatar
shrink
Posts: 14560
Joined: 4.9.2004 18:45

Re: Kroženje? elektronov okoli jedra

Post by shrink » 19.10.2008 20:40

tomislav wrote:Saj, zato ni logično da se prej spraznijo 4s orbitale. Po tej logiki bi se še prej morale npr. 1s, ki imajo še nižjo energijo. Al ne?
Sorry, praznjenje sem prebral kot polnjenje. Polnijo se namreč najprej orbitale z nižjo energijo (ker se 4s nahaja načeloma na nižjem energijskem nivoju od 3d, se bo ta začela prej polniti):

Image

Pri bakru pa se vrstni red polnjenja rahlo spremeni (to je verjetno primer, ki te zanima); napolni se le en elektron na 4s orbitali, drugi pa gredo na 3d orbitale:

Image

Glej npr.:

http://www.minet.si/kemija/lekcije.php?c=1&id=14

Praznjenje poteka v obratnem vrstnem redu.

User avatar
fogl
Posts: 545
Joined: 7.11.2004 20:25
Location: Radovljica

Re: Kroženje? elektronov okoli jedra

Post by fogl » 20.10.2008 14:20

Aniviller wrote:Kot prvo je treba povedati, da je ta predstava o krozenju napacna. Za elektrone velja kvantna mehanika. To pomeni, da je v nezmotenem atomu elektron pravzaprav pri miru, le da ne ves kje tocno se nahaja.
A ne bi elektron, če bi bil primiru, padel v jedro zaradi privlačne sile med protoni in elektroni?

Kaj pa tole, kar piše na telj spletni strani, je to nakladanje?

User avatar
Aniviller
Posts: 7263
Joined: 15.11.2004 18:16

Re: Kroženje? elektronov okoli jedra

Post by Aniviller » 20.10.2008 14:56

V bistvu je elektron ze v jedru (osnovno stanje ima maksimum verjetnosti v srediscu). Kolikor mu pac to dovoljuje nacelo nedolocenosti, zaradi katerega se ne more zgostiti v tocko. Zato je tudi omejena najnizja energija, katero lahko doseze v osnovnem stanju. Tvoje razmisljanje je se vedno prevec klasicno.

Nacelo nedolocenosti je odrazanje lastnosti kvantne mehanike, da se delcu, ce ga stisnes na manjse obmocje, poveca energija. Ce se hoce ustaliti pri najnizji energiji (osnovno stanje), se cim bolj razleze.

Tale stran cisto zgledno prikaze valovno naravo v kvantni mehaniki, ne opisuje pa vezanih stanj na jedru ali kakrsnegakoli konkretnega primera. Prikazani "valovi" so le ena komponenta verjetnostne amplitude, zato da bolj zivo prikazejo dejanske valove - ce gledas samo verjetnostno gostoto (ta je kvadrat amplitude) bo ta veliko bolj stacionarna (v vezanih stanjih se ta ne spreminja, pri potujocih valovih pa bi se videlo le sipanje na ovirah in interferenca). To je tudi edina opazljiva kolicina (informacijo o fazi delci zadrzijo zase, je pa bistvena za popoln popis stanja).

User avatar
fogl
Posts: 545
Joined: 7.11.2004 20:25
Location: Radovljica

Re: Kroženje? elektronov okoli jedra

Post by fogl » 20.10.2008 15:40

Aniviller wrote:V bistvu je elektron ze v jedru (osnovno stanje ima maksimum verjetnosti v srediscu). Kolikor mu pac to dovoljuje nacelo nedolocenosti, zaradi katerega se ne more zgostiti v tocko. Zato je tudi omejena najnizja energija, katero lahko doseze v osnovnem stanju. Tvoje razmisljanje je se vedno prevec klasicno.
V tejle temi smo računali energijo elektrona kot da ta kroži okoli jedra. Zdej res ne vem več (še kar ne vem), kdaj je primerna katera razlaga :roll: Mogoče veš za kakšno "pametno" knjigo (link), kjer bi bilo vse to lepo razloženo?
Aniviller wrote:Tale stran cisto zgledno prikaze valovno naravo v kvantni mehaniki
Če je to kar je na tej strani nakladanje sprašujem zato, ker že na prvi strani pod naslovom piše: "The material Universe is solely made out of Aether ", za eter pa so že ugotovili, da je bila to napačna predpostavka. Med drugim ta tip piše tudi "I do propose many revolutionary assumptions throughout these pages.". Očitno zraven dodaja neke svoje rešitve...

User avatar
Aniviller
Posts: 7263
Joined: 15.11.2004 18:16

Re: Kroženje? elektronov okoli jedra

Post by Aniviller » 20.10.2008 19:25

Tudi polklasicen izracun lahko da pravilen rezultat, ce ne drugega, velja korespondencno nacelo - v limiti moras dobiti klasicno fiziko nazaj. Pa tudi enacbe kvantne mehanike so v osnovi iste kot v klasicni, le interpretirane so drugace. Tako da z modelom krozenja se da marsikaj opisat, ceprav je predpostavka napacna.


Glede linka sem rekel: prikaz pojavov je do neke mere kredibilen, ceprav ne opisuje nobenega realnega primera (pravzaprav sploh nima veliko veze s kvantno mehaniko ampak samo malo z valovanjem). Vidi pa se, da clovek ocitno ne ve tocno kaj dela ker je celotno zadevo zastavil v realnem, valovne funkcije so pa kompleksne (zato izgleda kot bi gledal samo realni del). Tako da raje ne beri prevec, slike pa lahko gledas :)

Ocitno te stvar precej zanima zato bi bilo dobro da se lotis kvantne mehanike od zacetka, da te ne bodo urbane legende zavajale. Za simulacije probaj googlat za "interactive quantum mechanics", za teorijo glej wiki (quantum mechanics, schroedinger equation), lahko pa uporabis skripte iz Fizike II na FMF. Ne se ustrasit, stvar je cisto povrsinska (resna kvantna mehanika ima itak svoj predmet). Pomembna je bolj tekstovna razlaga.

Post Reply