1El Electrn Cay en el NcleoUna cuestin que debe venir a la mente de cada principio estudiante de qumica es la siguiente: " Si el electrn y el ncleo de un tomo son opuestas partculas cargadas, por qu el electrn cay en el ncleo? " - una cuestin de tal complejidad, un instructor podra decir: " Debido a que el electrn es movindose alrededor del ncleo como un planeta se mueve alrededor del sol. "Por supuesto, se sabe que esta respuesta es irremediablemente ingenua. Para una cosa, mientras que en un orbital es , el electrn no tiene orbital momento angular ( 1 = 0 ) , y por lo tanto , no puede ser " moviendo en torno a " nada en el sentido habitual de la palabra . Y para un - otra , una partcula cargada tal como un electrn , cuando es ac - acelerado , como lo sera si estuviera en rbita alrededor de un ncleo, irradia energa. Esto causara que el electrn en espiral los nucj.eus , se quedan fuera de ella. En este trabajo se presenta un modelo simple , sin embargo, esencialmente correcta del tomo que puede ser utilizados para responder a la pregunta anterior , incluso para los estudiantes principiantes de la qumica.

A pesar de que un modelo planetario del tomo ya no puede ser utilizado, una pista puede ser tomado de ella para una nueva respuesta a la cuestin. Como es bien conocido, para el movimiento planetario estable all son dos fuerzas en juego que deben equilibrarse mutuamente. La tendencia de un planeta a caer en el sol (a causa de la gravitacin atraccin internacional) debe ser equilibrada por la tendencia opuesta para el planeta para dejar el sol (por su movimiento hacia adelante). Para el movimiento planetario estable la "fuerza de" es igual a la "fuerza a cabo, "y para la atraccin gravitatoria o elctrica el potencial la energa es el doble de la magnitud de la energa cintica y opuesto en signo (= 2KE-PE) (1)?

El modelo del tomo se presenta aqu es formulada por analoga al movimiento planetario estable. En este modelo de dos factores son identificados, uno que tiende a llevar el electrn ms cerca el ncleo y uno que tiende a hacer que el escape de electrones desde el ncleo.

Este modelo primero se analiza en trminos cualitativos, ya que se podra explicar a un estudiante principiante, entonces ser presentado con ms detalle en trminos cuantitativos.

Presentacin cualitativa

El factor que tiende a llevar el electrn y el ncleo a juntos es, por supuesto, la atraccin electrosttica.

El factor que principios para hacer que el electrn y el ncleo separarse ahora debe ser discutido. Considere la posibilidad de un otro modo caja vaca que contiene un electrn. Todas las partculas, incluyendo electrones, visualizacin de onda, as como propiedades de las partculas. Cundo un electrn est contenido en cualquier forma, por ejemplo en una caja, su propiedades de las ondas se vuelven muy importantes: Cuando contena el electrones se convierte en una " partcula en una caja ", es decir, que se asemeja a un onda estacionaria en tres dimensiones de la materia y elctricas cargo (que se ha llamado una nube de electrones)?

2Vierely confinar un electrn acertain ; volumen restringido dota de esta energa de containanerat . Si el electrn no fuera , confinado , lo hara - - havea - lowerenergy . Por lo tanto , - tu electrnica busca escapar de su - coirfinerrient . As, el contener , irtent energa es el factor que hace que el electrn de un tomo tienden a escapar de su ncleo.Whon weadd una nur Lears t ( IALA , e " bo. Que ya contiene; son de electrones , la atraccin electrosttica disminuye el potencial la energa , y la energa total se convierte en una combinacin de este Potencial . la energa y la energa de contencin ( cintica en- energa ) A la luz de este modelo para el tomo , original de los estudiantes pregunta ahora se puede responder de la siguiente manera : Un tomo se compone de un ncleo cargado positivamente y una o ms electrones de carga negativa alrededor del ncleo. Dado que el ncleo y el electrn son de diferentes cargos, naturalmente atraen otro y tienden a unirse. , Sin embargo, un electrn no siempre ser una partcula , pero tambin, se comporta como una onda . porque s es cierto, . podemos visualizar el electrn como una partcula , sino que ensaya como = atrlaf , o- sw, la carga de Mattera ; rrcl.eleetr - cerceta cambia alrededor de los , ncleos . A medida que elelectrn y el ncleo se acercan juntos , es decir, que el electrn es confinado ms y ms ( y la nube de electrones se hace ms pequeo y ms pequeo ) , la longitud de onda del electrn debe ser ms corto y ms corto de manera que . puede "encajar ". en el espacio de confinamiento . Como su longitud de onda la coines ms corto, aumenta la energa del electrn . Con el tiempo , la, la energa poseda por el electrn debido a su confinamiento se convierte suficientemente grande para que la energa potencial electrosttica ya no puede continuar extrayendo el electrn y el ncleo ms cerca. En ese punto se establece un equilibrio en el que el tomo es estable yes que el electrn no va hacia el ncleo ( nube de electrones cada vez ms pequeos ), ni ( dedos de los pies se escapa del ncleo ( nube de electrones ms grande).

Presentacin cuantitativa

El factor que tiende a llevar el electrn y el ncleo a - juntos es la atraccin electrostticadonde: F = fuerza de atraccin , Ze = carga del ncleo en esu , e = carga del electrn en esu , y r = distancia que separa las partculas. De esta fuerza un trmino de energa potencial se puede derivar . Para la " r " a medio adecuado debe ser utilizado (ver ms abajo) Ep . - Ze2 ( 2 )delirar donde: Er , = energa potencial electrosttica , delirio = Media . valor de r .El factor que tiende a hacer que el escape de electrones desde el ncleo es la energa de la contencin , Eco " ( 2 ) . El : - energa de la contencin : de cualquier partcula . depende slo de la masa de la partcula y la forma y de tamao of.The - caja en la que se limita , por un electrn en A es orbitales del tomo de hidrgeno ( el caso ms simple ) de la "caja " de confinamiento es sim- esfrica mtrica . Por lo tanto , para encontrar la energa de contencin para un electrn de un tomo de hidrgeno similar , hay que encontrar soluciones para la energa de una partcula de masa, es igual a m en una caja esfrica. Las soluciones a la ecuacin de Schroedinger para una partcula en una caja esfrica pueden ser bastante complejos . Afortunadamente, sin embargo , las soluciones para . casos radialmente simtricos ( s estados ) se obtienen fcilmente y , de hecho , resultan ser idnticos a los de una partcula en una caja unidimensional ( 3 ) . Para los estados radialmente simtricas , la energa de contencin de una partcula en una caja esfrica es

T iris modelo sugiere que el tomo es la estatua porque hay se estableci un equilibrio entre la tendencia de la electrones que se elaborar al ncleo debido a las descargas at-traccin y la tendencia del electrn a salir del ncleo debido a su deseo de escapar de su confinamiento. Para este modelo, la la energa total del tomo, Etot, es E'rot = Econ + Ep (4)o

N2H2 ZeeE'rot =8m.a2 r ave (5) donde "rave" debe ser un valor promedio entre zer (Vand

4 Suponemos aqu que la barrera para escapar de la caja es infinito,pero que dentro de la caja no hay fuerzas que limitan la posicin de lapartcula.6 La palabra "orbital, introducido por Mulliken, se utiliza para describirsoluciones de funcin de onda individuales de la ecuacin de Schroedinger.6 Para una caja unidimensional, se obtiene la ecuacin de la siguiente manera:

3El modelo predice que para un estable hidrogeno -como tomo en su es estatal, la nube de electrones ser del 100 % contenido en una esfera de 1,963 de dimetro , y que el potencial de ionizacin para este tomo ser 9,8 eV . Estos valores se comparan razonablemente biencon los obtenidos en la solucin exacta del tomo de hidrgeno( 5 ) para los que es el electrn es 7i.7 % 0 , contenido dentro de unUna esfera de dimetro y 1,963 bas un potencial de ionizacin de 13,6 eV .

No es necesario contener la energa en una caja. Por ejemplo , si una funcin de onda igual aN [ exp - r / a ] se elige y el principio de variacin aplicada aencontrar "a", se obtiene la energa exacta . Esto es as porque unafuncin se ha elegido que es de la forma exacta como el verdaderofuncin del estado fundamental . En este caso, las paredes de la "caja" se desvanecende distancia gradualmente . El actual modelo = est basado bajo una- esfricacuadro , ya que - es ms fcil visualizarlo en una caja .

reconocimiento

Franklin Mason desea agradecer al Dr. Larry Domash por suinspiracin , el profesor Gordon G. Goles por su aliento .y especialmente el profesor John A. Neptuno que hizo loposible.