Strona głównaPytania → Dlaczego atom jest stabilny i...

Dlaczego atom jest stabilny i elektrony nie spadają na jądro?

Pytanie

Pyta Konrad

Dlaczego atom jest stabilny? Mówi się, że z punktu widzenia elektrodynamiki klasycznej elektrony powinny spadać na jądro. O co dokładnie w tym chodzi?

Odpowiedź

Odpowiada dr Marcin Badziak

W klasycznym modelu atomu, elektrony krążą wokół po orbitach wokół jądra atomowego. Zgodnie z elektrodynamiką klasyczną każda naładowana cząstka poruszająca się z przyspieszeniem (ruch krzywoliniowy to również ruch z przyspieszeniem) emituje promieniowanie elektromagnetyczne, przez co traci swoją energię. W rezultacie, wg klasycznego modelu atomu elektron wytraca swoją prędkość, a co za tym idzie zmniejsza się siła odśrodkowa, która jako jedyna przeciwdziała sile elektromagnetycznej, która przyciąga elektron do jądra. Zatem, elektron poruszający się początkowo po orbicie szybko spadłby po torze spiralnym na jądro atomowe.

Rozwiązanie zagadki przynosi mechanika kwantowa, według której z elektronem związana jest fala prawdopodobieństwa określająca prawdopodobieństwo znalezienia elektronu w danym miejscu. Zgodnie z intuicją fizyki klasycznej, środek jądra to punkt, w którym istnieje największe prawdopodobieństwo znalezienia elektronu. Jednakże niezerowe prawdopodobieństwo znalezienia elektronu jest również w innych punktach przestrzeni, w wyniku czego średnia wartość odległości elektronu od jądra jest różna od zera. Dla atomu wodoru w stanie podstawowym ta średnia odległość jest równa promieniowi Bohra $a_0\approx 5\cdot10^{-11}$ m.