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日化行业

既然电子带负电,原子核带正电,那为什么电子不会掉入原子核里?

时间:2019-05-24来源:未知浏览次数:

关于这个问题,相信大家都会从宏观的层面来思考,比如说太阳对地球有着巨大的引力,而地球为什么不会掉进太阳。这个问题很好解释,这是因为角动量存在的原因,如果要让地球掉入太阳,就必须要让地球的动能减少,或者大幅度降低地球的轨道,显然这是不大可能的。

那么“为什么电子不会掉进原子核”这个问题也可以这样解释吗?答案是否,因为电子是带电粒子,它在运动过程中会不可避免的产生电磁辐射,从而降低自身的动能,如果电子真的如地球围绕太阳一样运行,那电子将会因不断的失去动能而掉入原子核里。

事实上,电子的运行轨道与地球完全不同,简单的讲,就是电子出现在原子核外的地点是随机的,不确定的,这一刻它出现在左边,下一刻它又莫名其妙地出现在右边,而影响电子运行轨道的关键,就是能量。

根据能量守恒原理,如果某一种能量升高,那么必定伴随着另外的能量降低,而为了保持能量的平衡,世间万物都会自发的趋向于使能量降到最低,这就是“能量最低原理”,意思就是一个系统的能量越低,它就越稳定。

同样的,原子也会遵循这一规律,当一个原子处于最低的能量状态时,就被称之为“基态”,基态之外被称之为“激发态”。为了帮助大家理解,这里举一个不恰当的例子来说明,你向天空扔出一块石头,这个时候石头就处于“激发态”,而当这块石头落在地面上停止不动的时候,它就处于“基态”。

我们可以理解为,电子总是趋向于“基态”的轨道,但在宇宙中,能量的交换是无处不在的,所以电子可以通过各种方式来获得能量,通常来讲电子获得的能量越高,它就离原子核越远,当电子获得了足够的能量,它就可以挣脱原子核的束缚,变成自由电子。所以通常来讲,电子都不会运行在“基态”的轨道上。

现在我们可以说出这个问题的答案了:处于“基态”的原子,其电子的运行轨道是不在原子核之内的,因此电子也就不会掉入原子核内了。但是新的问题又来了,为什么这个轨道不在原子核内呢?在搞懂这个问题之前,我们需要先了解一些其他的知识。

电子俘获

其实在某些特定的条件下(例如外加的压力以及不稳定的原子核等),电子是会掉入原子核的,当一个电子被原子核俘获时,该原子的原子核内的一个质子将会与这个电子转变成一个中子,与此同时原子核会释放出一个中微子。一般来讲,原子的序数越高,越容易发生电子俘获。

结合能

如果一个物体由多个部分组成,那么它的各个组成部分之间就会存在一种能量,将它们结合在一起,这种能量就被称之为结合能。结合能的大小决定了一个物体的各组成部分的紧密程度。

中子和质子的构成

根据现代粒子物理学标准模型,中子和质子是由夸克组成,具体为质子由两个上夸克与一个下夸克构成,中子则是由两个一个上夸克与两个下夸克构成。

由此我们可以看到,因为中子和质子也是由多个组成部分构成,所以它们也具有结合能。而事实上是,中子的结合能比质子的结合能要大很多。这也就意味着,如果要将一个电子与一个质子转变成一个中子,就必须要有额外的能量来补充中子和质子结合能之间的差值(能量守恒定律),而这个能量仅靠电磁力是远远不够的。

这就是电子不会轻易掉进原子核的更深入一点的解释,我们所了解的中子星,其实就是通过巨大的引力叠加效果,才有足够的能量将电子压进原子核,因此我们也可以知道,中子星的外层其实并不是由中子组成。

好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见`

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