電子の運動について

質問

学校で原子核の周りを電子がくるくる回転していると習いました。ものすごく速いスピードで回転しているとのことでしたが、電子同士が衝突してしまうことはないのでしょうか。また、衝突したとしてその後どうなるのでしょうか?

回答No.4

dahho · ベストアンサー

電子がくるくる回転しているというのは「ラザフォードの原子模型」といわれているもので現在では間違っていることが分かっています。
1926年にシュレーディンガーによって発見されたシュレーディンガー方程式を計算することで電子の動きが分かります。

電子は粒子ではなく波と考えたほうが分かりやすいです（電子波と呼ぶ）。丸い洗面器に水を入れて中心から波が丸く出ていて、壁に反射してまた中心に戻ってくる様子に似ています。

電子は波なのでどんどん広がっていこうとします。しかし、電子はマイナスの電荷を持ち、原子核はプラスの電荷を持つので広がった波はまた中心に引き寄せられて戻ってきます。中心に引き寄せられた電子波は原子核をすり抜け（原子核の中心でも電子の存在確率は0ではない）また広がっていきます。これが繰り返されて電子は原子核の周りにぼやーっと雲のように取り巻いています（電子雲と呼ぶ）。

今の話は回っていない電子（1s軌道）の話ですが、（「ラザフォードの原子模型」とは違う意味で）回っている電子もあります(2p軌道などの軌道角運動量を持っている電子)。この場合はちょうど洗面器の円周に沿ってぐるぐる回る波に似ています。

#3のおっしゃるように電子などの素粒子の衝突はクーロン力による反発そのものを指します。静電気を帯びた２つの下敷きが反発するのは下敷き表面にたまった電子が「衝突」しているのです。現在のところ電子に表面は無いと考えられています。（衝突とはちょっと違った仕組みで「パウリの排他律」というのがありますがうまく説明できる自信がありません。）
#2のように電子同士の衝突で電子が消滅し、光になることはありません（運動エネルギーが光やその他の粒子の対生成を起こすことはあるが、電子は保存される）。#2は電子と陽電子の対消滅と混同されているようです。

上で述べましたが原子核も電子とめったに衝突せずにすり抜けます（＋と－が引き合っているという意味ではいつでも衝突していますが、衝突といったら普通は反発を想像するので相互作用と言ったほうがいいかもしれない）。原子核（陽子）と電子が衝突（相互作用）するのは「弱い相互作用」と言われるものが起こるときです。電子と陽子が「弱い相互作用」を起こすと中性子とニュートリノになります。これは電子捕獲と呼ばれています。

波の話が分かりにくければ雲と思ったほうがいいのかもしれません。電子雲は広がっていこうとしますが、＋の電荷に引っ張られてある程度しか広がりません。これが原子。
参考URLにそれぞれの軌道の電子雲の形が載っています。図では点の密度の濃いところほど、波の高さ（強度）が高いところです（つまり確率振幅の大きいところ）。
水素原子以外のたくさんの電子を持つ原子の場合これらのいくつかの雲が重なったようになっています。

参考URL：

http://optoele.ele.tottori-u.ac.jp/~abe/hyd/

回答No.3

shkwta

電子が、ピンポン球のように表面をもつ物体だと考えるのは間違っていると思います。しかし、「衝突」を広く解釈して、「電子と電子がたがいに作用する（力を及ぼす）こと」と考えれば、どの原子でも（単独の水素原子以外は）常に起こっていることだと思います。

分子やイオンができたり、気体に圧力があったり、摩擦力が生じたり、私たちが地面にもぐってしまわないで立っていることができたりするのは、すべて電子と電子の相互作用に関係があります。たとえば、ナトリウム原子は陽イオンになりやすいのに、塩素原子は陰イオンになりやすい。これは、電子同士の相互作用によって、そのような性質が生まれるのです。

回答No.2

goobest_2004

電子同士の衝突は、強烈なクーロン反発力により、あまりありません。

もし衝突するようだと、電子が消滅し、光になりますが、それはものすごい密度とエネルギーが高い状態です（宇宙誕生時にそういう状態がありました）。

物質は、原子核同士が電子でつながれてできているので、もし、電子がどんどん消滅していくようだと、物質はバラバラに分解されてしまいます。

回答No.1

ssk0723

どのレベルでお話すればいいのか分かりませんが、あなたが学校で習ったのは嘘なんです。
分かりやすくするために考えられた模型です。大学へ行けば本当の姿を教えてもらえます。
実は電子がどんな運動をしているのかは今も分かっていません。ただ、原子核の周りに、ある一定の確率で存在しているということだけ分かっています。
だから、
＞電子同士が衝突してしまうことはないのでしょうか。
分かりません。

参考URL：

http://oriharu.net/jresonaEM.htm