電子の軌道

質問

電子顕微鏡写真における原子は原子核の周りを回る電子雲のすがたということですが電子には惑星のような軌道があるのでしょうか。
　それとも原子核中心からの距離のみきまっていて軌道といえるものはないのでしょうか。
　どなたか詳しい方教えていただけないでしょうか。　よろしくお願いいたします。

回答No.3

atom1 · ベストアンサー

惑星のような軌道があるわけではありません。

　科学の一番の基本は、人間の認識の仕方についてですが、共通理解のために、自然現象の事実に合致するようにいかに間違いなく文章で文字表現するかということにつきます。

　考え方の順序としては、この宇宙は自然創造の神の発想でが作ったものと考えます（これは私の表現です。無より目標があってよいはずです）。
　移り変わり変形結合分解し、動いていますから、その表現を人間の
★「５感で力と表現」しました。
　その力が成し遂げる大きさや量を比較して、損得、利益、支払をすることを社会生活で自然に会得し、

★「仕事、仕事量を取り入れました」。
　すべて５感と集団生活から必然的に生まれてきた表現と用語です。

　最近になり、仕事をする能力を総括して
★「昧なエネルギーという用語」を誰かが言い始め、猫も杓子も使います。

　というように、科学（自然科学の略）は力の存在を根源を求めて追求しようとして出来れば人類に役立てよう（悪にも使われますが）というので、力とエネルギーの根源を探っているわけです。
　それで、物質として認められる粒子（現在の表現ですが、透明なエネルギーの濃度の固まりかも分からない）をアトム（原子、これが最小粒子でこれ以上分解は出来ない。という意味でつけたキリシャ語？）。

　その後、英国のＪ・Ｊトムソンが真空放電で電子の存在を発見し、ついで、オーストラリアのラザーフォードが原子核の弾丸をぶっつけて、跳ね返されるものがあることから、原子の中心には、重い中心物質があることが分かり（粒子の弾丸が跳ね返されたことによる、これは人間が日常経験する現象で類推、説明省略）。
　科学はこのように、ほとんど日常生活で実感することで組み立てられてきました。原子の惑星模型（モデル）も同じです。これらすべて、力とエネルギーの元を追求するものですから、★「量子力学（量子は小さな、あるエネルギー量を持った粒子に関する知識という意味）と言っているわけ。

　横道にづれそうなので、よけいなことを避けます。　ラザーフォードの見つけた★「原子の中心物質を原子核と」名づけました。
　そこで、日本の科学者も含め、原子構造（原子核と電子の配置関係）が問題になり、様々な構図が提案されましたが、結果は、デンマークの後に日本にも来たことのある★「ニールスボーアの現在の宇宙モデルに決まり」ました。
　あくまでも、模型であって、電子の動きは
小さいうえに敏捷で光のような動きで、現在の人類の科学力では位置やコースは観測できません。例えば分かっている表現では、このようにこまい世界では（電子は一応電気は帯びていますがこまいニュートリノの部類に認識さられています）、電子の位置と速さは同時に確認できない、位置を確認すると、速度はつかめない、速度を測定すると、位置がつかめないということがはっきりしています。私たちが、ホームランの打球を見るようなわけにはいかないということで、不確定性原理といっています。時間との関係も同じです。

　軌道は、どうしても図形にとらわれてしまいますが、以上述べた電子の性質上、私は電子のエネルギーの大小関係の状態を統計的に表現したと解釈することにしています。原子核からはなれている方がエネルギーが大きい電子状態。親の原子核の束縛力が弱く、外部からエネルギーをもらいやすく、すぐ飛び出せる。あるいは、結合しあう。分解させる。
といった物理や、化学の価電子（手の考え方）にも通じやすいです。これも軌道表現の図に暗記事項として含めています。

　これらは、昔からこの方化学変化で結合分解してきた、栄養素の合成分解など何十万回もの実験を通して確認できたと思われる電子の能力を、科学者３人組み、と４人組みが整理して図に盛り込んだｚ暗記事項の中身です。
　励起という電磁波の吸収や放出の仕方も盛り込んでいることは、知っている様なので省略します。
　現実の自然現象に合うように「暗記の仕方を組み込んだもの」です。
　すべて自然の事実に合うように、まとめた暗記の知識です。学校の先生も大学の先生もこれを暗記して教えているわけです。この分野は大学の先生も、私も、高校の先生も、君も、同等です。違いがあるとすると以上のように歴史的経過を理解しているかどうかになります。
　限りがありませんが、ボーアの原子模型よりも
さらにこまい覚え方が盛り込まれいますから、それを紹介して終わりにします。

　●軌道原子のなかには、ペアを組んでいるのと、外殻には独身の電子がいて、ペアを組む力を持っていて手とか価電子と表現（これは話しました）したり、
外殻電子が１～２個の電子は、飛び出しやすく、１～２個不足している原子は、他の原始から電子を取り込む力が強い。千切れない時は、原子のままくっつける

　励起現象（電磁波や光を吸収したり、放出する現象の覚え方）は知っているようですから略します。　

　●原子の電子はスピンして（回転電流になり）コイルに流れる電流から実感し、同様、ミクロのＮＳ磁石になって、他の電子や分子と結合（共有結合という）して、この電気作用で生命が生きているなど。
を追加して暗記しましょう。

　あなたがこの覚え方に間違いを発見したら、ノーベル賞ものになるかもしれません。
　数式も自然の事実に合うように暗記文章を式（記号化）にしたものです。異論物理の分野の人が行っていて、言っている中身が難しくなります。

お礼

atom1様
　このようなていねいなご回答感謝いたします。よく本に載っている電子の起動というのは、電子のエネルギー状態を統計的に表したと受け取っていいのですね。ありがとうございました。

回答No.2

Tacosan

ポテンシャルエネルギーと「この辺にいそうな距離」は (間接的に) 関係します.
簡単のため水素原子ですすめますが, 水素原子の場合には電子の持つ (ポテンシャル) エネルギーは「主量子数」n で決まります. 「電子がいそうな距離」もやはり n で決まって, しかも n が大きいほどエネルギーも大きくかつ「電子がいそうな距離」も遠くなります.

回答No.1

tadys

詳しいわけではないですが。
決まった軌道があるわけではないし距離が決まっているわけでもありません。

正確な話は量子力学で説明しなくてはいけないし、たとえ話で説明すると嘘になってしまいます。
そこをあえてたとえ話で説明すると、
電子雲とは分身の術を使っている忍者のようなものです。
いたるところに同時にいるように見えるし中心（原子核）に近づこうとすると邪魔をしてくる。
ある瞬間に鉢合わせをしたとしても次の瞬間にどこにいるのかは分からない。でも捕まえてみるとやっぱり一人です。
一応縄張りみたいな場所があって縄張りに近づかなければ余り影響はありません。
縄張りの形は量子力学で計算できます。

お礼

tadys様
　ご回答感謝いたします。

＞決まった軌道があるわけではないし距離が決まっているわけでもありません。

　距離が決まっているわけでもないというのはびっくりしました。中心に近いほどホテンシャルエネルギーが低く、励起状態から、もとの軌道（ないということですが）に戻る時、そのエネルギーの差を光などの形で出すと聞いたことがあります。
　電子の持つポテンシャルエネルギーは原子の中心からの距離と関係はあるのでしょうか。
　何回も恐縮ですが、教えていただけると嬉しいです。よろしくおねがいいたします。