電子の世界

質問

原子は、原子核と電子からできていて、原子核のプラス電荷と電子のマイナス電荷がつり合っているから、電子は原子核に落ちて消滅したりしないんですよね？
疑問なんですが、電子が原子核に落ちない理由は、電子がつねに定常状態にあるからなんですか？
また、原子はどのようにしてスペクトルを出すのかがいまいちよくわかりません。
よろしくお願いします。

回答No.3

noname#62864 · ベストアンサー

化学というよりも、物理学のネタなので、厳密な説明はできませんが、大雑把な話は以下の通りです。
電子が原子核に落ちない理由というのは、古典的な電磁気学においては謎でしたが、ボーアが原子モデルを考えた際に導入した量子数の概念によって、一応の説明がなされました。ただし、現在ではこれとは少し違うモデルになると思いますが詳細は知りません。
ボーアの考え方では、原子核の周りを電子が回っているのですが、電子には波の性質があるために、原子核を１周して戻ってきたときの波としての位相が、前の状態と一致していなければ、安定な定常波になりません。そして、電子の状態が安定になるのは、定常波になる状態でなければならないというのが基本的な考えです。
すなわち、電子が原子の周りを回る円軌道の長さ（すなわち円周）が電子の波長の整数倍（０は不可）でなければならないということです。結果的に、原子の回りにある電子の取りうるエネルギーは不連続になるということです。
原子のスペクトルは基本的に、ある軌道にある電子の別の軌道への移動に伴うエネルギーの出入りに対応します。すなわち、上述の軌道に対応する整数の変化に対応しているということです。

上述のボーアの原子モデルは、わかりやすいのですが（説明不足でわかりにくかったかもしれませんが、詳細は物理化学の本などに書かれているはずです）、実際の原子を完璧に説明できるものではありません。電子の軌道に関しても、ボーアモデルのような円軌道ではなく、空間における存在確率として表されます。その辺りのことに関しては、物理で質問された方が良いと思います。

お礼

電子の状態が安定になるのは、定常波になる状態でなければならないという考えですね。それにしても、ミクロな世界なのによくこういうことを考えますよね（＾＾；）なんとかがんばって理解できるようになりたいです。
今の生活があるのも、みんな化学とか物理、数学の発展があるからなんですよね。本当にすごいと思います。
回答ありがとうございました。

回答No.2

gori8063

＃１さんの回答に補足で。

>私たちが、アナログと観察していることも、原子の世界では、とびとびのデジタルのような変化をしています。

>電子の動きうる軌道は、決まっています。
>軌道に入れる電子の数も決まっています。

とありますが、これは原子１個１個の世界ではなく、
多くの原子を見た場合ですな。＃１さんの回答では
「工場的」なマクロな視点。

電子の存在は「確率」でしかありません。
ある一定の「軌道」という場所に存在しているわけではありません。「軌道」と表現できる場所に存在する確率が高いだけのことです。

お礼

電子の存在は確率なのに、軌道に入れる電子の数をしっかり決めちゃってるんですね。K殻には電子が２個入る、なんてのも当たり前ですけど、なんででしょうかね（＞＜）
回答ありがとうございました。

回答No.1

134

節分の豆まきの大豆。手にするときは、１粒、２粒と数えられますが、おそらく、工場では、１粒、２粒というのは、誤差になってしまうかもしれない量です。

　私たちの世界は、前の比喩で、工場に当たり、原子の世界は、家庭に当たります。

　私たちが、アナログと観察していることも、原子の世界では、とびとびのデジタルのような変化をしています。

　電子の動きうる軌道は、決まっています。
軌道に入れる電子の数も決まっています。

　軌道ごとに、エネルギーの高さが異なりますが、そのエネルギーの差が小さいところもあり、光の作用などにより、高い軌道に電子が入ってしまうことがあります。　これを励起状態といいます。

　励起状態から、もとの状態（これを基底状態といいます）に戻るときに、そのエネルギーに見合った波長の光を放出します。　これをスペクトルとして観察する次第です。

　ちなみに、スペクトルの特徴により、軌道の名前がつけられています。

ｓ軌道：シャープ（鋭い）に由来
ｐ軌道：プリンシパル（主な）に由来
ｄ軌道：デヒューズ（ぼやけた）に由来

など…

お礼

電子の世界なんて目にすることができず、理解に苦しんでいますが、なんとなく…はわかった気がします。逆にすぐわかったら勉強する必要もないですしねぇ(^^;)
回答ありがとうございました。