אם נתאר אטומים רק בעזרת כוח קולון (הכוח הפועל בין שני מטענים חשמליים), האלקטרון והגרעין היו נמשכים זה לזה ושום אטום יציב לא היה יכול להתקיים. ברור שאין זה מצב העניינים. נילס בוהר היה הראשון (בשנת 1913) להציע מודל טוב יותר, אשר מתאר אלקטרונים הנעים מסביב לגרעין האטום במסלולים מעגליים. כל סיבוב מתאים לרמת אנרגיה מסוימת (בדידה). מודל זה היה מבוסס על קוונטיזציה של התנע הזוויתי.

אך אלקטרונים הנעים במסלולים מעגליים הם בעלי תאוצה עקב הכח הצנטריפטלי. בתורה האלקטרומגנטית הקלאסית, חלקיק מואץ טעון חשמלית חייב לפלוט קרינה אלקטרומגנטית עקב שימור אנרגיה. על כן, האלקטרון יאבד אנרגיה ו'יצלול' לעבר הגרעין. ושוב, גם כאן אטום יציב לא יכול להתקיים.

מסתבר שהתמונה של אלקטרונים נעים במעגלים מסביב לגרעין אינה נכונה. בכך שאנו אומרים ש"אלקטורן חג מסביב לגרעין" , אנו למעשה מניחים שאנו יכולים לעקוב אחר המיקום והתנע של אותו אלקטרון באטום במהלך הזמן. אין לנו שום יכולת לעשות זאת עקב עיקרון אי הוודאות במכניקת הקוונטים. על פי עיקרון אי הודאות לא ניתן לקבוע במדויק הן את מיקומו של החלקיק והן את מהירותו. דיוק במדידת אחד המשתנים הללו יביא לגריעה ברמת הדיוק של המשתנה האחר. אי הדיוק הוא מהותי ולא תלוי כלל באיכות המדידה וטיב מכשירי המדידה שלנו. עיקרון אי-הוודאות הוא מאבני היסוד במכניקת הקוונטים (בטבע) ועלינו לקבלו כמו שהוא.

הפתרון כאן הוא יישום מכניקת הקוונטים בעזרת משוואת שרדינגר ושימוש במושג פונקציית גל. על ידי שימוש בפורמליזם שכזה, ה"אלקטרון" תופס נפח של שטח בו זמני כך שהוא למעשה "נמרח" באופן גיאומטרי מסביב לגרעין. בעוד שאין עוד "מסלולים", אנו כן משתמשים במינוח "מסלולים" (אורביטלים) לציין את הצורה הגיאומטרית של ענן האלקטרון שמסביב לאטום.
בתיאור המערכת במונחים של פונקציית גל קוונטית, מתקבלים מצבים של מערכת הגרעין+האלקטרונים אשר מתאימים לתצפיות ניסיוניות בכל הנוגע לספקטרום האטומים. מכיוון שאין לנו לחשוב על "מסלולים" במובן הקונבנציונאלי, הבעיה של אלקטרונים המקרינים כתוצאה של תנועה מואצת אינה משמעותית יותר. הפורמליזם הקוונטי מסביר מדוע יש לנו אטומים יציבים (במובן שאלקטרונים אינם "נופלים" לעבר הגרעין).


ענן של אלקטרונים מסביב לגרעין האטום

מאת: חיים ברק
המחלקה לפיזיקה של חלקיקים ואסטרופיזיקה
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.

7 תגובות

  • אביב בן דב

    התחמקות

    זה סבבה גם לכתוב שהמדע לא יודע לענות על השאלה של איפה נמצא אלקטרון..
    לא צריך להקיא עלינו מושגים מפציצים שמנפים 90% מהקוראים, גורמים להם להרגיש דבילים ומרחיקים מדענים פוטנציאלים מהתחום

  • שרה אימנו

    הלו, יש כאן מישהו???

    נדמה כאילו המידע מתורגם משפה אחרת, ומתאר דרך התחמקות מהסוגיה המועלת.
    לא ניכר כי יש התייחסות של המערכת למגיבים, וזה חבל מאוד.

  • פולי

    נראה כאילו לא עניתם על התשובה

    נראה כאילו לא עניתם על התשובה, למה הוא לא קורס? הוא נמרח ונשאר באי וודאות, לפעמים, אפשר לכתוב לא ידוע

  • נביה

    קרינה

    אני יודיע ששני אלקטרונים שנמצאים באותו אורביטל ,כל אחד מסתובב בכיוון הפוך לשני לכייון השעון (ספין), והם פולטים קרינה אלקטרומגניטית כך שמקרבת את שני האלקטרונים אחד לשני(למרות הדחייה שבניהם) ז"א נמצאים באותו אורביטל ולא נוטשים משם בגלל הדחייה, השאלה,למה האלקטרון לא נופל לתוך הגרעין , והאם יש שם כוח צנטרפוגלי,הרי לא נעים במסלולים מעגליים על מנת להיות כוח צנטרפוגלי?(אם מודל בוהר לא נכון ,אינם נעים במסלולים) , ולמה אלקטרון לא נופל ? בגלל תנועה מעגלית של האלקטרון ?

  • נביה

    תנועה גלית***

  • יהונתן אלפרט

    ניסוי מחשבתי לכתיבת תגובה

    עכשיו אני מרגיש דביל

  • חנה

    גם אני