אין "כוח" שמונע מהאלקטרון ליפול לגרעין אלא זוהי תולדה של מודל האטום המודרני. כולנו מכירים את תמונת האטום כפי שהיא מצטיירת מהסמל הישן המפורסם של חברת תדיראן – אלקטרונים המסתובבים סביב הגרעין בדומה לכוכבי לכת המקיפים את השמש. התמונה הזאת משקפת את הבנתם של מדענים נכון ל-1911 ומכונה "המודל הפלאנטרי של האטום" (מודל רתרפורד). המודל הזה היה טעון שיפור כי כבר מאמצע המאה ה-19 היה ידוע שחלקיק טעון מאיץ (אפילו אם גודלה של המהירות לא משתנה, אלא רק כיוונה), היה אמור לפלוט קרינה וליפול לתוך הגרעין.

מודל האטום הפלאנטרי

מודל בוהר מ-1913 הציע שהאלקטרונים נעים במסלולים מעגליים מסויימים (כלומר לא כל רדיוס מותר ולא כל מהירות מותרת) שעבורם הכוח הצנטריפטלי שווה בדיוק לכוח המשיכה של הפרוטון. לכל מסלול כזה יש אנרגיה משלו וכאשר אלקטרון קופץ מרמת אנרגיה גבוהה לרמת אנרגיה נמוכה יותר הוא מאבד אנרגיה בשיעור השווה להפרש בין שתי הרמות.


מודל האטום של בוהר. nהוא אינדקס הרמה, ו- ΔE = hνהיא הפרש האנרגיה בין הרמות כאשר hהוא קבוע פלנק ו-νהיא תדירות הקרינה הנפלטת/נקלטת במעבר בין שתי רמות.

האנרגיה הכוללת ברדיוס מסוים (קינטית, כלומר זו הנובעת מהסיבוב + פוטנציאלית, הנובעת מהמשיכה לפרוטון) היא שלילית ופרופורציונית הפוך לרדיוס המסלול. אנרגיה השווה לאפס מתארת מצב שבו האלקטרון מיונן, כלומר נפרד לחלוטין מהפרוטון (בדומה למילוט של לווין מכוכב לכת). רמת האנרגיה הראשונה מתאימה לרדיוס הנמוך ביותר הנקרא רדיוס בוהר השווה ל- 0.0529 ננומטר, ורדיוס קטן ממנו פשוט אינו אפשרי.

מודל בוהר היה אטרקטיבי מאוד לזמנו ואפילו הצליח להסביר את הפסים בספקטרום הפליטה של אטום המימן, אבל הוא לא חף מחסרונות. חסרונו הבולט ביותר הוא שהוא עומד בסתירה לעקרון האי-וודאות מ-1925, שכן לפי בוהר, לאלקטרון יש מהירות ידועה במדויק ורדיוס (מיקום) ידוע במדויק. למעשה לפי המכניקה הקוונטית – שהיא כידוע התורה המקובלת מאז 1927 - אנו יכולים לדעת לכל היותר את ההסתברות של האלקטרון להימצא במקום מסוים במרחב. הסתברויות אלה מגדירות אורביטלים אטומיים (הכללה של ה"מסלולים" של בוהר). בחלק מהאורביטלים לאלקטרון אכן יש הסתברות להיות בגרעין, אבל הרדיוס הממוצע הוא של האורביטל הנמוך ביותר באנרגיה הוא רדיוס בוהר. עבור האורביטלים הגבוהים יותר הרדיוס הממוצע גדול יותר.

מאת: נעה זמשטיין
המחלקה לפיזיקה כימית
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.

5 תגובות

  • אביה

    לא הבנתי את משמעות המשפט שיש

    לא הבנתי את משמעות המשפט שיש תאוצה כאשר הגודל של המהירות הוא קבוע? מה זה אומר תאוצה לאור שינוי בכיוון הוקטורי למה זה נקרא תאוצה?.
    נקודה נוספת גם אם זה תאוצה למה מוכרח להשתחרר ממנה אנרגיה (מהאלטרון) למה הוא לא שומר אותו.
    תודה רבה

  • נביה

    למה לא נופל !

    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 גלית של האלקטרון ?הבנתי שהם באורביטלים יציבים אבל בכל זאת אין תשובה למה לא נופל,אפילו בכתבה על חוק קולון זה אותו רעיון שכתוב בו! ואם באורביטלם הם נעים מסביב לגרעין ?

  • דוד ברזילי

    הסתברות של אלקארון להיות בגרעין

    אם האלקטרון ימצא בגרעין אז פרוטון יהפוך לניוטרון ואז מה קורה ? האם האלקטרון יצליח שוב להחלץ ממלתעות הפרוטון ?

  • משה

    למה הפרוטון אינו נופל

    למרות שהתשובה מפורטת עדיין לא ברור למה האלקטרון "אינו מורשה" להתקרב אל הפרוטון. מישהו יוכל להרחיב בנקודה הזאת? תודה.

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    קוונטים

    שלום משה בשאלה הבאה (בחצי השני שלה) יש הסבר נוסף לסוגייה. בתכל'ס - אין הסבר 'פשוט' או אינטואיטיבי. רק מכניקת הקוונטים באמת הצליחה להציע פתרון לשאלה זו (האלקטרונים יציבים אך ורק בתוך "מסלולים" מוגדרים המכונים אורביטלים). ראה שאלה על חוק קולון ויציבות אלקטרונים באטום. (כאמור - התיחסות מפורשת לשאלה שלך מופיעה בחצי השני של התשובה הנ"ל)

    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע