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这些常看到的原子模型其实是错的!

谢啦,量子力学怪现象。

如果你现在把"原子"放到Google图像搜索,差不多所有你会得到的是一堆点击式的行星模型。过分简化的原子结构图像,看起来像是行星在环绕中心处的恆星。

跟它同样重要的是,要有一个简化模型,这样才能够学习原子结构的基础。原子的行星模型是非常错误的,任何有电子环绕核心的原子,像是会很快地自我崩溃并且逐渐消失。

儘管事实上,行星模型或拉塞福(Rutherford)模型是在一个多世纪前设计出来的,然后很快地被波耳(Bohr)模型所取代,这是另一个类似的过分简单化图像。但它依然存在于大众意识中,没有逐渐消失的迹象。

如同在下面科学秀(SciShow)的其中一集里所解释,在1913年,藉由废除行不通的螺形轨道,波耳模型改善了行星模型,并且用同心圆取代它们,让被限制的电子的不同能阶可以看得见。

但儘管我们经常看到这种模型在高中被用来教授有关原子价(valency),它根本没有说明整个真相, 即使你有考虑到简化的版本。

举个例子,这个模型是在超过十年前所设计出来的,甚至在物理学家知道中子在那里之前。而且如果你想要正确地表示一个原子,它们是很重要的。

然后有量子力学怪现象,叙述:a)电子根本不需要环绕原子核;以及b)在特定的时间,它们甚至不真的存在于特定的地点。

Olivia Gordon在下面的影片中解释:“相反的,在更大的区域内,它们有一点同时出现在很多不同的地方。然后,当你在测量一个电子时,它突然出现在这个区域内的一个特定地点。”

“这是一个怪异的观念,非常不同于我们通常经历这个世界的方式;但这是量子力学给你的。”

一个更準确描述原子、同时依然保持简单的方法是:描述环绕原子核的空间,像是一个黑暗的’电子云’。

这基本上说明电子可以在任何时间飘移,而不是意味着它们已经设定好位置:

SciShow

值得讚扬的是,波耳模型指出电子在任何时候出现的最高机率。因此,儘管电子云模型是最準确的方法,以简单易懂来描述原子,但它不会让其他方法没有用。

关于这些不同模型,很酷的是,如果你正想要专注于化学键或者电子通常出现在哪里,你可以使用电子云模型来告诉你。然而波耳模型能够告诉你一个特定原子的能阶和辐射。

甚至是可怕的行星模型,也可以教导电子轨道的基础。但要记住的是,真相比那漂亮的图片更有趣。如果你想要一张原子结构的真正图片,我们现在也有:

有史以来第一张氢原子的轨道结构图。APS/Alan Stonebrakere

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