Elettrone come onda stazionaria
Scusate ma non riesco a collegare molto bene i discorsi sulla fisica quantistica e il principio dell'elettromagnetismo secondo cui a causare un'onda elettromagnetica è una variazione di un campo elettrico (o magnetico).
A quanto mi pare di aver capito un elettrone emette fotoni solo quando scende di orbitale. Questo significherebbe che esso emette onde elettromagnetiche solamente quando scende di orbitale. Però anche quando un elettrone sale di orbitale la sua carica elettrica si sta spostando e quindi dovrebbe generarsi un'onda elettromagnetica (o fotone). Scusate ma leggo e rileggo le pagine del libro e continuo ad avere una grande confusione in testa.
A quanto mi pare di aver capito un elettrone emette fotoni solo quando scende di orbitale. Questo significherebbe che esso emette onde elettromagnetiche solamente quando scende di orbitale. Però anche quando un elettrone sale di orbitale la sua carica elettrica si sta spostando e quindi dovrebbe generarsi un'onda elettromagnetica (o fotone). Scusate ma leggo e rileggo le pagine del libro e continuo ad avere una grande confusione in testa.
Risposte
Purtroppo questa apparente incongruenza deriva dal fatto che stai guardando l'atomo classicamente con "l'elettrone che gira intorno" ma così non è. L'elettrone non salta materialmente da nessuna parte, semplicemente può avere un certo valore discreto di energia. Se l'elettrone viaggiasse come un pianeta attorno all'atomo pian piano perderebbe tutta l'energia e cadrebbe sul nucleo poiché una carica in moto accelerato emette radiazione (per rispondere al primo problema), cosa che non è. Se viene investito da radiazione esterna esso guadagna una certa energia che gli permette di accrescere la propria (sempre di uno stesso multiplo di una unità base). Se si trova in uno stato instabile (eccitato) tenderà a perdere energia ed emetterla (sempre del medesimo multiplo se consideriamo gli stessi livelli energetici) sottoforma di fotone. La visione classica dell'elettrone su orbite circolari non è quella reale, che è invece una densità di probabilità di trovare l'elettrone in un certo $dx$
Ma quindi l'emissione di fotoni non ha nulla a che fare con l'oscillazione fisica degli elettroni nell'atomo?
Cioè bisogna mettersi d'accordo su che significa che un elettrone oscilla. Inteso in senso classico no, l'elettrone può anche andare su una orvita diversa ma non emettere niente...perché alcune orbite diverse hanno stessa energia! Cosa assurda in senso classico eh. Quindi se vuoi vedere come oscillazione il passaggio da un livello all'altro fallo pure ma lo schema con la molla e l'elettrone è solo una approssimazione. Ovviamente se prendo un elettrone e lo faccio oscillare o faccio oscillare un atomo o lo accelero questo irradia ovviamente.
Scusami se ti rispondo solo ora. Penso di aver capito il discorso che l'elettrone non gira materialmente intorno al nucleo come un pianeta (stavo effettivamente pensando al modello di Bohr).
Tu però dici delle cose che mi sembra si contraddicano:
Però se gli orbitali sono di fatto porzioni di spazio in cui vi è una probabilità che vi sia l'elettrone, questo significa che in qualche modo l'elettrone mutando di energia si deve spostare fisicamente, e spostandosi (ammesso che questo spostamento avvenga tramite un moto accelerato) non dovrebbe irradiare e perdere energia?
Tu però dici delle cose che mi sembra si contraddicano:
"Nikikinki":
La visione classica dell'elettrone su orbite circolari non è quella reale, che è invece una densità di probabilità di trovare l'elettrone in un certo $dx$
"Nikikinki":
l'elettrone può anche andare su una orbita diversa ma non emettere niente
"Nikikinki":
Ovviamente se prendo un elettrone e lo faccio oscillare o faccio oscillare un atomo o lo accelero questo irradia ovviamente.
Però se gli orbitali sono di fatto porzioni di spazio in cui vi è una probabilità che vi sia l'elettrone, questo significa che in qualche modo l'elettrone mutando di energia si deve spostare fisicamente, e spostandosi (ammesso che questo spostamento avvenga tramite un moto accelerato) non dovrebbe irradiare e perdere energia?
Capisco che ti sembri così. Ciò che stai affrontando mentalmente è il senso di incongruenza che ci colpisce tutti quando iniziamo a indagare i fenomeni quantistici, perché interpretiamo ogni cosa in senso classico, anche implicitamente. Detto questo, anche in mq si continuano a chiamare orbite ma come ho detto non si intende un cerchio, o ellisse, dove corre l'elettrone, ma una quantità fissa di energia che l'elettrone possiede. L'elettrone ha energia $E_1$ ? Si trova su una certa orbita. $E_2$? Su un altra, nulla di più.
Se l'elettrone, come tu dici, si "spostasse" materialmente da un punto ad un altro (irraggiando) dovrebbe anche essergli associata una energia intermedia tra un livello ed un altro. Anzi dovrebbe possedere un'energia che cambia in un continuo di valori dal livello A fino al B. Non è così! Le energie per gli stati legati (orbitali) atomici sono discrete . Ad esempio per l'atomo di idrogeno (o idrogenoidi) vanno come $-1/n^2$ dove $n=1,2,3...$. Non esiste energia intermedia. A questo punto l'unica cosa "classica" che potrebbe fare è il teletrasporto, non c'è altro modo per passare da un'orbitale (classico) ad un altro senza muoversi tra i due. Beh non si teletrasporta, semplicemente lo stato dell'elettrone, che fino ad un attimo prima era una sovrapposizione di varie probabilità per le quali poteva stare da una parte o dall'altra, si dice "collassa" in un particolare stato quantico. Se l'elettrone prende talmente tanta energia da allontanarsi troppo dal nucleo (in senso quantistico) non può più vivere in uno stato legato con il nucleo, viene strappato dallo stesso e si dice entra in uno stato del continuo...dove qui sì che puà assumere energie con continuità ed irraggiare essendo divenuto una carica libera.
Purtroppo il concetto di probabilità sembra radicato nella natura stessa e ci sono stati interessantissimi tentativi di dimostrare questa cosa. Ovviamente, come sempre accade quando ci avviciniamo troppo alla verità, si giunge ad un punto in cui la conclusione è solamente fideistica.
Se l'elettrone, come tu dici, si "spostasse" materialmente da un punto ad un altro (irraggiando) dovrebbe anche essergli associata una energia intermedia tra un livello ed un altro. Anzi dovrebbe possedere un'energia che cambia in un continuo di valori dal livello A fino al B. Non è così! Le energie per gli stati legati (orbitali) atomici sono discrete . Ad esempio per l'atomo di idrogeno (o idrogenoidi) vanno come $-1/n^2$ dove $n=1,2,3...$. Non esiste energia intermedia. A questo punto l'unica cosa "classica" che potrebbe fare è il teletrasporto, non c'è altro modo per passare da un'orbitale (classico) ad un altro senza muoversi tra i due. Beh non si teletrasporta, semplicemente lo stato dell'elettrone, che fino ad un attimo prima era una sovrapposizione di varie probabilità per le quali poteva stare da una parte o dall'altra, si dice "collassa" in un particolare stato quantico. Se l'elettrone prende talmente tanta energia da allontanarsi troppo dal nucleo (in senso quantistico) non può più vivere in uno stato legato con il nucleo, viene strappato dallo stesso e si dice entra in uno stato del continuo...dove qui sì che puà assumere energie con continuità ed irraggiare essendo divenuto una carica libera.
Purtroppo il concetto di probabilità sembra radicato nella natura stessa e ci sono stati interessantissimi tentativi di dimostrare questa cosa. Ovviamente, come sempre accade quando ci avviciniamo troppo alla verità, si giunge ad un punto in cui la conclusione è solamente fideistica.
Innanzitutto grazie mille per la pazienza che stai avendo nel cercare di spiegarmi queste cose complesse.
Anche secondo la meccanica quantistica gli orbitali sono zone fisiche dello spazio, zone in cui è più o meno probabile trovare un elettrone ad un certo livello di energia come illustrato in questa immagine:
Ma tu mi dici che gli elettroni né si muovono "traslando" (in senso classico) né si teletrasportano.
Però se gli elettroni mutano di energia, mutando la loro probabilità di trovarsi in "posti" diversi in qualche modo devono pure "spostarsi".
Tu poi dici
è quindi un discorso del tipo che noi sappiamo dove si trovano gli elettroni quando li andiamo a vedere ma non sappiamo niente del come arrivino dove sono?
E scusami di nuovo se magari faccio domande da scemo
Anche secondo la meccanica quantistica gli orbitali sono zone fisiche dello spazio, zone in cui è più o meno probabile trovare un elettrone ad un certo livello di energia come illustrato in questa immagine:
Ma tu mi dici che gli elettroni né si muovono "traslando" (in senso classico) né si teletrasportano.
Però se gli elettroni mutano di energia, mutando la loro probabilità di trovarsi in "posti" diversi in qualche modo devono pure "spostarsi".
Tu poi dici
"Nikikinki":
Beh non si teletrasporta, semplicemente lo stato dell'elettrone, che fino ad un attimo prima era una sovrapposizione di varie probabilità per le quali poteva stare da una parte o dall'altra, si dice "collassa" in un particolare stato quantico.
è quindi un discorso del tipo che noi sappiamo dove si trovano gli elettroni quando li andiamo a vedere ma non sappiamo niente del come arrivino dove sono?
E scusami di nuovo se magari faccio domande da scemo
Attenzione non sto dicendo che gli elettroni sono immobili nell'atomo, cosa che contravverrebbe al principio di indeterminazione, è chiaro che si muovono, ma se si trovano in un livello stabile e nulla interviene dall'esterno a cambiare questo stato quelli, pur muovendosi, non irraggiano poiché la loro energia è fissata dallo stato legato in cui si trovano. Detto questo il passaggio da uno stato all'altro, diciamo da un orbitale all'altro anche se stiamo un po' confondendo le cose, è una mutazione nella distribuzione di probabilità di trovare l'elettrone in una certa porzione di spazio. La distribuzione di probabilità è una funzione che può avere varie forme. Per quanto riguarda gli orbitali atomici di tipo $p$assume quella forma che hai postato. E' chiaro che tu puoi associare il cambiamento di tale distribuzione, dovuto ad una radiazione incidente che provoca una transizione tra due livelli, al fatto che l'elettrone si stia muovendo verso un'altra configurazione, e quindi irraggia, ma il punto è che comunque non irraggia in senso classico e la cosa potrebbe confonderti maggiormente. L'irraggiamento, o meglio l'emissione di radiazione, dovuto alle transizione quantistiche (salti di livello) sono una cosa solo quantistica che non esiste in meccanica classica, quindi qualunque modello semiclassico tu ti faccia in testa avrà sempre punti incongruenza. E' come approssimare la teoria relativistica con la meccanica newtoniana. Se le velocità e/o le masse sono elevate le cose non tornano più . E qui la stessa cosa solo che invece di grandi masse abbiamo piccole dimensioni.
Quindi, come dici alla fine, siamo molto legati all'impossibilità di sapere con precisione dove sia una particella quantistica senza modificarne lo stato. E' il concetto stigmatizzato dal noto gatto nella scatola. E' vivo o morto? Entrambi. L'elettrone dove si trova veramente all'interno dell'orbitale? Ovunque.
Quindi, come dici alla fine, siamo molto legati all'impossibilità di sapere con precisione dove sia una particella quantistica senza modificarne lo stato. E' il concetto stigmatizzato dal noto gatto nella scatola. E' vivo o morto? Entrambi. L'elettrone dove si trova veramente all'interno dell'orbitale? Ovunque.
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