原子核与电子之间有什么?是真空吗?
也有的朋友说这样画原子是不对的,原子核外围的电子有不同的轨道,它是一层一层分级的,比如说镭原子应该画成下面的样子。
这样画对吗?
你不能说它不对,因为在我们的常识里,原子它就是这个样子,并且全世界的中学教科书里全都是这样教的,它表示了原子的构成原理。
然而实际上,不仅原子本身极小,在一个原子里,原子核与电子更是小到看不见。我经常拿 体育 场来打比方:当我们将一个氢原子放大到一个大型 体育 场那么大时,原子核不过是场中央的一颗绿豆,而电子呢?它可能只是最边缘看台座椅上的一粒微尘。
看起来原子很“空”,对吧?
那么问题来了,在原子核与电子之间的“巨大”空间里到底有什么东西呢?它到底是所谓的“真空”,还是填充了某些神秘的东西?要想搞清楚这些问题,我们还得从原子本身说起。
原子是构成世间万物的基本粒子,它非常小,尺寸大约仅是1纳米的十分之一,也就是大约一百万分之一毫米。由于它的尺寸远远小于可见光的波长,因此我们不能使用任何一台光学显微镜观察到它。直到扫描隧道电子显微镜出现后,人们才得以间接“观察”到单个原子表面的情况。
我们可以看到原子中间的原子核吗?并不能。
即使原子核与核外电子之间“相距遥远”,即使光子比电子更小(光子没有体积),但光子依然无法穿过电子所形成的屏障。因为光子总是表现为电磁波,它要么被电子吸收,要么被电子形成的电磁场屏蔽,因此大多数光子无法顺利穿过原子。
中子与中微子可以穿过原子(极小概率撞入原子核),它们是中性电荷的亚原子粒子,所以不会与原子内部的电磁场发生相互作用。
在原子核的表面有非常强大的磁场,比如说元素铋的原子核表面的磁场强度甚至与中子星表面相当,只是它的尺度极小,这个磁场仅对围绕着原子核运动的电子起作用。
没有人知道电子实际是什么形状,我们看不到电子。传统物理理论认为,电子是一个极微小的小球体,它很轻,质量仅为9.11×10⁻³¹kg,它在原子这样的极小尺度里以接近光速运行。
但是在原子这么小的尺度下,经典物理理论无法解释许多奇怪的现象,我们需要利用量子力学。
量子物理认为,电子不是一个球,而是一团云。一个电子在它的轨道上可以出现在这里又同时出现在那里。尽管这很难让人理解,但它就是量子力学对电子云的解释:原子核中的质子通过其强大的电磁力制造了一个静电场势阱,电子被束缚在这个势阱中,电子云就是其中的一个区域;由于电子具有波粒二相性,它便成为这个区域中不断变化的三维驻波,电子的轨道就是空间中扩展的量化波函数。
由于围绕在原子核周围s轨道中电子的波函数实际上一直会向下延伸到原子核表面,这意味着电子在某些时刻会“进入”原子核。从这个意义上讲,电子与原子核之间的空间并不是真正的“空”,而是充满着电子。
与此同时,电子和原子核的质子或中子之间存在不断的相互作用,这包括电磁作用和弱力作用。在量子场理论中,电子会与质子在电磁作用下不断地交换光子、与中子在弱力情况下不断交换波色子。因此我们也可以说,电子与原子核之间的空间被这些力“填满”了。
现在,让我们回到本文最初关心的问题:
有电子。
在经典物理学看来,电子是粒子,它围绕在原子核周围运行;电子的运动形成了电磁场,这种电磁场会排斥其它原子表面的电磁场,从而使原子之间保持距离。我们可以说在原子核与电子之间是真正的“空白”。
而在量子物理看来,电子是量子粒子同时也是波,它没有特定的位置,所有的存在都是粒子在任何给定时间位置概率的集合,它分布在原子核的周围形成“云”,近至原子核本身,远至银河系的另一端。电子云是一层“坚固的”概率云,它包裹着原子核,所以原子核周围没有“空白”。
除了电子之外呢?
除电子之外都是过客。无论是γ射线光子、部分X射线光子、中微子还是极少数自由中子,它们都只是一闪而过,不会长时间呆在原子内部的空间里。
原子核与电子之间有空隙吗?怎么导致的?
原子核与电子之间确实存在空隙。原子直径大约为10⁻¹⁰米,这个尺寸非常微小。在固体中,原子间的空隙相对较小,而在气体和液体中,这些空隙则较大。原子可以直接组成物质,也可以通过分子形式存在,分子再构成物质。在化学反应中,原子是不可分割的基本单位。然而,在物理状态下,原子是...
电子和原子核之间是什么关系?
原子核带有正电荷,而电子带有负电荷。电子围绕原子核运动,通常被认为是在做圆周运动。这种运动中,库仑力提供了向心力。然而,从量子力学的角度来看,电子在某一点的轨道并不是确切的,而是一种概率分布。如果不追求非常精确的计算,可以近似地按照电子在确切轨道上运动来处理,这类似于卫星绕地球运动的...
原子核与电子之间有什么?是真空吗?
在经典物理学看来,电子是粒子,它围绕在原子核周围运行;电子的运动形成了电磁场,这种电磁场会排斥其它原子表面的电磁场,从而使原子之间保持距离。我们可以说在原子核与电子之间是真正的“空白”。而在量子物理看来,电子是量子粒子同时也是波,它没有特定的位置,所有的存在都是粒子在任何给定时间位置概...
电子和原子核之间有巨大的空间,里面到底有什么东西?
即电子的能级变化(跃迁)使原子向外发射了一次光辐射(一个光子),一个光子也就是一次电磁波的辐射而已。
原子核与电子之间有空隙吗?怎么导致的?
原子核与原子之间是有空隙的,原子直径的数量级大约是10⁻¹⁰m,数量级非常小。固体内部原子间的空隙较小,气体和液体间较大。原子可以直接构成物质,也可形成分子,再由分子构成物质。原子在化学反应中不可分割。但在物理状态中可以分割。原子由原子核和绕核运动的电子组成。原子构成...
答“原子核与电子之间有什么?是真空吗?”
“真空”是对没有空气分子的空间而言的。空气分子要比原子核与电子之间的空间大得多,当然不可能存在于这样的空间中。但有一种物质是可以无处不在的。不论什么空间,只要不是绝对零度,就表明有它存在,因为它就是体现温度的。这种物质是什么呢?就是热粒子的一种存在形态——独立态热粒子。因为它的...
原子和原子核之间有什么?
原子和原子核之间存在核外电子及传递原子核与核外电子间电磁力的虚光子(见下图)。图中+-号代表不可分割的最小正负电磁信息单位-量子比特(qubit)(名物理学家约翰.惠勒John Wheeler曾有句名言:万物源图于比特 It from bit 量子信息研究兴盛后,此概念升华为,万物源于量子比特)注:位元即比特 ...
原子核与电子之间作用力是什么?
并没有分离。原子核和电子之间的作用力有静电力和核力两种。近代物理学之所以认为电子是单独于核存在的主要是因为单独的分离出来了电子,但是后来科学家发现这并不能说明电子的单独存在。我们可以将电子云理解为原子中密度较小,可以使光透过的部分,而原子核是密度较大,不透光的部分。
电子和原子核之间是什么关系?
原子核带正电,电子带负电,电子要原子核运动。一般认为做圆周运动,库伦力提供向心力;严格来说,这样的说法并不准确,电子到达某一个位置,并没有一个确切的轨道,只是一种概率。若不要求十分精确,可按前一种说法求解,这时类似卫星绕地运动 ...
原子核与核外电子之间是什么性质力,有没有万有引力,或者说万有引力在...
只要有质量就有万有引力,但是这个力比原子核与电子之间的电磁力小太多了,完全可以忽略。
桂哈糠甾: 相对而言:如果磁场粒子不算物质,那么电子与原子核之间的空隙,因为只有磁场粒子,而没有其它物质产生的粒子,所以电子和原子核之间是真空.为什么相对而言?因为把原子核放大成地球,那么电子就类似月球,空隙就类似地月之间的太空.而地月之间还有陨石产生垃圾,同样空隙也有比电子小一个级差,类似陨石的空隙垃圾.比如元素周期表原子量不仅不成倍数,而且有的只是近似值,就是空隙垃圾造成的麻烦.
华莹市15024032231: 实际上,原子核和电子之间是什么?是真空么??
桂哈糠甾: 经典力学的理解是真空.
华莹市15024032231: 电子围绕原子核运动,那么电子和原子之间存在着什么,是真空的吗? - ?
桂哈糠甾: 我也觉得是真空.空气是又各种分子组成的,分子又由原子组成的,原子由原子核和电子组成的,它们之间应该是真空.
华莹市15024032231: 原子核和电子之间是真空吗 - ?
桂哈糠甾: 原子核和电子之间是反物质.量子力学认为,电子绕原子核运动并不是那么规律,它们是分立的发射出一份份不连续的能量,从而改变了能级.电子在原子核外的运动没有确定的规律,原子此刻在A位置,下刻就不知道在哪了.理论上,电子可...
华莹市15024032231: 关于一些原子的问题1.原子核外有很大的空间,这其中除了电子,里面还有什么?是真空吗?2.电子绕着原子核作高速运动,电子会相撞吗?如果不会相撞这... - ?
桂哈糠甾:[答案] 1、到目前为止,原子核外除了电子,还没有发现其它东西.至于是不是绝对真空,不好说.但至少可以说,不可能有原子、分子之内存在. 2、电子绕核高速运动不可能相撞.这是因为,电子都是遵守交通规则的模范,任何时候都不会撞红灯.核外电子运...
华莹市15024032231: 虽然说绝对真空不存在,那原子核与电子之间的空间是绝对真空吗? - ?
桂哈糠甾: 如果是空气的话那就是真空,从原子层面角度宇宙里有很多绝对真空的东西,但在量子力学的角度来说没有哪边是绝对真空的,每一立方厘米里都充斥着几乎所有的基本粒子
华莹市15024032231: 原子和原子间有什么物质?是真空的吗?除了电子还有什么?存在暗物质吗?什么是暗物质(越通俗越好,别复制长篇文章)?暗物质我们可以感受得到吗? - ?
桂哈糠甾:[答案] 首先解释是一下原子,原子并不是人类认识到的最小的物质,原子下还有质子等,原子只是化学领域内的最小单位.原子通过一定得排列方式形成分子,原子是由原子核和电子组成的,原子和原子之间是通过相互的吸引了整合在一起的.他们之间有不...
华莹市15024032231: 原子核和电子之间的空间能不能说真空?》?
桂哈糠甾: 真空是原子级别的概念,而原子内部的原子核与电子之间的问题已经小于原子级别,所以在这里是没法用真空这个概念来表述的.
华莹市15024032231: 一个关于原子内部结构的问题原子中供核外电子高速运动的那个广大空间是真空的吗?如果不是,那有没有微生物存在呢? - ?
桂哈糠甾:[答案] 没有,那个空间是相对的大,对于微生物来说还是太小了.是符合真空的定义的.
华莹市15024032231: 物理化学原子的内部除了原子核和电子外,剩下的空间是真空吗? ?
桂哈糠甾: 如果仅从粒子的角度来说,当在某一个时刻,电子和原子核固定在它自身的位置上时,其他空间可以理解为真空;但是从物质的角度来说并不是真空,因为在这些空间里有场存在,而场被认为是一种物质. 其实换个角度想想,这个空间是怎么产生的?不过是没有粒子填充.为什么没有粒子填充呢?因为场的作用使得粒子进入这个空间会被排斥.就好像说一个原子的直径大约是1埃.这真的是原子的直径吗?这不过是相邻两个原子的相互作用的距离,小于这个距离原子很难被压缩.所以还是有场存在的.